DE1580331C - Einer Brennkraftmaschine mit Abgas turbine nachgeschaltetes Umlaufraderwech selgetnebe fur Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbine nachgeschaltetes Umlaufräderwechselgetriebe für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, dessen erstes Glied von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, dessen zweites Glied mit der Abtriebswelle verbunden ist und dessen drittes Glied mit der Abgasturbine gekuppelt ist, wobei die Abgasturbine drehzahlgesteuert ist.

Es ist bei Kraftfahrzeugen bekannt, der Brennkraftmaschine ein Zahnräderwechselgetriebe hachzuordnen. Diese Antriebsart hat den Nachteil, daß in jedem Gang des Zahnräderwechselgetriebes die Brennkraftmaschinendrehzahl zwischen einer Mindest- und einer Höchstdrehzahl schwankt. Da der optimale Wirkunggrad und die volle Leistung der Brennkraftmaschine nur bei dessen Auslegungsdrehzahl gegeben sind, arbeitet die Brennkraftmaschine in der Mehrzahl der Betriebsfälle mit einem niedrigeren Wirkungsgrad und geringer Leistung.

Ein solches Zahnräderwechselgetriebe muß also rasch und leicht zu betätigen sein, um durch die Möglichkeit des schnellen Gangwechsels die Brennkraftmaschinendrehzahl gegenüber der Fahrgeschwindigkeit nicht zu weit absinken zu lassen. Man hat bereits eine Abhilfe dadurch zu schaffen versucht, indem man insbesondere bei Personenkraftwagen Synchronisiervorrichtungen bei derartigen Zahnräderwechselgetrieben vorsieht, welche infolge der bei Personenkraftfahrzeugen relativ geringen zu übertragenden Brennkraftmaschinenleisturigen ein zügiges Schalten ermöglichen sollen.
. Solche Synchronisiervorrichtungen für Zahnräderwechselgetriebe haben jedoch einerseits den Nachteil des Vorhandenseins einer Vielzahl stark beanspruchter und demzufolge verschleißanfälliger Einzelteile wie z.B. Klauen, Ringe, Bremsteile od. dgl. verbunden mit einem nicht unerheblichen Platzbedarf.

Zum anderen hat es sich gezeigt, daß solche Synchronisiervorrichtungen, insbesondere in Verbindung mit Zahnräderwechselgetrieben für schwere Kraftfahrzeuge hoher Brennkraftmaschinenleistung, nicht geeignet sind, da die hierfür zu erstellenden Synchronisiervorrichtungen wirtschaftlich nicht mehr vertretbare, erhebliche Dimensionen annehmen müssen wegen der bei solchen Getrieben relativ großen zu beschleunigenden Massen.

Aus diesem Grund vermeidet man in der Regel auch heute noch die aufwendige Konstruktion von Zahnräderwechselgetrieben für schwere Lastkraftwagen mit Synchronisiervorrichtungen, so daß ein Schaltvorgang bei diesen schweren Fahrzeugen gegebenenfalls nur durch bekanntes »Zwischengasgeben« bewerkstelligt werden kann. Die hier beim Umschalten von einem Fahrgang auf den anderen sich einstellenden Schaltpausen verursachen einen Drehzahlabfall der Brennkraftmaschine und damit unerwünschte Geschwindigkeitsverluste des Fahrzeuges.

Bekannt sind weiter einer Brennkraftmaschine nachgeschaltete Umlaufrädergetriebe, bei denen Bremsbänder das äußere Zahnrad eines jeden Umlaufrädersatzes festhalten, sowie weiter Zahnräderwechselgetriebe, bei denen fernbetätigte Kupplungen zwischen je zwei Zahnräderpaaren angeordnet.sind, um auf diese Weise das Schalten verschiedener Gänge zu ermöglichen. Diese Getriebe haben jedoch alle den wesentlichen Nachteil, daß die Brennkraftmaschinendrehzahl sich entsprechend der Fahrge schwindigkeit bei jedem Fahrgang anzupassen hat, die Brennkraftmaschine also nicht stets im Bereich ihrer optimalen Drehzahl arbeiten kann.,

Es ergeben sich bei Anwendung solcher Getriebe weiter Leistungsverluste der Brennkraftmaschine auch dadurch, daß beim Schalten mehr oder weniger zwangläufig der Leistungsfluß zur Abtriebswelle unterbrochen werden muß, um eine zu hohe Reibleistung an den Bremsbändern der Umlaufrädergetriebe oder in den zwischen den .Zahnräderpaaren angeordneten Kupplungen zu vermeiden. Auch ist bei diesen Getrieben eine Leistungssteigerung .über ι die Kurbelwellenleistung der Brennkraftmaschine;

. nicht möglich. Weiterhin wird durch die Gasweg- '■.

nähme und die Drehzahländerung der Brennkraft-; maschine der jeweilige Schaltvorgang mit Ruck-, '■ Verzögerungs- und Beschleunigungsbewegungen des Fahrzeuges verbunden, was sich insbesondere auf die Insassen der Fahrzeuge unangenehm auswirkt.

so Es können also mittels der bisher üblichen Schaltgetriebe nicht die für ein weiches und zügiges Fahren gewünschten Betriebseigenschaften erzielt werden.

