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Markierungsvorrichtung für Getriebe mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Markierungsvorrichtung zur Anzeige des durch
günstigen Wirkungsgradverlauf gekennzeichneten Betriebsbereichs von Getrieben mit
hydrodynamischen Drehmomentwandlern oder von Getrieben mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern
und nachgeschalteten Gangstufen.
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Die Arbeit der hydrodynamischen Drehmomentwandler geht unter dem Einfluß
verschiedener Verluste vor sich, von denen der größte und charakteristischste der
sogenannte Stoßverlust ist. Der Stoßverlust entsteht durch Verwirbeln und Energieaustausch
bei nicht passender Eintrittsrichtung der Strömung in das Schaufelgitter. Da bei
einem einstufigen Wandler nur bei einem einzigen Verhältnis von Pumpendrehzahl zu
Turbinendrehzahl die Anströmrichtung mit der Schaufelrichtung übereinstimmt, arbeitet
der Wandler auch nur in einem einzigen Drehzahlverhältnis mit einem optimalen Wirkungsgrad,
während der Wirkungsgradverlauf zu den Betriebszuständen der minimalen und maximalen
Abtriebsdrehzahl meist parabelförmig auf Null abfällt. Da einerseits normalerweise
nicht möglich ist, die Antriebsanlage stets im Zustand des optimalen Wirkungsgrads
zu fahren, andererseits aber die Betriebszustände mit schlechtem Wirkungsgrad vermieden
werden sollten, kommt nur ein begrenzter Teil des Gesamtdrehzahlbereichs für eine
Betriebsdrehzahl in Frage.
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Es ist bekannt, Antriebe mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern mit
Reglern auszustatten, die dafür sorgen, daß die Anlage stets im Bereich des günstigsten
Wirkungsgrads fährt und die unter Umständen selbsttätig auf eine andere Zahnradgetriebestufe
oder Wandlerstufe umschalten, wenn dieser Bereich verlassen wird. Diese Regler sind
kompliziert und teuer. Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die dem Fahrer einer
Antriebsanlage anzeigen, wenn er zweckmäßig von einem Fahrzustand, beispielsweise
vom Betrieb mit einem hydrodynamischen Wandler, auf einen anderen Fahrzustand, beispielsweise
auf einen Antrieb mit direkter Kupplung, umzuschalten hat. Bleibt die Eingangsdrehzahl
hierbei konstant, dann besteht zwischen dem Verhältnis von Eingangszur Ausgangsdrehzahl
und der entsprechenden Differenz praktisch kein Unterschied; so daß hierfür ein
einfaches Drehzahlanzeigegerät mit einer entsprechenden Markierung ausreicht. Solch
ein einfaches Anzeigegerät ist nicht verwendbar, wenn die Eingangsdrehzahl nicht
konstant ist.
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Zweck der Erfindung ist eine Vorrichtung, die einfacher und billiger
ist als die bekannten Regler und die einem ungeschulten Fahrer insbesondere eines
langsamen Fahrzeugs, beispielsweise einer Baumaschine oder eines Hebezeugs, sichtbar
macht, wenn er auf einen anderen Gang umzuschalten hat.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
eine logarithmisch abhängig von der Eingangsdrehzahl des Wandlers ausschlagende
und den günstigsten Bereich des Wirkungsgradverlaufs markierende Marke und ein logarithmisch
abhängig von der Ausgangsdrehzahl des Wandlers ausschlagender Zeiger vorgesehen
sind, die in an sich bekannter Weise gemeinsam sichtbar angeordnet sind. Die logarithmische
Abhängigkeit zwischen den genannten Drehzahlen und den Zeigern wird zweckmäßig so
verwirklicht, daß die Übertragung von den Drehzahlgebern auf die Marke und den Zeiger
in an sich bekannter Weise über ein logarithmisches Getriebe erfolgt.
