DE19709734A1

DE19709734A1 - Hydrodynamisches Vierganggetriebe

Info

Publication number: DE19709734A1
Application number: DE1997109734
Authority: DE
Inventors: Rolf Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-17

Description

Titel: Hydrodynamisches Vierganggetriebe, besonders für Dieseltriebfahrzeuge der Eisenbahn, mit vier Föttingerkreisläufen, die durch Füllen und Ent leeren automatisch geschaltet werden und vier aneinander anschließende Ge schwindigkeitsbereiche bedienen, ergänzt durch ein mechanisches Wendegetriebe.

Anwendungsgebiet: wie erwähnt, aber auch andere Schwerfahrzeuge.

Stand der Technik: Schon der erste Föttingertransformator zeigte die wesent lichen Eigenschaften dieser Technik: Stufenlose Kraftübertragung und Dreh richtungsumkehr durch Füllen und Entleeren von Strömungskreisläufen (diesmal Drehmomentwandlern, die Hydrodynamische Kupplung folgte bald).

Für Eisenbahnfahrzeuge sind alle bekannten Bauformen in der Veröffentlichung des Anmelders in der ETR 5/77 schematisch zusammengestellt. S. Tafeln 1 und 2. Schon das erste Dreiganggetriebe mit Anfahrwandler AW und zwei Kupplungen K, dargestellt in Nr. 5, enthielt ein mechanisches Vorgelege mit zwei verschiedenen Übersetzungen.

Nachdem zu dem AW ein passender Marschwandler für höhere Abtriebsdreh zahlen entwickelt war, entstanden mehrere Zweiganggetriebe mit rein hydrau lischer Stufung, Nr. 8. Bei Bedarf muß zu der hydraulischen Übersetzung eine zusätzliche mechanische Stufe für zwei Geschwindigkeitsbereiche nachge schaltet werden.

Alle diese Getriebe haben zum hydraulischen Teil ein mechanisches, schalt bares Wendegetriebe, das hier nicht dargestellt ist. Ebenso ist eine Eingangsstufe zur Erhöhung der Pumpendrehzahl nur da gezeigt, wo sie für den Gesamtaufbau unumgänglich war.

Erst die Bauform Nr. 15 mit zwei Paaren von hydraulisch gestuften Wandlern Schema Nr. 8 schloß an die Urform des Transformators wieder an, indem Ge schwindigkeits- und Richtungswechsel durch Füllen und Entleeren der Kreis läufe vollzogen wurde. Hier entfällt das mech. Wendegetriebe und ist durch eine feste Übersetzung mit einem Zwischenrad für die Drehrichtungsumkehr ersetzt. Bild 3. Auch bei diesem Zweiganggetriebe kann eine Schaltstufe hinzugefügt werden.

Bei Dieseltriebwagen sind die Anforderungen an die Zugkraftsteigerung geringer, weil die Schlepplasten geringer sind, als bei Lokomotiven. Hier genügen oft Zweiganggetriebe mit einer Kupplung als Direktgang, deren Wirkungsgrad erheblich besser ist als bei dem Wandler. Da Rangiermanöver selten sind, wird ein mech. Wendegetriebe akzeptiert.

Für höhere Spitzengeschwindigkeiten eines sog. Schnelltriebwagens besteht naturgemäß der Bedarf an einem dritten Gang, natürlich einer Kupplung. Damit ist die Ausgangsposition Nr. 5 wieder erreicht. Wird aber diese Kupp lung nach Schema Nr. 15 auf einem parallelen Wellenstrang angeordnet, so kann dieser auch als Vorgelegewelle dienen, auf der das Großrad des Stufensprunges angeordnet wird. Zwischen diesem und dem Ritzel muß dann ein Zwischenrad gelegt werden, um die Drehrichtung beizubehalten. Dieses Schema wäre Nr. 16. Das Zwischenrad und das Ritzel bilden dann die beiden Schalträder des fol genden Wendegetriebes. Diese Zwei- und Dreiganggetriebe sind heute Standard für Triebwagen bis 600 KW in Unterflurbauweise.