Was die zu diesem Zwecke eingeführten hydraulischen Getriebe betrifft, so ist bei diesen wohl ein einwandfreies Fahren in allen denjenigen Betriebs- ^: zuständen gewährleistet, bei denen die sogenannten Föttinger-Wandler die Leistungsübertragung vornehmen'; jedoch gerade bei dieser Art. des Kraftfiusses sind wesentliche Leistungsverluste unvermeidbar, weil der Wirkungsgrad des Wandlers nur bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit ein Optimum erreicht und die Wirkungsgradlinie beiderseits dieses Optimums ziemlich rasch abfällt, was zur Folge hat, \ daß man insbesondere in europäischen Ländern — wegen der dortigen hohen Brennstoffkosten —¹ von den Föttinger-Wandlern und ähnlichen Getrieben weitgehend Abstand nimmt. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei den erwähnten, bekannten Schaltgetrieben und Einrichtungen zur Drehmomentübertragung (Wandlern) für Fahrzeuge auftretenden Nachteile zu beseitigen und unter Zugrundelegung eines Geschwindigkeitswechselgetriebes eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug zu schaffen, mit der auch über mehrere Stufen dieses Geschwindigkeitswechselgetriebes eine graduelle Drehmomentwandlung möglich ist; d. h., | bei einem Fahrzeug soll vom Anfahren bis zur ' Höchstgeschwindigkeit die Brenkraftmaschinendrehzahl stets auf demjenigen Wert konstant gehalten :

werden können, bei dem die maximale Leistung der j Brennkraftmaschine zur Verfügung steht.

Weiter soll zusätzlich die in den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine vorhandene Energie an die Abtriebswelle des Geschwindigkeitswechselgetriebes abegeben werden können, ohne dabei die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu erhöhen.

Es soll dabei weiter ein weiches, ruckfreies und zügiges Umschalten von einem höheren Fahrgang in ; einen niedrigeren oder umgekehrt möglich sein, ohne j

daß eine nennenswerte Zugkraftunterbrechung der j

gesamten Antriebsanordnung stattfindet. j

Schließlich soll sich die Antriebsanordnung nach j

der Erfindung trotz der von ihr zu lösenden Gesamt- j heit der Aufgabe dadurch weiter auszeichnen, daß [ sie relativ unkompliziert ist und hohen Dauerbean- I spruchungen ohne nennenswerten Verschleiß ge- j wachsen ist. ■

Ausgehend von einem einer Brennkraftmaschine

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Erfindung sollen weiter die Achsen sämtlicher mit F i g. 2 eine schematische Ansicht von der Ab-

den in die Außenzahnkränze der Hohlräder eingrei- triebsseite her,

fenden Ritzeln kuppelbaren Wellen in einer Ebene Fig. 3 einen schematischen Schnitt längs der

liegen, und die Wellen sollen über einen Kegelräder- Linie A-B der Fig. 2 und der Fig. 4,

trieb an eine zu den Achsen der Wellen senkrechte 5 Fig. 4 die Draufsicht auf die Anordnung der

Welle angeschlossen sein, die über das Vorgelege mit Fig. 1 mit richtig liegender Abgasturbine und sym-

der Abgasturbine verbunden ist. bolisch dargestellten Umlaufrädersätzen und

Um ein erfindungsgemäß ausgerüstete Fahrzeug Fig. 5 Leistungs- und Wirkungsgraddiagramme, möglichst vielseitig einsetzen zu können, soll in an Wie aus F i g. 1 zu erkennen ist, treibt eine Kurbelsich bekannter Weise dem Umlaufräderwechselge- io welle M einer Brennkraftmaschine über eine mit triebe ein, eine Straßen-, Gelände- und Rückwärts- einem Schwungrad M_s fest verbundene Welle W auf gruppe aufweisendes Gruppengetriebe nachgeschaltet dieser Welle befindliche und mit ihr fest verbundenen sein. Sonnenräder I₁, I₁₁, I_1n, 1_IV und l_v von fünf auf I