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Es ist bereits eine Kontrollvorrichtung für Flüssigkeitsgetriebe bekannt,
bei der ein den Beaufschlagungsgrad der Pumpe angebender Zeiger und ein zweiter
die Arbeitsdrücke angebender Zeiger bei bestimmten Betriebszuständen in Überdeckung
gehalten werden. Der zuerst genannte Zeiger wird über eine Kurvenscheibe verstellt,
deren Form durch Versuch bestimmt wird. Für die Erfindung wäre es wegen der verschiedenen
Eingangsdrehzahlen mit einem vernünftigen Aufwand nicht möglich, die Form der Übertragungsglieder
von den Drehzahlgebern zu den Zeigern durch Versuch zu bestimmen. Das ist auch nicht
notwendig, weil die Erfindung das
konstante Verhältnis der Eingangsdrehzahl
zur Ausgangsdrehzahl in eine konstante Differenz der logarithmischen Werte dieser
Drehzahlen überträgt. Wird solch eine logarithmisch gesteuerte Anlage so gefahren,
daß stets die Zeiger innerhalb der Marken bleiben, so ist ein wirkungsgradgünstiger
Betriebszustand gewährleistet bei allen innerhalb der Marken liegenden Drehzahlverhältnissen,
unabhängig von der tatsächlichen Eingangsdrehzahl.
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Diese Verhältnisse treffen im allgemeinen auch zu, wenn die Anlage
nicht mit voller Last, sondern mit Teillast gefahren wird. Ist dies nicht der Fall,
so wird empfohlen, die Gestalt der Marke dem Teillastverhalten der Antriebsmaschine
anzupassen. Hierzu können auf zum Markendrehpunkt konzentrischen Kreisen, die die
Lastzustände bezeichnen, den jeweiligen Teillastverhalten entsprechende Marken aufgetragen
sein, wobei die unwirksamen Teillastkreise abhängig von der Belastung der Antriebsmaschine,
beispielsweise von der Füllungsregelung, abgedeckt oder unwirksam gemacht werden
können.
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Alle vorher beschriebenen Ausführungsformen bezogen sich auf Getriebe
mit einem einzigen Wandler, dem gegebenenfalls ein Zahnradstufengetriebe nachgeschaltet
sein kann. Für Getriebe mit mehreren Wandlern wird die Bewegung der Marke erfindungsgemäß
von der Drehzahl einer gemeinsamen Eingangswelle gesteuert, und für jeden Wandlerabtrieb
ist ein Zeiger vorgesehen. Es ist dabei nicht notwendig, die Zeiger tatsächlich
körperlich auszuführen, es kann vielmehr auch so vorgegangen werden, daß für jeden
Wandlerabtrieb ein Drehzahlgeber vorgesehen ist, die je nach Fahrstufe wahlweise
auf einen Zeiger geschaltet werden können.
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Da die Wandlerabtriebe im allgemeinen über eine gemeinsame Getriebeabtriebswelle
in formschlüssiger Verbindung stehen, kann die Erfindung auch so gestaltet sein,
daß die Bewegung der Marke von der Drehzahl einer gemeinsamen Eingangswelle abhängt
und ein Zeiger die Drehzahl einer gemeinsamen Abtriebswelle anzeigt und daß die
Marke den Fahrstufen entsprechend in verschiedene Bereiche eingeteilt ist. Auch
bei dieser Ausführungsform ist eine der Funktion entsprechende Abdeckung oder ein
einstellbares Fenster in einem Gehäuse zweckdienlich.
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Die Wandler mehrstufiger Wandlergetriebe weisen im allgemeinen kein
gleiches Betriebsverhalten auf. In zweigängigen Wandlergetrieben ist beispielsweise
häufig ein sogenannter Langsamläufer als Anfahrwandler und ein sogenannter Schnelläufer
als Marschwandler vorgesehen. Während bei dem ersten der Bereich des günstigen Wirkungsgrads
über relativ kleinen Drehzahlverhältnissen liegt, fährt der letztere bei hohen Drehzahlverhältnissen
mit günstigem Wirkungsgrad. Für solche mehrgängigen Getriebe kann die Erfindung
so ausgestaltet sein, daß die Zuordnung von Zeiger(n) und Marke(n) den Wandlerstufen
angepaßt ist. Auch in diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn abhängig von den
Fahrzuständen Teile der Marke sichtbar oder wirksam gemacht ,werden.
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Bisher wurde immer vorausgesetzt, daß die Marke abhängig von der Eingangswelle
und der oder die Zeiger abhängig von dem Abtrieb bewegt werden. Es kann auch eine
umgekehrte Anordnung gewählt werden. Beispielsweise im Zusammenhang mit den zuletzt
geschilderten mehrstufigen Wandlergetrieben kann es günstig sein, den Zeiger von
dem Eintrieb abhängig zu machen und für die Abtriebe die Marken vorzusehen. Die
Marken können dann beispielsweise zusammen mit dem Füllen der Wandler in den Sichtbereich
oder in den Wirkungsbereich gebracht werden.
