DE1956244B2 - Hydrodynamisches wendegetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Wendegetriebe, insDesondere für Schienentriebfahrzeuge, mit wenigstens einem Paar von hydrodynamischen Arbeitskreisläufen, von denen jeweils der eine für die eine und der andere für die andere Fahrtrichtung bestimmt ist und die mit verstellbaren Schaufelrädern, durch die der Schaufelkanai abschließbar ist, versehen sind.

Solche Getriebe werden vor allem in Lokomotiven, die im Verschiebedienst eingesetzt werden sollen, eingebaut. Dort ist eine häufige Fahrt- und Traktionsrichtungsumkchr vorzunehmen. Diese Reversierung läßt sich vollhydraulisch, d. h. durch Umfüllen von entsprechenden Föttingcr-Arbeitskreisläufen leichter, schneller und auf die Dauer betriebssicherer und mit weniger Wartungsaufwand bewerkstelligen al mil mechanischen Mitteln, etwa mittels Khui'Mikupplungen. Auch Lokomotiven, die in weit ausgedehnten Verschiebenetzen Dienst tun und zwischendurch immer wieder hohe Marschgeschwindigkeiten erreichen, sollen von der vollliydrauliscuen Reversierung profitieren. Sie werden daher mit insgesamt vier Föttingerwandlern, von denen jeweils zwei zum Anfahren und zwei für die Marschfahrt, und zwar vorwärts und rückwärts, dienen, ausgestattet. Die Bewährung dieses Prinzips an zunächst nur kleineren Lokomotiven brachte es mit sich, daß solche vollhydraulischen, zweiglngigen, mil insgesamt vier Wandlern ausgerüsteten Reversiergeuiebe bei immer größeren Lokomotiven vorgesehen werden.

ίο Bei solchen Getrieben laufen die Turbinenräder der für die Gegenrichtung bestimmten Wandler entgegen der Drehrichtung der zeitlich stets im selben Sinn laufenden Pumpenräder. Obwohl die unbenutzten Wandler nur mit Luft gefüllt sind, verursacht dieses massebehaftete Medium auf Grund der gegensinnigen Drehrichtung und auf Grund der damit einhergehenden intensiven l.ufiverwirbelung relativ hohe Verluste. Diese Verluste drücken den Gesamtv.irkungsgrad des Wendegetriebes und verursachen zunächst einmal erhöhten Brennstoff\ erbrauch. Bei kleinen Beträgen der zu übertragenden Leistung waren diese Verluste noch gering und ohne weiteres hinnehmbar. Bei größeren Getrieben, bei denen sieh auch die Ventilationsverluste erhöhten, traten jedoch erste Schwierigkeiten auf. Die Ventilationsverluste führten zu einer starken Getriebeerwärmung. Insbesondere diejenigen Wandler waren gefährdet, deren Drehzahlniveau besonders hoch lag. Bei mechanischer Stufung der Getriebe war dies der Anfahrgang.

Durch rein hydraulische Stufung der Zweigang-Wendegctriebe bekam man gleiches Drehzahlniveau sowohl primärseitig als auch sekimdärseitig für beide Gänge, und die thermischen Schwierigkeiten waren im uefragten Leistungsbercich dadurch beherrschbar.

Inzwischen ist man durch Leistungssteigerungen der Getriebe selbs' mit dieser Methode der Ventilationsvermindeiung in der äußersten Grenze des Erträglichen angelangt. Temperaturen von 200- C treten stellenweise auf und ölspritzer verkoken. Weitere Leistungssteigerungen sind nur möglich, wenn einschlägige Maßnahmen getroffen werden.

Fs sind bereits bei Flüssigkeitsgetrieben Ringschieber bekannt, die von außerhalb in den Slrömungsraum einschiebbar sind und mit deren Hilfe der Kraftfluß gedrosselt und erforderlichenfalls auch ganz unterbrochen werden kann. Weiterhin ist es durch die deutsche Patentschrift 610 177 bereits bekannt, die mit dem Pumpenrad umlaufenden Schaufeln von der größten öffnung bis zum völligen Abschluß des Schaufelkanals verstellbar auszubilden. Durch Verdrehung der Schaufeln kann damit einerseits das vom Flüssigkeitsgetriebe übertragene Drehmoment beliebig geregelt werden, und andererseits bedeutet eine Verdrehung der Laufschaufeln bis in die Abschlußstellung eine Entlastung des Flüssigkeitsgetriebes.