Zum Zwecke, geeignete Drehzahlen der Abgas- einem gemeinsamen Umlaufräderträger S angeordturbine bei den jeweils gewählten Fahrgängen und 15 neten Umlaufrädersätzen an. Der Umlaufräderträger S beim Übergang von einem Fahrgang zum anderen ist mit einer Abtriebswelle A direkt oder über ein zu erhalten, ist es erfindungsgemäß weiter vorge- Gruppengetriebe D mit Straßen-, Gelände- und Rücksehen, in an sich bekannter Weise in einer parallel wärtsgruppe verbunden. Ein Umlaufrädersatz, z. B. zur Abgasturbine an die Zuleitung zur Abgasturbine der für den I. Gang, hat drei Umlaufräder I₁, die mit angeschlossenen Nebenleitung einer Klappe anzu- ao einem innenverzahnten Hohlrad 3_r im Eingriff sind, ordnen, durch die bei zunehmender Brennkraft- Das Hohlrad 3₁ trägt außerdem einen Außenzahnmaschinendrehzahl die Nebenleitung zunehmend ab- kranz 4_I; der mit einem Ritzel S₁ im Eingriff steht, sperrbar ist und umgekehrt. das auf einer Welle W₁ fest angeordnet ist, die eine

Durch die erfindungsgemäße Anordnung entfallen Kupplung K₁ trägt. Ein mit einer Kupplungs-

somit gegenüber bisher bekannten Antrieben: 25 scheibe K₁ verbundenes Kegelrad 6_t ist mit einem

a) die Hauptkupplung mit ihren Gestängen oder Kegelrad T₁ im Eingriff, das über ein ins Langsame hydraulischen Betätigungsleitungen, da die Ab- übersetzendes Vorgelege bildende Zahnräder 8, 9,10 gasturbine das weiche Zwischenglied ist; und 11 mit einer Abgasturbine T verbunden ist.

b) Bremsbänder für die Außenkränze der Umlauf- Die anderen Umlaufrädersätze der Gänge II, III, rädersätze, da die kleinen rasch laufenden WeI- 30 IV, V sind in ganz entsprechender Weise ausgeführt j len diese ersetzen; — die Bezugszeichen unterscheiden sich daher nur

c) Synchronisiervorrichtungen der bisherigen Art durch die entsprechende Indexzahl — und besitzen mit ihren Klauen, Ringen, Bremsteilen und dem entsprechende in die Außenzahnkränze ihrer Hohlnicht unwesentlichen Platzbedarf, da bei der räder eingreifende Ritzel, z. B. 5_Y, je¹, eine dazuerfindungsgemäßen Lösung die Drehzahl der 35 gehörige Kupplung, z. B. K_r, deren Kupplungs-Abgasturbine zur Synchronisierung dient; scheibe, z. B. K_v', mit dem Kegelrad, z. B. 6_V, fest

d) die Aufladegruppe mit allem Zubehör, da eine verbunden ist, das mit dem Kegelrad, z. B. 7_V, im erhöhte Leistung durch die Brennkraftmaschi- Eingriff steht. Dieses Kegelrad 7_V ist auf der für alle nendrehzahlerhöhung und den Leistungsfluß in entsprechenden Kegelräder gemeinsamen Welle W_T die Außenkränze des Umlaufräderwechselge- 4° fest angebracht. Diese Welle ist, wie erwähnt, mittels triebes gegeben ist; der des ins Langsame übersetzende Vorgelege bilden-

e) Gestänge und Öldruckleitungen zum Getriebe den Zahnräder 8, 9, 10 und 11 mit der Abgasbei Anordnungen, die in größerer Entfernung turbine T verbunden.

vom Fahrerstand des Fahrzeuges liegen, da die Parallel zur Abgasturbine T ist eine Neben-

Betätigung der kleinen Kupplungen und der 45 leitung BL vorgesehen, in der eine stetig verstellbare

Gasklappe elektrisch erfolgen kann; Klappe XL angeordnet ist, mit deren Hilfe die Abgas-

f) eine Bremse der Brennkraftmaschine bei Tal- turbine mehr oder weniger beaufschlagt werden fahrt, da nicht nur die Brennkraftmaschinen- kann.

drehzahl sondern auch die als Luftpumpe ar- Die Übersetzungen der Umlaufrädersätze für die

beitende Abgasturbine und die geschlossene 50 einzelnen Gänge werden entsprechend der gewünsch-