Nachteile: Die Kritik des Wettbewerbes richtet sich hauptsächlich gegen den Wirkungsgrad in Höhe und Breite, d. h. die Zugkraftkurve, bedingt durch die Beschränkung auf meistens zwei hydraulische Gänge. Ein dritter benötigt dann gleich eine zweite Übersetzung oder eine schaltbare Stufe, wie geschil dert. Andere "Nachteile" sind eher Wunschvorstellungen, wie Schleuderschutz, Haftwertausnützung, Bremsverhalten, Nutzbremse (bei Dieselfahrzeugen!) Kühlung. Es bleibt der Wirkungsgrad bei höchster und geringster Fahrge schwindigkeit und auch in der Scheitelhöhe.

Aufgabe der Erfindung bleibt daher vorzugsweise die Verbreiterung des Be reiches hohen Wirkungsgrades und Steigerung des Absolutwertes durch Einsatz geeigneter zur Verfügung stehender Mittel. Getreu dem Föttingerprinzip sollte dies mit Föttingerkreisläufen mittels Füllen und Entleeren ohne mechanische Schaltelemente erreicht werden.

Für ein ausgesprochenes Streckenfahrzeug kann ein mechanisches, schaltbares Wendegetriebe nach dem heutigen Stand der Technik samt elektronischer Überwachung beibehalten werden.

Lösung der Aufgabe: Nach sorgfältiger Analyse von Elementen und Bauformen des heutigen Standes und der Aufgabe entsprechenden Auswahl und Zusammen stellung läßt sich ohne eine noch zu lösende Detailaufgabe ein noch nie und nirgends erwähntes Vierganggetriebe mit der gleichen Betriebssicherheit wie bisherige Bauformen bilden. Unter Wahrung erpropter spezifischer Werte ist eine Vergrößerung, wie eine Verkleinerung sicher.

Anhand der Schilderung des Standes der Technik sind sowohl das Schema Nr. 17 wie das Bild 4 leicht verständlich. Hier ist nicht die vertikale Bauform für Drehgestell-Lokomotiven, sondern eine flache koaxiale Variante gezeigt.

Mit den Daten einer noch nicht genau spezifizierten Höchstleistungslok mit vermutlich 2000 KW und 160 Km/h Spitze ergibt sich mit diesem Getriebe, daß dessen Zugkraft bei gutem Wirkungsgrad lediglich durch die Reibverhältnisse zwischen Rad und Schiene begrenzt ist, und dessen Wirkungsgrad in fast der Hälfte des Geschwindigkeitsbereiches unter Vollast über 90% liegt. Literaturhinweis:
Keller MTZ 6/71
Keller ETR 5/77
Dr. Bruns, Dr. Rohne ETR 10/91
Dr. Rohne VDI spez Mai 92
Ditting ETR 41/92

Beispielbeschreibung einer Patentanmeldung

Aus den Darlegungen im Formblatt A über den technischen Stand geht schon hervor, daß die Erfindung keine Allgemeingültigkeit hat, sondern sowohl von dem derzeitigen technischen Stand, wie der Marktbeherrschung eines einzigen Interessenten ausgeht.

In den Tafeln 1 und 2 sind zwar andere technische Lösungen geschildert, doch sind diese alle schon verschwunden und würden als Bewerber gar nicht zugelassen.

Der eigentliche Wettbewerb besteht aus der Drehstromtechnik. Aber auch diese hat bei den Triebwagen mit geringeren Ansprüchen und Leistungen kapi tuliert, weil der erhebliche technische Aufwand sich im kleinen Maßstab nicht rentiert. Die Hydraulik kann aber mit einfacheren Lösungen, wie ge schildert, billiger anbieten.

