-
Hydrodynamisches Getriebe für Fahrzeuge Die Erfindung betrifft-ein
Getriebe für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge mit wenigstens je zwei vorzugsweise
durch Füllen und Entleeren ein- und ausschaltbaren hydraulischen Arbeitekreisläufen
(Föttinger-Kreisläufen), insbes. Strömungswandlern für jede Fahrtrichtung und mit
einem die An- und Abtriebsdrehzahl miteinander vergleichenden Steuergerät zum selbsttätigen
Umschalten der Kreisläufe (Gangschaltautomatik) sowie einer Vorrichtung zum willkürlichen
Umschalten von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt und von Rückwärts- auf Vorwärtsfahrt
und zum hydraulischen Bremsen durch willkürliches Umschalten auf den für die ,jeweils
entgegengesetzte Fahrtrichtung vorgesehenen Strömungskreislauf. Solche Getriebe
werden als Zweigang-Turbo-Wendegetriebe bezeichnet und insbesondere in Lokomotiven
eingebaut, die im Rangierdienst eingesetzt werden. Hydrodynamisch wird gebremst,
indem bei Vorwärtsfahrt der betreffende Arbeitskreislauf entleert und der für Rückwärtsfahrt
gefüllt wird. Dabei fährt die Lokomotive bei eingeschaltetem Rückwärtsgang zunächst
noch vorwärts. Das bedeutet, daß beim Bremsbetrieb das Drehzahlverhältnis von An-
und Abtriebsdrehzahl des gefüllten Wandlers negativ ist. Die genannte Gangschaltautomatik
arbeitet jedoch unabhängig davon, ob gerade Zug- oder Bremsbetrieb herrscht, da
sie lediglich einen Drehzahlvergleich durchführt, also nur die Beträge dieser Zahlenwerte
feststellt, dagegen nicht, ob sie pösitiv oder negativ sind, d.h. sie kann nicht
unterscheiden, ob gezogen oder gebremst wird. Wird aus dem zweiten Gang heraus die
hydraulische
Bremsung eingeschaltet, dann würde dank dieser Gangschaltautomatik
beim Bremsen auch der zweite Gang wirksam werden und erst nach allmählichem Abbremsen
bis auf den für die Umschaltung vorgesehenen Wert des Drehzahlverhältnisses einö`Umschaltung
auf den ersten Rückwärtsgang eintreten. Dies würde aber einen großen Sprung in der
auftretenden Bremskraft bedeuten, was sich daraus erklärt, daß die Bremskräfte des
Turbowendegetriebes einen ganz anderen Verlauf über der Abtriebsdrehzahl des Getriebes
haben als die Zugkräfte. Die Zugkraftkurven der verschiedenen Wandler eines Getriebes
schneiden sich, und in dem Schnittpunkt, also bei Drehmomentengleichheit, erfolgt
die automatische Umschaltung von einem auf den anderen Wandler. Die Bremskraftkurve
des Anfahrwandlers dagegen verläuft im Gebiet wesentlich größerer Drehmomente als
die des Arbeitskreislaufes des Marschwandlers und schneidet diese nicht. Der Bremskraftsprung
wäre äußerst unangenehm für die Zuginsassen sowie für die Fracht, außerdem würde
er ein Schleudern der Räder auf den Schienen verursachen, und der Bremsvorgang würde
der Kontrolle des Lokomotivführers vorübergehend entgleiten. Darüber hinaus ist
der Wärmeanfall im Marschwahdler bei gleicher Bremskraft wesentlich höher als wenn
mit dem Anfahrwandler gebremst würde. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile
zu vermeiden. Es wird vorgeschlagen, beim Bremabetrieb das automatische Umfüllen
der Kreisläufe zu verhindern und nur mit dem Anfahrwandler zu bremsen. Das wird
durch eine Einrichtung erreicht, die selbständig beim Einschalten des hydraulischen
Bremsbetriebes unabhängig von dem gerade eingeschalteten Strömungskreislauf den
Anfahrkreislauf der entgegengesetzten Fahrtrichtung einschaltet und während des
hydraulischen Bremsbetriebes eine automatische Schaltung von einem auf den anderen
Strömungskreislauf verhindert. .