Gasklappe in jedem Gang einen Gegenstau er- ten Veränderung der Drehmomente in den einzelnen

möglichen, der zusätzlich wesentlich zur Brem- Gängen gewählt, wobei vorteilhafterweise die Über-

sung beiträgt; Setzungssprünge zwischen den einzelnen Umlauf-

g) eine dauernde Betätigung des Gashebels, da der rädersätzen gleich groß sein sollen. Wird z. B. ein Fahrer eine ihm zusagende Brennkraftmaschi- 55 Übersetzungssprung von 1,415 gewählt, dann erhält nendrehzahl mittels eines Handgashebels (oder man bei fünf Umlaufrädersätzen eine Gesamtüberauch eventuell mittels eines Drehzahlreglers) setzung von 1: 4, was etwa für Lastwagen, Geländeeinstellen kann, da die Abtriebsdrehzahlver- fahrzeuge und Omnibusse geeignet ist, da ja in dem änderung während eines Ganges durch die Ab- nachgeschalteten Gruppengetriebe eine nötige handgasturbinenregelung erfolgt. 60 geschaltete Geländestufe (i ~ 1: 2) untergebracht

In den Zeichnungen ist ein in der nachfolgenden werden kann, die somit weitere fünf Gänge für

Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel schwierigste Geländefahrten, Fahrten auf steilen

nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt Paßstraßen usw. ermöglicht.

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein von einer Von einem Getriebe für Lastwagen, Geländefahr-Brennkraftmaschine mit Abgasturbine angetriebenes 65 zeuge und Omnibussse, für die das Umlaufräder-Umlaufräderwechselgetriebe, wobei die mit ihrer wechselgetriebe nach der Erfindung in erster Linie Achse senkrecht auf der Zeichenebene stehende Ab- von Vorteil wäre, werden — wie bei der allgemeinen gasturbine in die Zeichenebene gedreht wurde, Bedienung von Kraftfahrzeugen — folgende Betriebs-

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mit Abgasturbine nachgeschaltetem Umlaufräderge- Die deutsche Patentschrift 920 220 bezieht sich

triebe, nach der eingangs genannten Gattung, besteht auf die Anwendung einer Dieselbrennkraftmaschine,

die Erfindung darin, daß das Umlaufräderwechsel- deren Leistung verzweigt wird, unter Einschaltung

getriebe aus einer ihrer Gangzahl entsprechenden einer Turbine und eines Laders. Hierbei wird eine in

Anzahl von Umlaufrädersätzen besteht, von denen 5 der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeord-

jeweils das erste Glied mit der Brennkraftmaschine nete Klappe zur Beaufschlagung der Turbine und da-

und jeweils das zweite Glied mit der Abtriebswelle mit zur Aufladung herangezogen. Bei der erfindungs-

verbunden ist und jeweils das dritte Glied jedes Um- gemäßen Lösung dient die Klappe zur Regelung der

laufrädersatzes wahlweise über je eine schaltbare Abtriebsdrehzahl bei den einzelnen Gängen, wo-

Kupplung mit dem zur Abgasturbine führenden Über- io durch bei gleichbleibender Brennkraftmaschinen-

tragungszweig verbindbar ist. Es kann darin bei- drehzahl ein stufenloses einfaches und weiches

spielsweise das erste Glied ein Sonnenrad, das zweite Schalten ermöglicht wird.

Glied der Umlaufräderträger und das dritte Glied Auch die deutsche Patentschrift 924 000 bezieht

eines der mit einer Innen- und Außenverzahnung sich auf den Antrieb eines Fahrzeuges und eines

ausgerüsteten Hohlräder sein. 15 Laders sowie eine vorhandene Leistungsverzweigung

Aus der deutschen Patentschrift 949 699 ist zwar des Antriebs auf die Abtriebswelle. Diese Patent-

bereits eine Leistungszusammenführung — hier je- schrift offenbart lediglich die Vorteile einer bestimm-

doch unter Anwendung eines Einstufen-Umlaufräder- ten Übersetzungsgröße zwischen der Welle des

getriebes — zwischen der Leistung einer Brennkraft- Laders.

maschine und der Leistung einer Abgasturbine ent- 20 In allen Ausführungsformen der französischen

nehmbar. Es ist die wesentliche Aufgabe dieser be- Patentschrift 1 379 119 ist die Anordnung der Tur-

kannten Anordnung, das Drehmoment auf Ve seiner bine und Hilfsturbine so getroffen, daß diese direkt

ursprünglichen Größe zu reduzieren und gleichzeitig auf die Abtriebswelle arbeiten, also nicht zur Dreh-

die Abgasturbine mit den verhältnismäßig kühlen zahlverstellung der Abtriebswelle dienen, worin aber

Abgasen zu beaufschlagen, wodurch sich der Um- 25 gerade bei der Lösung nach der Erfindung der we-

laufräderträger des Umlaufrädergetriebes mit der sentliche Zweck der Abgasturbine gesehen werden

gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle der Brenn- soll.