Somit handelt es sich bei der Erfindung um ein einziges Beispiel, wie geschildert, bei dem die Entscheidung zwischen Elektrik und Hydraulik fällt. Hierzu kann die Erfindung den entscheidenden Beitrag leisten, weil sie dem Wettbewerber einen neuen Fortschritt entgegenstellt.

Die Standardzweiganggetriebe können, auch mit Zusatzstufe, nur die Charakteristik eines Dreiganggetriebes darstellen. Der entscheidende Schritt ist ein Vierganggetriebe, das die Ansprüche voll erfüllt. Ist dieses Ziel erstmal erkannt, dann ist es leicht und ohne Komplikationen zu verwirklichen. Die Schemata 16 und 17 zeigen die nahe Verwandschaft zwischen dem neuesten Dreiganggetriebe und der Erfindung. Diese bietet aber einen Qualitätssprung hinsichtlich der Grundaufgabe jeden Getriebes: Optimale Umwandlung der Motorleistung auf die Erfordernisse des Fahrzeuges.

Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei geringeren Leistungen im ver kleinerten Maßstab eingesetzt werden, sofern die Ansprüche des Fahrzeuges dies fordern.

Claims

Der "Oberbegriff" entspricht dem Titel auf Formular A: Hydrodynamisches Vierganggetriebe, besonders für Dieseltriebfahrzeuge der Eisenbahn, mit vier Föttingerkreisläufen, die durch Füllen und Entleeren automatisch ge schaltet werden und vier aneinander anschließende Geschwindigkeitsbereiche bedienen, ergänzt durch ein mechanisches Wendegetriebe.
Die bei der Erfindung verwendeten Merkmale sind schon im Formular A als Stand der Technik erwähnt und beziehen sich auf:
Aufteilung der Kreisläufe (vier in Schema 15 und drei in Schema 16) auf zwei prallele Wellenstränge.
Verbindung der beiden eingangsseitig über ein Zahnradtrio Nr. 15 und 16
Verbindung abtriebseitig über Zahnräder, die eine Stufe bilden Nr. 16
Eingliederung der Stufe in das Wendegetriebe Nr. 16
Wahlweise Anschluß eines Retarders.
Allgemeine Anordnung entsprechend den Einbauverhältnissen, Antrieb oben, Kreisläufe in der Mitte und Doppelabtrieb unten.
Zwei Schaltmuffen am Wendegetriebe für die beiden Fahrtrichtungen, ölbetä tigt.
Elektronische Überwachung aller Betriebsdaten mit Fernmeldung.
Anspruch I: Das erfindungsgemäße Vierganggetriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisläufe paarweise auf die beiden Wellen stränge verteilt sind, so daß sie einmal den unteren und einmal den oberen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges bedienen.
Daß jeder Wellenstrang einen Anfahrwandler AW und vorzugsweise eine Kupp lung K enthält. Nur in Ausnahmefällen käme ein Marschwandler alternativ in Betracht.
Daß der erwähnte Stufensprung zwischen den Wellensträngen etwa 2 beträgt, so daß gewissermaßen zwei Zweiganggetriebe einander zu dem Vierganggetriebe ergänzen.
Dazu können folgende Unteransprüche nutzbringend eingesetzt werden:
Daß die AW, die Gang 1 und Gang 3 darstellen in der Beschaufelung entspre chend der unterschiedlichen Aufgabe etwas differieren.
Daß deren Leiträder im Wachsausschmelzverfahren hergstellt und mit räum lich gekrümmten nach außen verlängerten Schaufeln versehen werden.
Daß der Wandler Gang 1 einen Ringschieber erhält.
Daß der Stufensprung am Abtrieb zum Teil durch Erhöhung der Pumpendreh zahl durch Änderung der betreffenden Eingangsübersetzung erzielt wird und dadurch das Großrad am Abtrieb verkleinert werden kann.
Daß die dadurch erhöhte Leistungsaufnahme durch Verringerung des Profil durchmessers ausgeglichen wird.
Daß dadurch die Wellenstränge näher zusammengerückt werden können.