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Für die Merkmale der Ansprüche 4 bis 8 wird ein Schutz nur im Zusammenhang
mit den vorhergehenden Ansprüchen begehrt.
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Mit den F i g. 1 bis 7 b ist die Erfindung erläutert. Es zeigt F i
g. 1 eine Drehmomentkennlinie eines hydrodynamischen Wandlers, F i g. 2 eine aus
Marke und Zeiger bestehende Markierungsvorrichtung, F i g. 3 die Kennlinien eines
als Langsamläufer zu bezeichnenden Wandlers, F i g. 4 die Kennlinien eines als Schnelläufer
zu bezeichnenden Wandlers, F i g. 5 eine Markierungsvorrichtung für ein zweistufiges
Wandlergetriebe mit Langsam- und mit Schnelläufer, F i g. 6 einen Wirkungsgradverlauf
in Abhängigkeit vom Drehzahlverhältnis bei einem zweistufigen Wandlergetriebe, F
i g. 7 bis 7 b das Schema eines zweistufigen Wandlergetriebes.
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In dem Diagramm F i g. 1 ist in bekannter Weise über dem Verhältnis
der Abtriebsdrehzahl nü zur Eintriebsdrehzahl n, eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers
das Verhalten des Abtriebsdrehmomentes M" bei konstantem Eintriebsmoment M, und
der Verlauf des Wirkungsgrads ,# aufgetragen. An dem Diagramm wird deutlich, daß
der Wandler bei einem ganz bestimmten Drehzahlverhältnis i einen optimalen Wirkungsgrad
10 aufweist, während der Wirkungsgrad nach den Punkten der maximalen und
minimalen Abtriebsdrehzahl infolge der Stoßverluste meistens etwa parabelförmig
abfällt. Wollte man eine Anlage mit einer einzigen Eintriebsdrehzahl bei optimalem
Wirkungsgrad fahren, so genügte es, an der Eintriebswelle einen die Eintriebsdrehzahl
anzeigenden Zeiger 10a vorzusehen und diesen mit einem die Abtriebsdrehzahl anzeigenden
Zeiger 11 stets dadurch in Deckung zu halten, daß das Drehzahlverhältnis f aufrechterhalten
wird. In den meisten Fällen wird aber nicht eine einzige Abtriebsdrehzahl, sondern
ein Drehzahlbereich benötigt, was zur Folge hat, daß, will man diesen Drehzahlbereich
innerhalb eines günstigen Wirkungsgradbereichs 12 halten, dem ursprünglichen Zeiger
10a eine dem Bereich 12 entsprechende Ausdehnung zu geben, wodurch aus dem Zeiger
10 a eine Marke 12 a wird, die die zulässige Drehzahldifferenz von
der Optimaldrehzahl angibt. Da nun aber meistens nicht mit konstanter, sondern mit
verschiedenen Eintriebsdrehzahlen gefahren wird, die beispielsweise von der Belastung
der Antriebsmaschine abhängen können, müssen Marke 12 a und Zeiger 11 nicht Differenzen,
sondern Verhältnisse anzeigen. Zu diesem Zweck ist die vorher linear abhängige Übertragung
von einem Drehzahlmeßgeber zur Anzeige in bekannter Weise logarithmisch auszuführen,
wozu beispielsweise logarithmische Spiralen verwendet werden können. Durch Beobachten
eines derartigen Gerätes ist es nun möglich, die Anlage stets im Bereich des günstigen
Wirkungsgrads zu halten. Wandert beispielsweise der Zeiger 11 nach links über die
Marke 12a hinaus, so ist damit angezeigt, daß entweder ein anderer Gang im nachgeschalteten
Getriebe
einzurücken ist oder daß die Antriebsmaschine entsprechend geregelt werden muß.
Das Auswandern nach rechts veranlaßt zu entsprechenden Maßnahmen.