kraftmaschine dreht. Auf diese Weise wird die Dreh- Bei einer Lösung nach der USA.-Patentschrift

zahl der Abtriebswelle auf die dreifache Drehzahl 3 007 302 kommt unter anderem lediglich ein ein-

bei nur einem Drittel des gesamten Drehmoments 30 stufiges Umlaufrädergetriebe zur Anwendung, wobei

erhöht, wenn man von den Verlusten absieht, die die hierbei vorhandene Turbine durch entsprechende

durch die ungünstigen Betriebszustände der Brenn- Übersetzung stets mit der Abtriebswelle im Eingriff

kraftmaschine und der Abgasturbine entstehen. Diese ist, so daß sich die Turbine jeweils proportional mit

Verringerung des Wertes der Brennkraftmaschinen- der Drehzahl der Abtriebswelle mitdreht. Bei der

leistung und des Brennkraftmaschinendrehmoments 35 erfindungsgemäßen Anordnung führt die Turbine bei

gegenüber der vollen Brennkraftmaschinenleistung konstant umlaufender Abtriebswelle alle Drehzahlen

und des vollen Drehmoments kann man aber nicht von Minus über Null bis Plus aus, so daß hierdurch

als einen Ersatz für einen Drehmomentwandler auf- mit Hilfe der Turbine die Brennkraftmaschinendreh-

fassen, da ein geeigneter Drehmomentwandler in der zahl beim Schalten in den jeweilig auszuwählenden

Lage wäre, seine Leistung nahezu vollständig beizu- 40 Gang des Umlaufrädergetriebes angepaßt wird,

behalten und in diesem Falle beispielsweise sein Die deutsche Patentschrift 135 966 zeigt ein mehr-

Drehmoment auf das dreifache zu erhöhen. Bei der stufiges Umlaufrädergetriebe, dessen Außenkränze

Anordnung nach der deutschen Patentschrift 949 699 durch "Bremsen angezogen werden, welche mittels

addiert sich also zu der Brennkraftmaschinenleistung eines Handrades betätigt werden. Diese Getriebean-

nicht die Turbinenleistung aus den Abgasen. Dem- 45 Ordnung ist nicht mit der erfindungsgemäßen Lösung

gegenüber wird bei der Lösung nach der Erfindung zu vergleichen; denn ein Festhalten der Außenkränze

die Leistung der Abgase über die Abgasturbine nahe- des Umlauf rädergetriebes mittels einer Bremse

zu vollständig der Abtriebswelle des Umlaufräder- kommt bei der Anordnung nach der Erfindung des-

getriebes zugeführt. Durch beispielsweise fünf Ge- halb nicht zur Anwendung, weil die Abgasturbine

triebestufen des Umlaufräderwechselgetriebes ist bei 50 immer mit einem der Außenkränze des Umlaufräder-

der Lösung nach der Erfindung eine weitgehende Wechselgetriebes in Verbindung steht.

Drehmomentwandlung sichergestellt, die durch das Die österreichische Patentschrift 90 835 behandelt

Einschalten einer der Kupplungen zwischen der lediglich das Festhalten der Außenkränze eines

Abgasturbine und einer Getriebestufe erreicht Mehrfach-Umlaufrädergetriebes, und es kann keine

wird. 55 Gemeinsamkeit dieses Getriebes mit dem Getriebe

Auch die deutsche Patentschrift 665 583 verwen- nach der Erfindung gesehen werden,
det bei ihrer Antriebsvorrichtung ein einstufiges Um- Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung belaufrädergetriebe. Hierbei dient ein Freilauf zwischen steht weiter darin, daß die Sonnenräder aller Umlaufden Gliedern des Umlaufrädergetriebes einerseits rädersätze auf einer mit der Kurbelwelle verbundedazu, daß der Rücklauf der unbelasteten Abgas- 60 nen Welle fest angeordnet sind, der allen Umlaufturbine vermieden wird, oder andererseits dazu, die rädersätzen gemeinsame Umlaufräderträger mit der Abgasturbine langsamer laufen zu lassen als beim Abtriebswelle verbunden ist und jedes Hohlrad der Antrieb mittels der Brennkraftmaschine. Gerade Umlaufrädersätze je einen Außenzahnkranz aufweist, dieser Rücklauf bzw. das Anpassen der Abgasturbine in den ein Ritzel eingreift, das mittels einer Kuppan einen weiten Regelbereich ist bei der Lösung nach 65 lung mit einer der Wellen verbunden ist, die über ein der Erfindung erwünscht und notwendig, um das ins Langsame übersetzendes Vorgelege mit der Abstufenlose, rasche Schalten der Gänge zu ermög- gasturbine verbunden sind,
liehen. Bei einem Umlaufräderwechselgetriebe nach der

zustände verlangt, deren Bedienung einfach sein soll und auch eine Verwendung bei wechselndem Fahrpersonal zulassen soll:

a) Anlassen der Brennkraftmaschine,

b) Leerlauf der Brennkraftmaschine, ··.