Eine Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens
wird bei einem Getriebe der vorgenannten Art dadurch erreicht, daß die Ein-. richtung
aus zwei Teileinrichtungen besteht, deren einer Teil zum Feststellen des hydraulischen
Bremsens dient, indem er den Unterschied von tatsächlicher und kommandierter Fahrtrichtung
feststellt und ein entsprechendes Signal gibt und deren anderer Teil in Abhängigkeit
von dem Signal das Einschalten des schwächer untersetzenden Strömungskreislaufes
der kommandierten Fahrtrichtung verhindert. Beim hydraulischen Bremsen aus sehr
hohen Fahrgeschwindigkeiten namentlich von schweren Zügen ist der Wärmeanfall im
Arbeitsmedium sehr hoch und es tritt eine Überhitzung, zumindest jedoch eine vorzeitige
Alterung der Arbeitsflüssigkeit ein. Darüber hinaus treten beim hydraulischen Bremsen
aus sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten zum einen hohe Belastungen in den lagern der
zahnradbestückten Getriebewellen wegen der hohen Zahnflankendrücke auf, zum anderen
hohe amiale Belastungen in den lagern der Pumpen- und Turbinenradwellen wegen der
hohen Axialechübe. Deshalb soll der Geschwindigkeitsbereich, in dem hydraulisch,
d.h. durch Füllen des Anfahr kreislaufes der Gegenfahrtrichtung gebremst werden
kann, erfindungsgemäß nach oben hin beschnitten werden. Oberhalb dieser Grenzgeschwindigkeit
kann nur mechanisch, d.h. durch Anlegen der Bremsklötze an die Laufräder gebremst
werden. Es wird daher in Weiterbildung des Erfindungsgedankens eine weitere Einrichtung
vorgeschlagen,-die beim Versuch des Einschaltens der hydraulischen Bremsung oberhalb
einer bestimmten hohen Geschwindigkeit zunächst nur die mechanische Bremsung und
erst bei Unterschreiten dieser Geschwindigkeit das Füllen des Anfahrkreislaufes
der Gegenfahrtrichtung zuläßt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand
der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen Fig. 1 das Schema eines Zweigang-Turbo-Wendegetriebes
für eine Lokomotive mit einem Steuersystem nach.der Erfindung während des Bremsbetriebes
aus einer hohen Geschwindigkeit heraus und hig. 2 das Schema eines Steuersystems
nach Fig. 1, ausgestattet mit der Blockierung gegen hydraulisches Bremsen aus sehr
hohen Geschwindigkeiten,ebenfalls während des Bremsbetriebes dargestellt.
-
Fig. 3 ein selbsttätig wirkendes Umsteuergerät aus dem Steuersystem
nach Fig. 2 im Schnitt und in vergrößerter Darstellung.
-
Gleiche und einander entsprechende Teile der Darstellungen sind in
der Beschreibung mit gleichen Zeichen benannt. Das hydrodynamische Getriebe nach
Pig. 1, das auch der Darstellung der Pig. 2 zugrundeliegt, wird im wesentlichen
gebildet aus den vier Wandlern, Anfahrwandler vorwärts Av und Marschwandler vorwärts
I, sowie Anfahrwandler rückwärts AR und Marschwandler rückwärts MR. Der Motor 1
treibt in der angegebenen Pfeilrichtung über das Hochgangzahnrad 2 die beiden Frimärwellenritzel
3,
bzw. 3R des Vorwärts- und Rückwärtswandlersatzes an, die beide untereinender
in derselben Drehrichtung entgegen der Drehriehtung des Motors umlaufen. Auf der
vom Motor abgewandten Seite der Wandlereätze ist die Sekundärwelle herausgeführt,auf
dem die Sekundärritzel 4v und 4, angeordnet sind, die ebenfalls beide in derselben
Drehrichtung umlaufen,* wenn die Lokomotive fährt. Die Richtungsumkehr wird erzielt
durch das Wenderitzel 5. Die Drehrichtung der Sekundärritzel 4 und damit die Fahrtrichtung
der lokomotive richtet sich danach, in welchem der beiden Wandlersätze ein Wandler
gefüllt ist. Ist ein Wandler aus dem Rüekwärts-Wandlersatz gefüllt, so rotiert das
Abtriebszahnrad 6 und mit ihm die Abtriebswelle ? des Getriebes in der zu dieser
Welle angegebenen Pfeilrichtung R im anderen Fall in der Pfeilrichtung V.