In der deutschen Patentschrift 469 005 ist ein Flüssigkeitsgetriebe beschrieben, bei dem zur Anwendung des Getriebes für verschiedene Übersetzungsverhältnisse die wirksame radiale Schaufellänge einstellbar gemacht ist. Ein oder mehrere Schaufelräder sind dabei mit einer ganz oder teilweise aus unabhängig beweglichen, konzentrischen Teilkränzen bestehenden Schaufelung versehen, die entweder derart verstellt werden können, daß der entsprechende Teil des Strömungsweges schaufellos wird, oder derart im Strömungsweg frei umlaufen können, daß sie an der Kraftübertragung nicht mitwirken. Nachteilig ist da-

bei. daß das Getriebe einerseits aufwendig im Aufbau der Schaufelräder ist und andererseits auch bei den frei umlaufenden Teilkränzen eine Reibung und damit eine Erwärmung des Getriebes stattfindet.

Weiterhin ist in der britischen Patentschrift dl3 94S ein Wandler beschrieben, der so aufgebaut i.st. da!¹ das von der Pumpe bei Leerlauf übertragene Schleppmoment verhindert wird. Das Schaufelgitter des Turbinenrades ist hierzu zweigeteilt. Der Kreislauf im Wandlei wird im Leerlauf durch eine entsprechende Verdrehung des Schaufelgitters unterbrochen. Die Unterbrechung des Kreislaufes durch die Absperrung des Schaufelgitters wird durch die von der Turbine hervorgerufene Zentrifugalkraft bewirkt, d h. in Abhängigkeit von deren Drehzahl. Bei I'ahrt ist damit stets ein Kreislauf gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, geeignett Maßnahmen anzugeben, niit Hilfe derer die beim Betrieb von hydrodynamischen Werdeget.ieben der eingangs genannten Art auftretenden Erwärmungen auch bei (jetrieben sehr großer Leistungen begrenzt werden, ohne daß durch die Maßnahmen die tietriebekonstruktiun besonders versteuert oder das Gewicht und der Platzbedarf des Getriebes vergrößert werden.

Die^e Aufgabe ist zwar bei hydrodynamischen Strömungskreisläufen der in Rede stehenden Art durch die Vorrichtung nach der Patentschrift 63 941 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berl'ii bereits gelöst, aber sie wird mit anderen Mitteln erreicht. Zur Vermeidung von Ventilationsverlusten wird die Luft aus dem von Flüssigkeit entleerten Kreislauf abgesaugt.

Lrfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe nunmeht durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptansp-uchcs gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schaufelräder wird eine Zirkulation der Luft in dem vom öl entleerten Arbeitsraum vermindert, wenn nicht gar bis auf vernachlässigbare Reste ganz unterbunden. Die Schaufelräder laufen nun in einer stillstehenden Luftumgebung, und es kommt nicht mehr zu einer abwechselnden Beschleunigung und Verzögerung der Luft in den Schaufelkränzen.

Durch die erfinduncsgemäße Einrichtung zur Verdrehung der Ringkörper wird eine sichere, von den vorhandenen Drehzahlen unabhängige Betätigung des absperrbaren Schaufelgitters erreicht. Dies ergibt sich dadurch, daß allein der hydrodynamische Druck des Füllmediums über den Hydraulikzylinder und den Kraftspeicher als Gegendruck zur Betätigung herangezogen wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

An Hand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbcispicle ist die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. I ein zweigängiges Turbo-Wendegetriebe mit insgesamt vier Strömungswandlcrn in Übersichlsdarstcllung,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Wandlers aus dem Turbo-Wendegetriebe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 3 einen achs^nkrechten Schnitt durch die Leitschaufeln des Wandlers nach F i g. 2 in abgesperrter Stellung,

F i g. 4 die Einrichtung zur Verdrehung der Ringkörper nach F i g. 2.

F i g 5 eine andere Ausfühiungsiorni des Schautelgitters de-> Leitrades für f.rößere Leitschaulelabstände.

Nach F i g. 1 treibt eine Antriebswelle 1 über zwei Stirnräder 2 und 3 eine mit Pumpenrädern 5 und 8 von zwei Stiöniungswandlern I und Il bestückte zentrale Pumpenradwdle 4. Zwei Turbinenräder 6 und 9 sind über eine ein Stirnrad 12 tragende Hohlwelle 11 starr miteinander verbunden. Die zentrale Pumpen-ίο radwelle 4 ist über zwei Stirnräder 13 und 14 mit einer zweiten zentralen Pumpenradwelle 15 verbunden, die neben einem Stirnrad 24 für den Füllpumpenantrieb Pumpenräder 16 und 19 der Strömungswandler III und IV trägt, deren Turbinenräder 17 und 20 über eine Hohlwelle 22 mit einem Stirnrad 23 in st.-nrer Verbindung stehen. Die beiden Stirnräder 12 und 23 auf den hohlen Turbinenradwellen 11 und 22 kämmen mit einem auf de. Abtriebswelle 26 sitzenden Stirnrad 25.