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Da die Drehmomentwandler nur über einen beschränkten Drehzahlbereich
mit günstigem Wirkungsgrad fahren, werden zwei- oder mehrgängige Wandlergetriebe
verwendet mit Wandlern, die verschiedene Kennlinien aufweisen. So zeigt beispielsweise
F i g. 3 einen sogenannten Langsamläufer und F i g. 4 einen Schnelläufer. In F i
g. 5 ist eine Markierungsvorrichtung dargestellt. Es soll abweichend von der vorhergehenden
Beschreibung von der Drehzahl einer gemeinsamen Eingangswelle ein Zeiger 14 beeinflußt
sein. Von der Drehzahl der Abtriebswelle des Langsamläufers ist eine Marke
15a (F i g. 5), deren Gestalt dem Bereich 15 in F i g. 3 entspricht, abhängig,
während eine dem Bereich 16 des Schnellläufers entsprechende Marke 16 a von der
Abtriebswelle des Schnelläufers beeinfiußt ist. Die F i g. 5 entspricht nicht ganz
der Praxis, weil ja nicht beide Wandler gleichzeitig eine Leistung übertragen, sondern
einer der beiden ist beispielsweise durch Entleeren wirkungslos, so daß die zugehörige
Marke nicht die gezeichnete Betriebsstellung einnimmt, sondern z. B. von der wirksamen
Turbine her über eine gemeinsame Getriebeabtriebswelle gewissermaßen von rückwärts
beeinflußt wird und fälschlicherweise dem Betriebsverhalten der Nachbarturbine entspricht.
Damit keine irrtümlichen Schaltungen vorgenommen werden können, ist es zweckmäßig,
die Marke des wirkungslosen Wandlers beispielsweise abhängig von der Füllung der
Wandler abzudecken.
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Wandert beispielsweise der Zeiger 14 beim Änfahren nach rechts über
die Marke 15a hinaus, so ist der Langsamläufer als Anfahrwandler zu entleeren oder
anderweitig auszuschalten und der Schnelläufer als Marschwandler einzuschalten,
wobei die Marke 16 a dann zunächst die in F i g. 5 gezeigte Stellung zum Zeiger
14 einimmt und die Marke 15 a wie beschrieben durch den Rücktrieb vom Marschwandler
her in eine verfälschte Stellung geht. Diese verfälschte Stellung kann entweder
durch Abdecken unsichtbar gemacht werden oder es können abhängig vom Entleeren oder
Füllen der Wandler die übertragungen von den Drehzahlmeßgebern zu den Marken ein-
und ausgeschaltet werden.
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In F i g. 6 sind die Wirkungsgradverläufe der Drehmomentwandler eines
zweistufigen Wandlergetriebes in einem Diagramm vereinigt, wobei die günstigen Bereiche
18, 19 gerade aneinanderstoßen, was aber nicht Bedingung ist. F i g. 7 zeigt das
Schema des dazugehörigen Getriebes. Auf einer gemeinsamen Eintriebswelle 20 sitzen
die Pumpen 21, 22 der beiden Wandlerstufen. Die Turbinen 23, 24 sind über Zahnradgetriebestufen
mit einer gemeinsamen Getriebeabtriebswelle 25 verbunden. Abhängig von der Drehzahl
der Eintriebswelle 20 bewegt sich eine Marke, die Markierungen 18 a und 19
a (F i g. 7 a) aufweist, welche den Bereichen 18 und 19 entsprechen. Abhängig
von der Drehzahl der Turbine 23 bewegt sich ein Zeiger 26 und abhängig von der Drehzahl
der Turbine 24 ein Zeiger 27. Statt zwei kann auch ein einziger Zeiger vorgesehen
sein, der wahlweise auf die Drehzahlanzeigegeber der Turbine zu schalten ist.
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F i g. 7 b zeigt eine Alternative zu F i g. 7 a, die darauf zurückzuführen
ist, daß die Turbinen der Wandlerstufen sehr häufig formschlüssig miteinander verbunden
sind. Es ist also nur ein einziger Zeiger 28 notwendig, der beispielsweise von der
gemeinsamen Getriebeabtriebswelle 25 abhängt. Bei der Gestaltung der Marke muß allerdings
auf die Übersetzung von der Turbine auf die Getriebeabtriebswelle Rücksicht genommen
werden. Die Bereiche 18 b und 19 b werden also nicht aneinanderschließen, sondern
sich überdecken oder zwischen sich eine Lücke lassen.
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Zum Schluß sei erwähnt, daß sich die Erfindung nicht auf eine optische
Beobachtung beschränkt, sondern es können an den Markierungen der Marken auch elektrische
oder anders geartete Impulsgeber angebracht sein, mit deren Hilfe - zweckmäßigerweise
über Kraftverstärker - optische oder akustische Signale oder Impulse für eine selbsttätige
Getriebeschaltung gegeben werden können.