Von
der Hochgangwelle aus wird über ein Kegelradgetriebe 8, 9 die Füllpumpe 10 angetrieben,
die eine Kreiselpumpe ist. Sie saugt das Betriebsöl unterhalb des Ölspiegels 11
an und drückt es in die Fülldruckleitung 12. Die Schmierpumpe 13 für die sekundärseitig
mitbewegten Teile wird von der Sekundärwelle des Rückwärtswandlersatzes über das
Kegelradgetriebe 14, 15 angetrieben. Diese Pumpe ist eine Zahnradpumpe; sie weist
zwei leitungsstutzen 16 und 17 auf. Je nach Fahrtrichtung der Lokomotive, d.h. je
nach Drehrichtung des Kegelrades 15 in Richtung Y (vorwärts) bzw. in Richtung R
(rückwärts) fördert sie in die Leitung 16 bzw. 17. Die Umschaltvorrichtungen 18
sorgen dafür, daß der Schmierölstrom auch bei Drehrichtungsumkehr des Pumpenantriebes
immer an der Leitung 19 angesaugt wird und über die Druckleitung 20 zu den einzelnen
Schmierstellen gelangt. Das Steuersystem für das Getriebe weist ein Paar von Umsteuerventilen
23 und 24 auf, in die die Zeitungen 25 und 26 bzw. 27 und 28 einmünden und die die
Zeitungen 29 und 30 bzw. 31 und 32 verlassen. Diese Umsteuerventile sind, so beschaffen,
daB, wenn nur die Leitung 25 bzw. 27 druckbesufschlagt ist, der Druck auf die '
Zeitung 29 bzw. 31 weitergeleitet wird und wenn beide Zeitungen 25 und
26 bzw. 27 und 28 druckbeaufschlagt sind, der Druck auf die Zeitung 30 bzw.
32 weitergeleitet wird. Die Leitungen 29 bis 31 münden je in ein eigenes druckbetätigtes
Servoabsperrventil 33, die alle in einer eigenen Abzweigung von der Fülldruckleitung
12 liegen und deren Ausgangsstutzen je über eine Zeitung 34, 35, 36 bzw. 37 mit
dem Füllanschluß eines der Wandler verbunden ist. Von der Pülldruckleitung 12 zweigt
die Steuerleitung 38 ab, in der der Absperrhahn 39 liegt.. Wird er geöffnet, so
gelangt bei laufendem Motor 1 Öl in das Steuersystem. Steht die Lokomotive oder
fährt sie nur mäßig schnell, so gelangt das Steueröl über die Vorsteuerleitung 40
für die Anfahrwandler je nach Stellung des Fahrtrichtungshebels 41 und damit der
Stellung des Kolbens 57 des doppelflutigen Umsteuerschiebers 58 in die Zeitungen
25 oder 27. Daraufhin wird die Leitung 29 bzw. 31 mit Druck beaufschlagt und der
Anfahrwandler für Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt wird gefüllt. D.h. steht z.B. die
Lokomotive und der Motor läuft, so wird durch das Öffnen des Hahnes 39 je nach Stellung
des Fahrtrichtungehebels
einer der beiden Anfahrwandler gefüllt;
die Lo-komotive fährt in der gewählten Fahrtrichtung an.
-
Durch Öffnen des-Hahnes gelangt jedoch auch Steueröl über die Leitung
42 in das Umsteuergerät 43. Das Umsteuergerät weist ein Fliehkraftpendel mit Fliehgewichten
44, einen durch die Radialbewegung der Fliehgewichte axial verschobenen Kolben 45
sowie eine der Fliehkraft der Gewichte entgegenwirkende Feder 46 auf. Das Fliehkraftpendel
wird von der Sekundärseite des hydrodynamisohen Getriebes z.B. über den Königswellentrieb
47 bis 51 angetrieben. Die Kraft, die das Fliehkraftpendel auf die Feder ausübt,
ist proportional dem Quadrat einer Drehzahl, und zwar der Sekundärdrehzahl (^-n22).
Die Feder 46 stützt sich auf einem anderen Kolben 52 ab. Der zu diesem Kolben gehörende
Druckraum steht über die Zeitung 53 und die Pülldruckleitung 12 mit dem Druckstutzen
der primärseitig angetriebenen Kreiselpumpe 10 in Verbindung. Der durch eine Kreiselpumpe
erzielbare Druck ist ebenfalls proportional dem Quadrat ihrer Antriebsdrehzahl.
Die Kraft, die der Kolben 52 auf die Feder 46 ausübt, ist demnach proportional dem
Quadrat der Primärdrehzahl des Getriebes (#..n21).
-
In Umsteuergerät 43 werden die Quadrate der Drehzahlen der Primär-und
der Sekundärseite miteinander verglichen. Jedem Verhältnis der Quadrate (n 2/n1
)2 , d.h. auch jedem linearen Verhältniswert (n2/n1) entspricht eine bestimmte Stellung
des Kolbens 45. Dieser Kolben ist als Absperrschieberkolben ausgebildet. Der Absperrschieber
weist zwei korrespondierende Steuerkanten 54 und 54a auf, die je nach Stellung des
Kolbens 45 die Verbindung von Zeitung 42 nach Leitung 55 abschneiden oder freigeben.