c) Anfahren,

d) Vorwärtsfahrt auf normaler Straße,

e) Vorwärtsfahrt im Gelände oder Gebirge,

f) Rückwärtsfahrt auf normaler Straße,

g) Rückwärtsfahrt im Gelände oder Gebirge, h) Talfahrt ohne Bremsung durch die Brennkraftmaschine (schnelle Fährt, kleines Gefälle),

. i) Talfahrt mit Bremsung durch die Brennkraftmaschine (langsame .Fahrt, großes Gefälle),
k) Parksperre für das Kraftfahrzeug zum Verhin-

dem des Rollens am^Hang.
All diese Betriebszustände können durch _: das Umlaufräderwechselgetriebe bei dem die Abgasturbine der antreibenden., Brennkraftmaschine mit den Reaktionsgliedern der einzelnen Umlaufrädersätze kuppelbar ist, ohne Schwierigkeiten bei leichter Bedienung erfüllt werdenj...·;

a) Alle fünf Kupplungen sind.gelöst; die Außenzahnkränze können .sich entgegengesetzt zur Welle W drehen und. bieten somit sehr geringen

:. Widerstand, ■ λ■■:■:] ' , ·.

b) in dem jeweils eingeschalteten Gang kann auch bei stillstehendem .Fahrzeug in den unteren Gängen die Abgasturbine' auf negative Drehrichtung gebracht werden, so daß sich eine Kupplung zwischen ·.- der Kurbelwelle und Welle W hierbei erübrigt,.

c) die geschalteten Gänge des Umlauf räderwechselgetriebes rufen keine stufenartige Fahrweise hervor, die durch Gaswegnehmen, Auskuppeln, Zwischengasgeben, Einkuppeln, Gasgeben bei jedem Gangwechsel unterbrochen wird, sondern es wird bei jedem Gang, unter Beibehaltung einer gewählten Brennkraftmaschinendrehzahl, die Fahrgeschwindigkeit durch die Wahl der Drehzahl der Abgasturbine bestimmt. Der Drehzahlbereich der Abgasturbine kann von 0 bis zu ihrer maximal möglichen Drehzahl oder wenn notwendig, auch von einer maximal möglichen negativen Drehzahl auf die maximal positive Drehzahl erfolgen, welch letztere Auslegung allerdings bei einem Übersetzungssprung von 1,415 etwa 19,0% Schlupf des Umlaufräderwechselgetriebes ergäbe. Dieser Schlupf wirkt sich auf den Wirkungsgrad aus, so daß eine diesem Zustand entsprechende Fahrgeschwindigkeit bei einem rj_mech — 0,95, nur einen Gesamtwirkungsgrad von 77 ⁰Zo ergeben würde. Im ersteren Falle, also bei Auslegung der Abgasturbine derart, daß ihre Drehzahl von 0 bis zur maximalen Drehzahl geändert werden kann, muß die Abgasturbine leistungsmäßig in der Lage sein, den Bereich bis l,415facher Drehzahl zu überbrücken; das bedeutet, daß die Abgasturbine etwa 40% der Brennkraftmaschinenleistung aufbringen muß. Diese Leistung ist bei Brennkraftmaschinen durch Änderungen in der Ventilanordnung oder durch stärkeren Rückstau zu erreichen. Zu weitgehend darf dieser Rückstau aber nicht werden, da dann die Zylinderspülung und Füllung der Brennkraftmaschine darunter leiden würde,

d) für die Fahrt im Gelände und im Gebirge genügt

eine Drehmomentveränderung von 4:1 nicht. Hier ist mittels der nachgeschalteten Geländegruppe im Gruppengetriebe gegenüber dem schnellsten Gang eine Steigerung auf etwa 7:1 erwünscht, was durch einen Ubersetzungssprung der Geländegruppe von etwa 1,75 erreicht werden kann,

e) da die Rückwärtsganggruppe ebenfalls im dem Umlaufräderwechselgetriebe nachgeschalteten Gruppengetriebe untergebracht ist, läßt sich das Übersetzungsverhältnis des Rückwärtsganges beliebig auslegen; in Verbindung mit dem 5gängigen Umlaufräderwechselgetriebe ergeben sich

: fünf Rückwärtsgänge, von denen aber für die Straßenfahrt nur z. B. der zweite Gang gebraucht wird,

f) der erste Gang des Umlaufräderwechselgetriebes zusammen mit der Rückwärtsganggruppe im Gruppengetriebe ergeben dann die Übersetzung für die Rückwärtsfahrt im Gelände oder im Gebirge,

g) da das Umlaufräderwechselgetriebe keinen Freilauf besitzt, kann jeder Gang in Verbindung mit der Straßen-Gruppe des nachgeschalteten Gruppengetriebes zur Talfahrt benutzt werden, wobei die Abtriebswelle über den Umlaufräderträger S auf die Brennkraftmaschine und auf die negativ laufende Abgasturbine wirkt.