Da die beiden Pumpenradwellen 4 und 15 entgegengesetzt angetrieben werden, die beider: Turbinenradwellen 11 und 22 jedoch gleichsinnig an die Abtrienswelle 26 angeschlossen sind, bewirken die zwei achsgleichen Wandler I und Il der einen Gruppe die Vorwärtsfahrt, und die zwei achsgleichen Wandler III und IV der anderen Gruppe die Rückwärtsfahrt, wobei der jeweils erstgenannte Wandler tür den unteren Gang (Anfahrwandler) und der jeweils zuletztgenannte Wandler für den oberen Gang (Marschwandler) gefüllt wird und alle anderen Strömungswandler entleert werden. In den entleerten Wandlern des Kraftweges für die Gegenfahrtrichlung laufen die Pumpen und die Turbinenräder in einander entgegengerichtetem Drehsinn um.

In den F i g. 2 bis 5 ist die Konstruktion der ventilationsverhindernden Strömungshindernisse gezeigt. Das Leitrad ist als Drehschieber nach Art eines Hahnes ausgebildet. Entlang eines zum Drehzentrum des Wandlers konzentrischen Teilkreises 51 sind die Schaufeln des Leitrades 52 in zwei Ringkörper 53 und 54 (Kopf- und SchwanzteiP, geteilt. Der Ringkörper 54 ist im Wandlergehäuse fest angeordnet. Der Ringkörper 53 ist in einem Leitschaufelkopfring 55 gefaßt, der wenigstens um eine halbe Schnufelteilung in Umfangsrichtung gegen den Ringkörper 54 bewegbar ist. Zur Verdrehung ist der Ringkörper 53 über Koppelglieder mit einem außerhalb des Wandlers angebrachten Hydraulikzylinder 58 verbunden. Za diesem Zweck ist ein Stift 56 durch das Leitradgehäuse durch ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Langloch 60 hindurch ins Freie geführt. Dort greift eir Stellglied 57 (Kolbenstange) des Hydraulikzylinders 58 an, der sich mit dem Zylinderteil am Gehäuse (Aujc 59) abstützt. Der Hydraulikzylinder wird durch eine Feder 58' in die eine Ruhe-Endlage, und zwar die Schließstellung des Leitraddrehschiebers und durch Druck in der Lci'ung 61 in die Arbeitsendstellung gedrängt, bei der der Leitradcirchschieber offen ist und das Leitrad 52 die normale Funktion eines glatten Schaufelgitters übernehmen kann.

Da die Leitung 61 an den Arbeitsraum des Wandlers angeschlossen ist, erhält sie immer nur dann Druck, wenn der Wandler gefüllt ist. Auch hier ist die Steuerung des Wandlers selbsttätig.

In analoger Weise zu der eben beschriebenen Ausführung nach den F i g. 2 bis 4 können auch Schaufelabschnitte aus dem Schaufelmittclteil — entlanti

konzentrischer Teilungslinien geteilt und zu schwenkbaren Ringen zusammengefaßt — aus der Schaufel heraus und in den benachbarten Schaufelkanalquerschnitt hinein verschoben werden. Ist der Schaufelkanal im Umfangsrichtung breiter als die größte Schaufelsiärke. so können auch zwei in der geschilderten Art voneinander unabhängige vcrschwenkbarc Schaufelabschnittc in den benachbarten Schaufclkanal hinein verschwenkt werden, wie dies in F i n. 5 veranschaulicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamisches Wendegetriebe, insbesondere fiii Schienentriebfahrzeuge, mi; wenigstens einem Paar von hydrodynamischen Arbeitskreisläufen, von denen jeweils der eine für die eine und der andere für die andere Fahrtrichtung, bestimmt ist und die mit verstellbaren Schaufelrädern, durch die der Schaufelkanal abschließbar i:".. versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaui'elgitter des Leitrades (52) zur Verhinderung .on Luftzirkulation bei entleertem Arb.'itskreislauf in wenigstens zwei entlang ^ines Kreises ι idial unterteilte, relativ zueinander um etwa eine halbe Schaufelteilung verdrehbare Ringkörper (53, 54) geteilt ist und daß /ur Verdrehung dieser Ringkörper ein Kraftspeicher und ein ihm entgegenwirkender, vom Wandlerfülldruck betätigter, außerhalb des Arbeitskreislaufes angebrachter Hydraulikzylinder (58) \oigesehen sind, wobei das Stellglied (57) des Hydraulikzylinders mittels Koppelglieder (55. 56, 60) an den im Arbeitskreislauf angeordneten Ringkörpern (53. 5'ίϊ angelenkt ist.

2. Hydrodynamisches Wendegetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung (51) des Schaufelgitters et\v;> auf der radialen Höhe der Stelle der größten in Umfangsrichtung gemessenen Schaufelstärke der Schaufeln angeordnet ist.

3. Hydrodynamisches Wendegetriebe nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftspeicher Federn (58') vorgesehen sind.