Die Umschaltung vörn Anfahrwandler auf den Marschvrandler erfolgt unabhängig von
der Fahrgeschwindigkeit und der Belastung der Lokomotive bei einem ganz bestimmten
Verhältnis der Drehzahlen von Primär- und Sekundärseite. Das jeweils vorliegende
Verhältnis der Drehzahlen wird in dem Umsteuergerät 43 ständig festgestellt; beim
Umschaltwert stehen die korrespondierenden Steuerkanten 54 und 54Q des Umsteuergerätes
gerade übereinander. Beim Überschreiten des Umschaltwerte:i des Verhältnisses wird
eine Verbindung von Leitung 42 nach Zeitung 55 hergestellt, beim Unterschreiten
wird die Verbindung
wieder abgeschnitten. Ein Zunehmen der Motordrehzahl
bei konstanter Fahrgeschwindigkeit wirkt im Sinne des Schaltöne auf den Anfahrwandler,
eine zunehmende Fahrgeschwindigkeit bei konstanter Motordrehzahl wirkt im Sinne
des Schaltens auf den Marschwandler.
-
Oberhalb des Umschaltwertes wird die Vorsteuerleitung 55' für die
Marschwandler durch das Steuergerät mit Druck beaufschlagt (das selbstöffnende Absperrventil
56 ist bei Traktionsbetrieb offen). Jetzt sind je nach Stellung des Fahrtrichtungshebels
41 sowie des Kolbens 57 die Leitungen 25 und 26 bzw. 27 und 28 und infolgedessen
die Leitung 30 bzw. 32 mit Druck beaufschlagt, d.h. der Marschwandler für Vorwärts-
bzw. Rückwärtsfahrt wird gefüllt. Durch das Ausbleiben des Fülldruckes bei
den anderen Wandlern entleeren sich diese sofort. Soll die Lokomotive abgebremst
werden, so legt der Lokomotivführer den Fahrtrichtungehebel 41 von beispielsweise
"vorwärts" (Stellung V) auf "rückwärts" (Stellung R) um. Es wird dann, während die
Lokomotive mit zunächst noch unverminderter Geschwindigkeit vorwärts rollt, der
Rückwärtswandler, und zwar für Anfahren, gefüllt, die Erfindung sorgt dafür, daß
unabhängig davon, ob gemäß dem vorliegenden Verhältnis von Ab- zu Antriebsdrehzahl
der Marschwandler eingeschaltet sein müBte oder nicht, in jedem Fall der Anfahrwandler
zum hydraulischen Bremsen benutzt wird.
-
Zu diesem Zweck ist von den beiden Leitungsstutzen 16 und 17 der Sekundärschmierpumpe
13 je eine Leitung 21 und 22 abgezweigt. Leitung 21 ist bei Vorwärtsfahrt der Lokomotive
druokbeaufschlagt, Zeitung 22 bei Rückwärtefahrt (Pfeile V und R). Durch Betätigung
des"Fahrtrichtungehebels wird außer dem Kolben 57 auch der Kolben 59 des Umateuerschiebers
60 verschoben. Je nach Stellung des Kolbens 59 wird eine der beiden Zeitungen 21
und 22 mit der Bremsdruckleitung 61 verbunden, die in den Druckraum über dem Absperrkolben
62 des durch die Kraft der Feder 63 selbstöffnenden Absperrschiebers 56 mündet.
Die Anschlüsse der Zeitungen 21 und 22 an den Umsteuerechieber 60 sind so gewählt,
daß bei Einschaltung der Rückwärtafahrtrichtung die bei Vorwärtsfahrt druckbeaufschlagte
Leitung 21 und bei Einschaltung der Vorwärtsfahrt die bei ßückwärtsfahrt druckbeaufschlagte
Zeitung 22 mit der Brensdruckleitung 61 verbunden wird. Durch diese für die
Erfindung
wesentliche Maßnahme wird erreicht, daß nur dann, wenn die tatsächliche Fahrtrichtung
der Lokomotive von der vorgewählten sich unterscheidet, d.1. wenn hydraulisch gebremst
wird, die Leitung 61 mit Druck beaufschlagt ist. Im Fall des hydraulischen Bremsens
wird die Vorsteuerleitung 55' für die Marschwandler durch Schließen des Schiebers
56 in jedem Falle drucklos gemacht. Das bedeutet, daß beim hydraulischen Bremsen
immer mir der Anfahrwandler eingeschaltet wird und dadurch, wie gemäß der Aufgabe
der Erfindung gefordert, eine Schaltung der Fahrgänge während des hydraulischen
Bremsens vermieden wird. In Pig. 2 ist ein anderer Steuerteil des gleichen Getriebes
wie in Fig. 1 dargestellt. In dieser Steuerung ist eine automatische Blockierung
der Füllung für alle Wandler eingebaut, die anspricht, wenn versucht wird, aus sehr
hohen Geschwindigkeiten heraus hydraulisch abzubremsen. In diesem Geschwindigkeitsbereich
muß mechanisch gebremst werden. Hat der Lokomotivführer den Fahrtrichtungshebel
41 bei Fahrt oberhalb der Sicherheitsgeschwindigkeit für hydraulisches Bremsen auf
Gegenrichtung (hydraulisch Bremsen) gestellt, so wird die Blockierung der Füllung
des entsprechenden Anfahrwandlers erst nach der Verzögerung bis unter diese Geschwindigkeit
wieder aufgehoben. Zu diesem Zweck sind das Umsteuergerät 43 durch ein ähnliches
Umsteuergerät 43' und der Absperrschieber 56 durch einen Umsteuerschieber 56' ersetzt
worden; außerdem weist das Steuersystem zusätzlich noch den Absperrschieber 70 in
der Vorsteuerleitung 40 für die Anfahrwandler auf. In dem Vorsteuergerät 43' gemäß
Fig. 3 ist außer dem über Leitung 53 fülldruckbeaufschlagten Kolben 52 ein weiterer
fliegender Kolben 71 angeordnet. Dieser Kolben hat keine Verbindung mit der Kolbenstange
52' des Kolbens 52. Der Kolben 71, wird durch die Abzweigleitung 61' der Bremsdruckleitung
61 im Fall des hydraulischen Bremsens mit Druck beaufschlagt. Solange der Druckraum
vor dem Kolben 71 di,uckfrgi ist, kann dieser ungehindert axial spielen. Durch den
Bremsdruck gelangt der fliegende Kolben an die durch den in der linken Seite des
Zylinderraumes lose eingelegten Distdnnzring 72 vorgegebene Endstellung und schiebt
bis in diese Endstellung den Kolben 52 vor sich her.
Wird auf Gegenfahrtrichtung
geschaltet, so gelangt der Kolben 71 und mit ihm der Kolben 52 in eine bestimmte
in der Lage durch Wahl eines entsprechenden Distanzringes einstellbare Position.
Damit ist der Einfluß der Primärdrehzahl auf das Umsteuergerät und dessen Umschaltpunkt
aufgehoben. D.h. beim Wirken eines Bremsdruckes ist der Schaltpunkt des Umsteuergerätes
43' nur noch von der Fahrgeschwindigkeit abhängig, und zwar wird bei hoher Fahrgeschwindigkeit
- oberhalb der einstellbaren Sicherheitsgrenze für hydraulisches Bremsen - der Durchfluß
von Leitung 42 nach 55 freigegeben und unterhalb davon gesperrt. Gemäß Fig. 2 leitet
beim Vorhandensein des Bremsdruckes das selbstrückstellende Umschaltventil 56' in
Arbeitsstellung den Steuerleitungsdruck aua Leitung 55 über Leitung 80 auf die Arbeitsseite
des Kolbens 75 des selbstöffnenden Absperrventils 70, d.h. im Steuer-` System nach
Fig. 2 wird beim hydraulischen Bremsen die Vorsteuerleiteng zum Marschwandler abgesperrt,
die primärseitige Beeinflussung des Umsteuergerätes aufgehoben und damit der Umschaltpunkt
einseitig von der Fahrgeschwindigkeit abhängig gemacht. Es wird nun der Vorsteuerdruck
für den Marschwandler, der abhängig von der geänderten Schaltcharakteristik des
Umsteuergerätes 43' in der Zeitung 55 wirksam wird, dazu ausgenützt, den Anfahrwandler
der Gegenrichtung bei beabsichtigten hydraulischem Bremsen zu sperren oder freizugeben.
Kommt die Lokomotive zum Stillstand, so ist die Leitung 61 bzw. G1' drucklos. Die
Vorsteuerleitungen 40 und 55 bzw. 551 werden wieder frei, die Aufhebung der
Primärbeeinflussung wird wieder rückgängig gemacht.