h) die Talfahrt bei sehr steiler und langsamer Fahrt mit laufender Brennkraftmaschine wird durch Einschalten der Geländegruppe sichergestellt. Bei Talfahrt nimmt die Abgasturbine, wie erwähnt, eine negative Drehzahl an. Das Radialturbinenrad arbeitet hierbei als Radialladerrad, pumpt also aus der Auspuff leistung Luft in die hinter der Brennkraftmaschine gelegene Abgasleitung. Wenn man hierbei die Klappe KL in der Nebenleitung BL öffnet, nimmt die Abgasturbine bei gleicher Drehzahl mehr Leistung auf, als sie als Abgasturbine bei Vollast abgegeben hat. Es stellt sich also bei gleichem, in die Abgasturbine eingeleitetem Drehmoment eine etwas geringe Drehzahl als Höchstdrehzahl ein.
Es treibt also in jedem Gang, auch bei eingeschalteter Geländegruppe, bei Talfahrt die Abtriebswelle sowohl die Brennkraftmaschine als auch die negativ laufende Abgasturbine an, i) durch Einschalten von zwei Kupplungen, z. B. die Kupplung K₁ des I. Ganges und die Kupplung K_n des II. Ganges ist das Umlaufräderwechselgetriebe in sich gesperrt. Das Umlaufräderwechselgetriebe ist aber dadurch gegen das Gehäuse festgelegt. Dadurch sind aber auch die Fahrzeügantriebsräder gesperrt.
Alle Betriebszustände, die man von einem Kraftfahrzeug verlangt, können somit von dem Umlaufräderwechselgetriebe, in besonders leicht zu bedienender Weise, erfüllt werden.
Bezüglich des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Außenzahnkranz und der Abgasturbine sei noch folgende Ausbildung der Zahnradgrößen angegeben: Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ist bei einer bestimmten Drehzahl, bei Vollast stets gleich groß. Auch für Drehzahlen, die von dieser Drehzahl nicht wesentlich abweichen, ist bei Brennkraftmaschinen nicht mit wesentlich abweichenden Drehmomenten zu rechnen. Weiterhin ist auch das von der Abgasturbine in ihrem Auslegepunkt erzielbare Dreh-

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moment durch die von der Brennkraftmaschine kommende Abgasmenge, den Abgasdruck und die Abgastemperatur gegeben. Da sich Menge, Druck und Temperatur bei z. B. mit Vollast laufender Brennkraftmaschine nicht ändern, ändert sich, solange man die '5 Turbinendrehzahl nicht ändert, auch das Turbinendrehmoment nur unwesentlich. Daraus geht hervor, daß man zwischen dem Außenzahnkranz der Umlaufrädersätze und der Abgasturbine bei jedem Gang eine so große Übersetzung anordnen muß, daß das Turbinendrehmoment und das Brennkraftmaschinendrehmoment sich das Gleichgewicht halten. Da aber die Drehzahl eines der Außenzahnkränze von z. B. 0 auf +220 erhöht werden soll, muß das Turbinendrehmoment bei +200 noch genügend groß sein, um dem von der Brennkraftmaschine auf den Außenzahnkranz ausgeübten Drehmoment das Gleichgewicht zu halten. Die Übersetzung muß daher so ausgelegt werden, daß die Abgasturbine bei der Höchstdrehzahl des Außenzahnkranzes das hierfür geeignete Drehmoment hat.

Das dargestellte Ausführungbeispiel des Umlaufräderwechselgetriebes ist für Kraftfahrzeuge geeignet. Jedoch sind die Umlaufräderwechselgetriebe auch für andere Fahrzeuge, bei denen es sich um eine stetige Regelung des Abtriebes bei mit konstanter Drehzahl laufender Brennkraftmaschine handelt, verwendbar. Auch kann selbstverständlicherweise die Gangzahl beliebig gewählt werden, so daß sich din mit der Abgasturbine jeweils zu überbrückender Übersetzungssprung erzielen läßt. Für den Fall, daß man eine geringere Gangzahl wählt als zur vollständigen Überbrückung notwendig wäre, kann man auch auf eine vollkommene Konstanthaltung der Brennkraftmaschinendrehzahl verzichten und den noch verbleibenden Rest der Überbrückung durch eine geringe Veränderung der Brennkraftmaschinendrehzahl erreichen.

