DE1911879A1

DE1911879A1 - Hydrodynamisches Getriebe mit konstanter Leistungsaufnahme

Info

Publication number: DE1911879A1
Application number: DE19691911879
Authority: DE
Inventors: Karl Haide; Schweizer Dipl-Ing Walter
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1969-03-08
Filing date: 1969-03-08
Publication date: 1970-09-24
Also published as: DE1911879B2; AT303807B; US3633364A; GB1236727A; ES377210A1; FR2037448A5; CH505321A

Description

Motorenbau GmbH
Friedrichshafen

Hydrodynamisches Getriebe mit konstanter Leistungsaufnahme

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Getriebe mit mindestens zwei ein- und ausschaltbaren Kreisläufen., vorzugsweise Drehmomentwandlern, z.B. für Schienentriebfahrzeuge.

Hydrodynamische Getriebe dieser Art haben den Zweck, das von der Antriebsmaschine, z.B. einem Dieselmotor, zur Verfügung gestellte Drehmoment an die Bedürfnisse des Schienentriebfahrzeuges anzupassen. Diese Anpassung soll über den ganzen Arbeitsbereich mit möglichst gutem Ubertragungswirkungsgrad bei möglichst konstanter Leistungsaufnahme und Motordrehzahl erfolgen. Zu diesem Zweck werden mehrere ein- und ausschaltbare hydrodynamische Kreisläufe, vorzugsweise Drehmomentwandler, vorgesehen, wobei jeder Kreislauf in einem Teilbereich des gesamten Geschwindigkeitsbereiches arbeitet.

In all den Fällen, bei denen die Turbinendrehzahl eines Drehmomentwandler s im normalen Arbeitsbereich über die Pumpendrehzahl ansteigt, tritt bei den bisher in diesen Getrieben verwendeten Drehmomentwandlerbauarten ein Ansteigen der .Leistungsaufnahme der Pumpe etwa beim Überschreiten der Drehzahlgleichheit ein. Dieser Anstieg der Leistungsaufnahme hat seine Ursache in dem wachsenden ölumlauf im Drehmomentwandler, hervorgerufen durch die zunehmende Turbinendrehzahl·.

Zumeist wird hiervon der Drehmomentwandier für den oberen Abtriebsdrehzahlbereich betroffen, und zwar immer dann, wenn der Bereich des Drehmomentwandlers weit ausgefahren werden muß. Dies ist der Fall, wenn nur wenige Drehmomentwandler für den gesamten Geschwindigkeitsbereich vorhanden sind und einerseits ein hohes Anfahrmoment, andererseits Jedoch eine große Höchstgeschwindigkeit verlangt ist.

Im Teillastbetrieb, wenn nicht die volle Zugkraft erforderlich ist und in dem die hydrodynamischen Getriebe durch Teildrehzahl

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der Antriebsmaschine gefahren werden, muß.der Drehmomentwandler für den oberen Geschwindigkeitsbereich zur Erreichung der maximalen Abtriebsdrehzahl noch weiter ausgefahren , d.h. mit höherem Drehzahlverhältnis der Turbinen- zur Pumpendrehzahl betrieben werden als bei Vollast.

Normalerweise ist die Antriebsmaschine in der Lage, bei der der Teillast entsprechenden geringeren Drehzahl die erforderliche Mehrleistung durch größere Füllung abzugeben, weil die Motorleistung bei voller Füllung mit fallender Motordrehzahl nicht so stark zurückgeht wie die Getriebeeingangsleistung.

Bei hochaufgeladenen Dieselmotoren jedoch, wo die Füllung bei mittleren Motordrehzahlen wegen der Rauchgrenze abgeregelt werden muß, und zudem für den Eisenbahnbetrieb erforderliche Zusatzaggregate eine konstante zusätzliche Motorbelastung über den ganzen Motordrehzahlbereich verlangen,reicht die Motorleistung nicht mehr aus, wenn das'Getriebe eine Mehrleistung verlangt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Drehmomentwandler des Getriebes so auszubilden, daß eine möglichst gleichbleibende Leistungsaufnahme über den ganzen Einsatzbereich auch bei Teillastbetrieb erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der oder die Drehmomentwandler für den unteren Geschwindigkeitsbereich in bekannter Weise eine zentrifugal durchströmte Turbine aufweisen und daß der oder die Drehmomentwandler für den oberen Geschwindigkeitsbereich axial oder zentripetal durchströmte Turbinen aufweisen. - '

Durch die nunmehr der Pumpe in Bezug auf die ölumlaufmenge entgegenwirkende Turbine des Drehmomentwandlers für den oberen Abtriebsdrehzahlbereich wird eine etwa gleichbleibende Leistungsaufnahme der Pumpe auch dieses Wandlers und damit des Getriebes erreicht.

Eine vorteilhafte Ausführung ergibt sich dadurch, daß in bekannter Weise die Punipenräder aller Drehmomentwandler einer Hohlwelle zugeordnet sind, die über einen Hochtrieb von der Getriebeeingangswelle angetrieben wird, während die Turbinenräder .

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der Drehmomentwandler auf der Zentralwelle angeordnet sind, und daß die Drehmomentwandler für den oberen Geschwindigkeitsbereich umlaufende Gehäuse aufweisen und die Pumpenräder oder Turbinenräder dieser Drehmomentwandler an diesem Gehäuse befestigt sind.-

Durch das umlaufende Gehäuse des Wandlers mit der zentripetal oder axial durchströmten Turbine ergibt sich eine konstruktiv einfache Ausbildung der Leitradbefestigung dieses Wandlers.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie die Wandler und Motorkennlinien sind in den Zeichnungen dargestellt und werden wie folgt näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Verlauf der Leistungsaufnahme eines Drehmomentwandlers mit zentrifugal durchströmter Turbine,

Fig. 2 Leistungskurven eines hochaufgeladenen Dieselmotors und eines hydrodynamischen Getriebes,

Fig. 3 Verlauf der Leistungsaufnahme eines Drehmomentwandlers mit zentripetal durchströmter Turbine,

Fig. 4 Schematische Darstellung der Drehmomentwandler eines Zwei-Wandler-Getriebes.

In Fig. 1 ist über dem Verhältnis Turbinendrehzahl : Pumpendrehzahl die Leistungsaufnahme eines Drehmomentwandlers mit zentrifugal durchströmter Turbine bei konstanter Pumpendrehzahl dargestellt.

Die schraffierte Fläche deutet den normal verwendeten Bereich des Wandlers an. In diesem Bereich iat die Leistungsaufnahme praktisch konstant. Unterhalb dieses Bereiches wird das Getriebe in einem anderen Wandlergang betrieben. Das Getriebe ist üblicherweise so ausgelegt, daß diese konstante Leistungsaufnahme bei Motornenndrehzahl der maximalen Leistung des Motors entspricht und daß die Auslegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges bei Betrieb mit voller Motorleistung und größter Anhängelast am Ende des schraffierten Bereiches erreicht wird. Bei geringerer Anhängelast kann die Auslegungsgeschwindigkeit schon mit kleinerer Leistung erreicht werden. Damit das hydraulische Getriebe eine kleinere Leistung auf-

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nimmt, muß es mit kleinerer Drehzahl angetrieben werden. Bei der Auslegungsgeschwindigkeit ergibt die kleinere Antriebsdrehzahl ein größeres Verhältnis der Turbinendrehzahl zur Pumpendrehzahl. Dadurch gelangt man in den Bereich steigender Leistungsaufnahme.

Dieses Ansteigen der WandleraufnaJhmeleistung ist jedoch unerwünscht, weil die im Schienentriebfahrzeug vorwiegend verwendeten hochaufgeladenen Dieselmotoren bei mittleren und· kleineren Drehzahlen, bedingt durch die ihnen eigene Charakteristik, in ihrer Füllung und damit in ihrer Leistung begrenzt werden müssen.

Fig. 2 zeigt die Auswirkung der steigenden Leistungsaufnahme im Zusammenwirken mit einem hochaufgeladenen Dieselmotor. Kurve 11 stellt die Leistungskurve des Dieselmotors dar. Kurve 12 zeigt die richtige Leistungsaufnahme des Getriebes im schraffierten Bereich aer Fig. 1, d.h. bei DrehzahlVerhältnissen des Wandlers bis etwa gleiche Pumpen- und Turbinendrehzahl. Diese Leistungsaufnahme ist abhängig von der dritten Potenz der Motordrehzahl. In dieser Leistungsaufnahme ist außerdem ein über der Motordrehzahl kon-* stanter Leistungsbetrag für ein Zusatzaggregat enthalten. Kurve

13 zeigt den Verlauf der Leistungsaufnahme,wenn bei kleiner Motordrehzahl, also bei Teillast, mit voller Abtriebsdrehzahl, also mit der Auslegungsgeschwindigkeit, gefahren wird. Mit kleinerer Motordrehzahl und damit kleinerer Teillaststufe wird der Leistungsüberschuß des Motors immer geringer bis bei der Drehzahl

14 die Leistungsaufnahme des Getriebes zusätzlich des konstanten Leistungsbetraget für das Zusatzaggregat das Leistungsangebot des Motors erreicht. Ein Betrieb unterhalb dieser Motordrehzahl ist nicht möglich. Entweder muß eine kleinere Abtriebsdrehzahl gefahren werden oder der Leistungsbedarf für das Zusatzaggregat muß reduziert werden.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Leistungsaufnahme eines Drehmomentwandlers mit zentripetal durchströmter Turbine. Hier wird der Motor stets in der Weise belastet wie er Leistung abgeben kann und selbst im Teillastbetrieb nicht überfordert. Man erhält für diesen Wandler auch bei höheren Drehzahlen der Turbine gegenüber der Pumpe die günstige Kurve 12 in Fig. 2.

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In Fig. 4 ist das Schema eines Getriebes mit zwei Drehmomentwandlern 15 und 1o dargestellt.

Der Wandler I5 ist dem unteren Geschwindigkeitsbereich, der Wandler 1o dem oberen Geschwindigkeitsbereich zugeordnet. Der Motor treibt über eine Gelenkwelle, die Getriebeeingangswelle 17 und die Hochgangszahnräder 18 und 19 die als Hohlwelle ausgebildete Pumpenradwelle 20 an.

Der Wandler 15 für den unteren Geschwindigkeitsbereich besteht aus dem feststehenden Gehäuse 21 mit dem Leitrad 22, dem Pumpenrad 2.5, das auf der Pumpenradwelle 20 direkt befestigt ist, und dem zentrifugal durchströmten Turbinenrad 24, das auf der zentralen Turbinenradwelle 25 angeordnet ist.

Der Wandler 1b für den oberen Geschwindigkeitsbereich besteht aus dem mit der Pumpenradwelle 20 verbundenen und mit dieser Welle umlaufenden Gehäuse 2o, an dem das Pumpenrad 27 befestigt ist, dem zentripetal durchströmten Turbinenrad 28, das mit der zentralen Turbinenradwelle 25 verbunden ist, und dem feststehenden Leitrad 29* das mit einem Rohrstück 30 am nicht dargestellten Getriebegehäuse angebracht ist.

Die zentrale Turbinenradwelle 25 ist die Abtriebswelle des hydraulischen Getriebes. Dem hydraulischen Getriebe kann je nach den Erfordernissen ein mechanisches Untersetzungs- oder Wendegetriebe nachgeschaltet sein.

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Claims

Patentansprüche

( 1.^/Hydrodynamisches Getriebe mit mindestens zwei ein- und ausschaltbaren Kreisläufen., vozugsweise hydrodynamischen Drehmomentwandlern, z.B. für üchienentriebfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Drehmomentwandler (15) für den unteren Geschwindigkeitsbereich in bekannter Weise eine zentrifugal durchströmte Turbine (24) aufweisen und daß der oder die Drehmomentwandler (1ö) für den oberen Geschwindigkeitsbereich axial oder zentripetal durchströmte Turbinen (28) aufweisen.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die Pumpenräder (2J5, 27) aller Drehmomentwandler einer als Hohlwelle ausgebildeten Pumpenradwelle (20) zugeordnet sind, die über einen Hochtrieb (ib, 19) von der Getriebeeingangswelle (17) angetrieben wird, während die Turbinenräder (24, 28) der Drehmomentwandler auf der zentralen Turbinenradwelle (25) angeordnet sind, und daß die Drehmomentwandler (it>) für den oberen Geschwindigkeitsbereich umlaufende Gehäuse (26) aufweisen und die Pumpenräder (27) oder Turbinenräder (28) dieser Drehmomentwandler (1ό) an diesem Gehäuse (26) befestigt sind.

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