. Aus den Diagrammen der Fig. 5 geht im oberen Teil der Wirkungsgradgewinn durch die schraffierten Flächen hervor. Im einzelnen sind aus dem oberen Bereich des Diagramms die Wirkungsgradlinie 77 des Umlaufräderwechselgetriebes und die Wirkungsgradlinie η der Gesamtanordnung nach erkennbar. Aus dem unteren Teil des Diagrammes der F i g. 5 geht der Leistungsgewinn hervor. Es sind die Leistungslinie des Umlaufräderwechselgetriebes und die Leistungslinie der Gesamtanordnung bei r?J_ecA = 0,97 und bei η _mech = 1 erkennbar. Der Leistungsgewinn ist wieder durch die schraffierten Flächen gekennzeichnet.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbine nachgeschaltetes Umlaufräderwechselgetriebe für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, dessen erstes Glied von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, dessen zweites Glied mit der Abtriebswelle verbunden ist und dessen drittes Glied mit der Abgasturbine gekuppelt ist, wobei die Abgasturbine drehzahlgesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlauf räderwechselgetriebe aus einer ihrer Gangzahl entsprechenden Anzahl von Umlaufrädersätzen besteht, von denen jeweils das erste Glied (Sonnenrad I₁ bzw. I_n bzw. I₁₁₁ bzw. 1_IV bzw. l_v) mit der Brennkraftmaschine und jeweils das zweite Glied (UmI auf räderträger S) mit der Abtriebswelle verbunden ist und jeweils das dritte Glied (Hohlrad 3_X bzw. 3_U bzw. 3_m bzw. 3_IV bzw. 3_V) jedes Umlaufrädersatzes wahlweise über je eine schaltbare Kupplung (K₁ bzw. K₁₁ bzw. X₁₁₁ bzw. Κ_ϊν bzw. K_v) mit dem zur Abgasturbine (T) führenden Übertragungszweig verbindbar ist.

2. Umlaufräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenräder (I₁ bzw. I₁₁ bzw. I_1n bzw. 1_IV bzw. l_v) aller Umlaufrädersätze auf einer mit der Kurbelwelle (M) verbundenen Welle (W) fest angeordnet sind, der allen Umlaufrädersätzen gemeinsame Umlaufräderträger (S) mit der Abtriebswelle (A) verbunden ist und jedes Hohlrad (3! bzw. 3[j bzw. 3_m bzw. 3_IV bzw. 3_V) der Umlaufrädersätze je einen Außenzahnkranz (4_rbzw. 4μ bzw. 4_ni bzw. 4_IV bzw. 4_V) aufweist, in den ein Ritzel (S₁ bzw. 5_n bzw. S₁₁₁ bzw. S_IV bzw. 5_V) eingreift, das mittels einer Kupplung (K₁ bzw. K₁₁ bzw. Z₁₁₁ bzw. Z_IV bzw. K_v) mit einer Welle (W₁ bzw. PF₁₁ bzw. PFjii bzw. W_lw bzw. W_y) verbunden ist, die über ein ins Langsame übersetzendes Vorgelege (Zahnräder 8 bis 11) mit der Abgasturbine (T) verbunden sind.

3. Umlaufräderwechselgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen sämtlicher mit den in die Außenzahnkränze (4_X bzw. 4_n bzw. 4_ΠΙ bzw. 4_IV bzw. 4_V) der Hohlräder (3_r bzw. 3_n bzw. 3_In bzw. 3_IV bzw. 3_V) eingreifenden Ritzeln (5_X bzw. 5_n bzw. 5_ni bzw. 5_IV bzw. 5_V) kuppelbaren Wellen (W₁ bzw. W₁₁ bzw. FF₁₁₁ bzw. W_lv bzw. W_v) in einer Ebene liegen und die Wellen über einen Kegelrädertrieb (O₁, I₁ bzw. 6_ir, 7jj bzw. 6_in, 7_nI bzw. 6_IV, 7j_V bzw. 6_V, 7_V) an eine zu den Achsen der Wellen senkrechte Welle (W_r) angeschlossen sind, die über das Vorgelege (8 bis 10) mit der Abgasturbine (Γ) verbunden ist. ■

4. Umlaufräderwechselgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise dem Umlaufräderwechselgetriebe ein, eine Straßen-, Gelände- und Rückwärtsgruppe aufweisendes Gruppengetriebe (D) nachgeschaltet ist.

5. Umlaufräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in einer parallel zur Abgasturbine (T) an die Zuleitung zur Abgasturbine angeschlossenen Nebenleitung (BL) eine Klappe (KL) angeordnet ist, durch die bei zunehmender Brennkraftmaschinendrehzahl die Nebenleitung zunehmend absperrbar ist und umgekehrt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen