DE2354280A1

DE2354280A1 - Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE2354280A1
Application number: DE19732354280
Authority: DE
Inventors: Helmut Mueller
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1975-05-15
Also published as: DE2354280B2; DE2354280C3

Description

P 25 54 28O.5 \

^WA ^λ2° 235Α280

3220 ."--■■ Voith Getriebe KG

Kennwort: "Hydrostatische. Synchronisierung"- Heidenheim (Brenz)

Fahrzeuggetriebe

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere hoher Leistung, mit einem mechanischen Wendegetriebe, das zwei wechselweise ein-.und ausrückbare Zahnkupplungen aufweist und mit einer einen Primär- und einen Sekundärteil aufweisenden Trenneinrichtung (z.B. Trennkupplung, ein- und ausschaltbarer hydrodynamischer Drehmomentwandler od. dgl.), deren Sekundärteil mit der Eingangsseite des Wendegetriebes verbunden ist.

Solche Getriebe werden benötigt in schweren brennkraftgetriebenen Fahrzeugen, vor allem in Schienenfahrzeugen, aber auch in schweren Straßenfahrzeugen oder selbstfahrenden Erdbewegungsgeräten. Als Trenneinrichtung kommt in-solchen Getrieben in erster Linie ein hydrodynamischer Drehmomentwandler in Frage, der vorzugsweise durch Füllen bzw. Entleeren ein- und ausschaltbar ist.

In den bekannten, für Schienenfahrzeuge bestimmten Getrieben (ETR 1973* Seite 163) ist das mechanische Wendegetriebe nur im Stillstand schaltbar; Fehlschaltungen sind hierbei durch eine Fahrzeug-Stillstandßkontrolle ausgeschlossen. Solche Getriebe haben sich zwar bewährt. Es wird jedoch als nachteilig empfunden, daß das Wendemanöver verhältnismäßig viel Zeit beansprucht;, und daß das Wendegetriebe nicht auch schon während der Fahrt umgeschaltet werden, kann. ■ .

Deshalb ist auch bereits ein speziell für Ranglerlokomotiven bestimmtes Getriebe bekannt geworden (DT-PS 1 580 952), welches mindestens je einen hydrodynamischen, füll- und entleerbaren Dreh-, momentwandler für jede Fahrtrichtung besitzt» Hierbei wird ein Fahrtrichtungswechsel durch einfaches Umfüllen der beiden Wandler bewirkt, wobei das Umschalten auf die Gegehfahrtriehtung schon dann erfolgen kann, solange das Fahrzeug' sich noch in der bisherigen Fahrtrichtung bewegt. Man erzielt hierdurch neben einer zeitlichen Verkürzung des Wendemanövers den zusätzlichen Vorteil, daß der jeweils neu eingeschaltete Wandler vorübergehend als hydro- -

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dynamische Bremse wirkt und somit das Fahrzeug beim Fahrtrichtungswechsel verschleißlos bis zum Stillstand abgebremst werden kann. Dadurch jedoch, daß das Getriebe für jede Fahrtrichtung wenigstens •einen separaten Wandler benötigt, ist der bauliche Aufwand verhältnismäßig groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Getriebe mit geringstmöglichem Aufwand derart weiterzuentwickeln, daß das Umschalten des Wendegetriebes auf die Gegenfahrtrichtung noch während der' Bewegung des Fahrzeuges' in der bisr herigen Fahrtrichtung erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Danach wird zunächst gemäß Merkmal a) eine Synchronisiereinrichtung für die Zahnkupplungen des Wendegetriebes vorgesehen. Es ist zwar schon ein Schienenfahrzeuggetriebe bekannt (DT-AS 1 246 OlO) mit einem Drehmomentwandler und einem mechanischen Wende- und einem mechanischen Stufenwechselgetriebe, wobei die beiden mechanischen Getriebe ein- und ausrückbare Zahnkupplungen aufweisen und wobei eine als hydrodynamische Bremse ausgebildete Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist. Diese kann aber nur in den Zahnkupplungen des Stufenwechseligetriebes und nicht in denen des Wendegetriebes wirksam sein. Außerdem ist sie für sich allein nicht in äer Lage, einen wenigstens angenäherten Synchronismus zwischen den beiden Kupplungsteilen einer Zahnkupplung herzustellen; sie kann vielmehr nur das jeweils rascher umlaufende Kupplungsteil abbremsen, wobei der Synchronisationspunkt durchlaufen wird. Die Zahnkupplung muß daher, um genau im Synchronisationspunkt einrücken zu können, als sogenannte Abweisklauenkupplung ausgebildet sein.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Getriebe unterscheidet sich von dem bekannten Getriebe gemäß Merkmal b) des Anspruches 1 prinzipiell dadurch, daß die Synchronisiereinrichtung als ein hydrostatischer Hilfsantrieb ausgebildet ist, durch den die Eingangsseite des Wendegetriebes - bei gelöster Trennkupplung, d.h. z.B. bei entleertem Wandler - vorübergehend in der umgekehrten Drehrichtung (gegenüber der normalen) angetrieben wird;

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Die Anwendung eines hydrostatischen Getriebes als Synchronisier-, einrichtung beruht auf der Erkenntnis, daß in einem Wendegetriebe hoher Leistung (insbesondere für SchienenfahrzeugeJj bei dem die ; Zahnkupplungen nicht als Abweisklauenkupplungen ausgebildet sein sollen, bei der Gestaltung einer Synchronisiereinrichtting gleichzeitig zwei verschiedene Teilaufgaben geiöst werden müssen. Zum einen muß die beim Synchronisieren freiwerdende Wärmemenge, die auf Grund der großen Massen sehr hoch ist, abgeführt werden* zum anderen muß die Synchronisiereinrichtung derart gestaltet sein, daß sie für sich allein in der Lage ist, wenigstens angenäherten

den. ,

Gleichlauf zwischen den bel/'Küpplungsteilen der' einzurückenden Zahnkupplung herzustellen; mit anderen Worten: Der Synchronisationspunkt muß direkt angesteuert werden und darf nicht einfach nur durchfahren werden.

In Getrieben kleiner leistung (z.B. für Pkw-Antriebe) wird die letztere Teilaufgabe in der Regel durch die Anwendung reibochlüssiger Elemente gelöst. Solche kommen aber bei Hochleistungsgetrieben wegen des hier viel größeren Wärmeanfalls nicht in Frage.

Demgegenüber kann der gemäß der Erfindung vorgesehene hydrostatische Hilfsantrieb beide Teilaufgäben gleichzeitig lösen. Er kann nämlich durch eine bestimmte Auswahl des Verhältnisses zwischen den spezifischen Verdrärgingsvolumina von Pumpe und Motor, (d.h. durch eine entsprechende Abstimmung desPördervermögens der Pumpe und des Schluckvermögens des Motors) mit höher Genauigkeit ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen Pumpe und Motor herstellen, so daß eine für das Einrücken der Zahnkupplung-genügend genaue■: Synchronisation erzielt wird und zusätzliche Maßnahmen, z.B. eine Ausbildung der Zahnkupplung mit Abweisklauen, nicht mehr erforderlich sind. Da ferner der.Flüssigkeitskreislauf des hydrostatischen Hilfsantriebes mit einem F_lüssigkeitsoehälter oder einem Kühler versehen ist (Merkmal c)i, kann die beim Synchronisieren anfallende Wärme ohne Schwierigkeiten an die Umgebung abgeführt werden. Dabei wird man zweckrnäßigerweise als Flüssigkeitsbehälter · den ohnehin vorhandenen Getriebesumpf verwenden.

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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebes besteht nun darin, daß unmittelbar nach einem (bei noch in Bewegung befindlichem Fahrzeug vorgenommenen^Umsehalten des Wendegetriebes der Sekundärteil der Trenneinrichtung (z.B. die Turbine des Wandlers) rückwärts umläuft und daß man daher durch Wiedereinrücken der Trenneinrichtung (z.B. durch Wiederfüllen des Wändlers) das Fahrzeug abbremsen und sogleich in der Gegenfahrtrichtung wiederanfahren kann.

Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, daß die Antriebsanlage während der Fahrt beliebig ab- und wieder zugeschaltet werden kann. Dies ist insbesondere von Bedeutung für den Mehrfach-Traktionsbetrieb. Man wird dann bei abgeschalteter Antriebsanlage das Wendegetriebe in den Leerlauf schalten,so daß der Sekundärteil der Trenneinrichtung (d.h. z.B. die Turbine des Wandlers) stillsteht und somit nicht - wie bei den bekannten Getrieben - Ventilationsverluste verursacht.

Bezüglich der Anordnung und Ausbildung der Pumpe und des Motors des hydrostatischen Hilfsantriebs ist noch zu beachten, daß während eines Synchronisierungsvorganges die Trenneinrichtung grundsätzlich gelöst (d.h. z.B. der Wandler entleert) sein muß. Daher ist es erforderlich, die zum Synchronisieren benötigte Energie von den Treibrädern des Fahrzeuges, d.h. von der Ausgangsseite des Wendegetriebes abzunehmen. Somit ist gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung die Pumpe mit der Ausgangs- und der Motor mit der Eingangsseite des Wendegetriebes starr gekoppelt (Anspruch 2). Da aber die Ausgangsseite des Wendegetriebes abwechselnd unterschiedliche Drehrichtung aufweist, muß die Pumpe derart gestaltet sein, daß ihre Förderrichtung in beiden Drehrichtungen gleich ist. Dies kann man durch verschiedene an sich bekannte Maßnahmen bewerkstelligen, nämlich einmal durch eine Gleichrichterschaltung (mit vier Rückschlagventilen) oder durch ein Umsteuerventil, welches abwechselnd einen der beiden Pumpenanschlüsse mit dem Motor verbindet. Falls die Verhältnisse zwischen den Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen des Wendegetriebes in den beiden Fahrtrichtungen gleich sind, kann eine Pumpe mit konstantem spezifischen Verdrängungsvolumen verwendet werden.(Unter dem spezifischen Verdrängungsvolumen sei das Verdrängungsvolumen je Umdrehung verstanden). Im anderen

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Falle ist eine Pumpe mit veränderbarem spezifischen Verdrängungsvolumen erforderlich, wobei das Verstellen des spezifischen Verdrängungsvolumens zweckmäßig in Abhängigkeit von der Stellung des Wendegetriebes erfolgt. Der Motor hat hierbei in jedem Falle ein konstantes spezifisches Verdrängungsvolumen.

Eine besonders zweckmäßige Maßnahme, um gleiche Förderrichtung der Pumpe in beiden Drehrichtungen zu erzielen/ besteht darin, eine solche Pumpe zu verwenden, deren Verdrängungsvolumen vom positiven in den negativen Bereich verstellbar, d.h. deren Förderrichtung (bei gleichbleibender Drehrichtung) umkehrbar ist. Eine solche Pumpe kann ohne weiteres in den beiden Drehrichtungen auf unterschiedliche Fördermengen eingestellt werden, so daß auch sie in einem Getriebe mit unterschiedlichen Verhältnissen, zwischen den Ein- und Ausgangsdrehzahlen des Wendegetriebes in den* beiden Fahrtrichtungen verwendet werden kann. - -

Eine weitere erfinderische Ausgestaltung des Fahrzeuggetriebes ist in Anspruch 3> beschrieben; diese stellt eine besonders einfache Anordnung zum Ein- und Ausschalten des hydrostatischen Hilfsantriebes dar. Dabei ist während der normalen Fahrt des Fahrzeuges die Druckgrenze des Überströmventils auf den niedrigen Wert eingestellt, so daß die Pumpe bei nur geringer Leistungsaufnahme über die Druckleitung und das Überströmventil in einen Bereich gerin-, gen Druckes fördert. Soll nun nach dem Lösen der Trenneinrichtung (d.h.z.B. nach?dem Entleeren des Wandlers) und auf einen Wende- ^; befehl eine Synchronisation stattfinden, so braucht nur das Überströmventil auf seine hohe Druckgrenze umgesteuert zu werden. Es '_ wird sich dann umgehend in der Druckleitung ein hoher'Druck einstellen, der den Motor beaufschlagt und dessen Drehrichtung und damit die Drehrichtung der Eingangsseite des Wendegetriebes umkehrt. ' ' ' -

Zweckmäßig wird man gemäß Anspruch 4 einen solchen Motor verwenden, der bei normaler Drehrichtung der Eingangsseite des Wendegetriebes als in die Druckleitung fördernde Pumpe arbeitet.

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Gemäß einem weiteren wichtigen Gedanken der Erfindung wird in den Zeiträumen zwischen den Synchronisierungsvorgängen die vom hydrostatischen Hilfsantrieb gelieferte Flüssigkeit zu Schmierzwecken verwendet (Anspruch 5). Dadurch kann eine ansonsten auf äer Ausgangsseite des Fahrzeuggetriebes anzuordnende Schmiermittelpumpe eingespart werden. Eine in diesem Zusammenhang besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 6 beschrieben.

Zur Steuerung des Wendemanövers wird gemäß einem weiteren Gedanken der* Erfindung vorgeschlagen, das Einrücken der Zahnkupplung für die Jeweils neue Fahrtrichtung bis zur Vollendung der Synchronisierung zu sperren. Eine hierzu bevorzugt anzuwendende Maßnahme ist in Anspruch 7 beschrieben.

Eine gegenüber der Ausführung nach Anspruch 3 und k geänderte Anordnung zum Ein- und Ausschalten des hydrostatischen Hilfsantriebs ist im Anspruch 10 beschrieben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schema eines Fahrzeuggetriebes mit einem

Wendegetriebe und der hierzu gehörenden Steuerung, '

Fig. 2 eine Ansicht auf den Wendeschalthebel nach Linie H-II der Fig. 1

Fig. 3 ein Schema des Fahrzeuggetriebes mit Wendegetriebe nach Fig. 1, jedoch mit gegenüber Fig. 1 geänderter Steuerung.

Das in Fig. 1 und 3 dargestellte Fahrzeuggetriebe umfaßt zwei für unterschiedliche Fahrgeschwindigkeitsbereiche bestimmte hydrodynamische Drehmomentwandler 10 und 11. Deren Primärteile (Pumpenräder) sind auf einer gemeinsamen hohlen Primärwelle 12 angeordnet,

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die von einer Getriebeeingangswelle I3 über ein Zahnräderpaar 14 antreibbar ist. Die Sekundärteile (Turbinenräder) der beiden Wandler 10 und 11 sind ebenfalls auf einer gemeinsamen "Welle, nämlich der zentralen Sekundärwelle 15 angeordnet] an diese sehließt sich ein.mechanisches Wendegetriebe 20 an.

Die mit der Sekundärwelle 15 starr gekoppelte Eingangsseite des Wendegetriebes 20 umfaßt eine innen verzahnte Muffe 21 und eine axial verschiebbare sogenannte Schiebewelle 22. Diese besitzt zwei in axialer Richtung zueinander versetzte Außenverzahnungen 2^ und . 24, von" denen die eine ständig mit der Innenverzahnung der Muffe 21 in Eingriff steht und die andere durch axiales Verschieben der Schiebewelle wahlweise mit einer von zwei_Innenverzahnungen je eines Kupplungsteiles 26 und 28 in Eingriff bringbar oder (wie dar-: gestellt).in eine neutrale Mittelstellung einstellbar ist. Hierzu ist die Schiebewelle 22 über ein Gelenklager 29 mit der Kolbenstange ^l eines doppeltwirkenden Druckzylinders 30 verbunden., nachfolgend "Wendeschaltzylinder" genannt, dessen Kolben 32 im nicht beaufschlagten Zustand durch je eine zubeiden Seiten des Kolbens angeordnete Druckfeder 36 und 38 in die Mittelstellung zurüekführbar

ist. - :■■

Die Schiebewelle 22 und die beiden genannten Kupplungsteile 26 und 28-bilden somit zwei wechselweise ein- und■-ausrückbare und auf Leerlauf einstellbare Zahnkupplungen.;Jedes der beiden KupplungsteiIe 26 und 28 ist starr mit einem Zahnrad 46 und 48 des Wendegetriebes 20 verbunden. Das eine von diesen Zahnrädern steht direkt und das andere über ein Zwischenrad Λ5 in Eingriff mit je einem Zahnrad 42 und 44 einer Vorgelegewelle .43· Diese kann zugleich die Getriebeausgangswelle bilden, oder es wird (wie dargestellt) eine parallel zur Vorgelegewelle 43 angeordnete und über ein weiteres Zahnrad 41 mit dieser verbundene Getriebeausgangswelle 4*7 vorgesehen.

Die Gesamtheit der Zahnräder und Wellen 41 bis 48 stellt die Ausgangsseite des Wendegetriebes 20 dar. Mit dieser ist starr verbun-

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Antriebswelle der
den die/Pumpe 50 bzw. I50 eines hydrostatischen, zum Synchronisieren der Zahnkupplungen 22,26,28 dienenden Hilfsantriebes. Zu diesem gehören noch ein starr mit der Sekundärwelle I5 der Drehmomentwandler 10 und 11, d.h. also mit der Eingangsseite des Wendegetriebes 20 verbundener Hydrostatik-Motor 55 bzw. I55 und eine von der Pumpe zum Motor führende Druckleitung 53 bzw. zwei Druckleitungen 9I und 92. Die Pumpe 50 bzw. I50 ist als eine sogenannte Schwenkpumpe ausgebildet, d.h. ihr spezifisches Verdrängungsvolumen ist variabel; bei" der Ausführung nach Fig. 1 ist die Pumpe 50 überdies - bei gleicher Antriebsdrehriehtung - auf unterschiedliche Förderrichtung umsteuerbar. Diese Eigenschaft wird hier aber dazu genutzt, um in den beiden Antriebsdrehrichtungen stets die gleiche Förderrichtung, und zwar in die Druckleitung 53 zu erzielen. Das genannte Umsteuern der Pumpe 50 bzw. I50 erfolgt mit einem doppeltwirkenden Sehaltzylinder 5I bzw. I5I, dem über eine der Leitungen 56 oder bzw. I56 oder I58 Druckluft zugeführt werden kann.

Zum Einrücken einer der beiden Zahnkupplungen 22,26 oder 22,2&, d.h. zum Einlegen des Vorwärts- oder des Rückwärtsganges, sind zwei Einschaltventile 66 und 6& vorgesehen, die durch Druckfedern in ihre (in der Zeichnung dargestellte) Zu-Stellung und durch einen Wendeschalthebel 60 abwechselnd in ihre Auf-Stellung umsteuerbar sind; d.h. der Wendeschalthebel 60 kann drei mit "0" (Leerlauf), "V" (Vorwärts.) und "R" (Rückwärts) bezeichnete Stellungen einnehmen. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß der Wendeschalthebel 60 dank einer nicht dargestellten Verriegelung nur dann verstellt werden kann, wenn z.B. mit einem ebenfalls nicht dargestellten Leistungsschalter das Entleeren des zuvor eingeschalteten Wandlers 10 oder 11 bewirkt worden ist, so daß der Kraftfluß von der Getriebeeingangswelle 13 zum Wendegetriebe 20 unterbrochen ist. In der V- oder R-Stellung des Wendeschalthebels 60 gelangt ein Druckmittel, z.B. Druckluft, von einer Druckquelle 61 über eines der beiden Ventile 66 oder 68 und eine der beiden Leitungen 76 oder sowie über ein Sperrventil 65 (welches normalerweise unter der Wirkung einer Feder 63 die dargestellte geöffnete Position einnimmt)

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in einen der beiden Druekräume des Wendesehaltzylinders 30. Hier-, durch bringt dessen Kolben 32 die Schiebewelle 22 mit einem der beiden Kupplungsteile 26 oder 28 in Eingriff.

Grundsätzlich erfolgt aber das Verschieben der Schiebewelle 22 aus ihrer mittleren Stellung in eine der beiden eingerückten Stellungen nicht unmittelbar mit dem Umlegen, des Wendeschalthebels 60 aus der 0-Stellung in die V- bzw. die R-Steilung, sondern mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung. TJm dies zu bewerkstelligen, sind verschiedene Maßnahmen denkbar. Der Wendeschaltzylinder 30 kann z.B. sogenannte Fanghülsen 35 und 37 aufweisen, durch welche die obengenannten Druckfedern 36 und 38 verhältnismäßig hoch vorgespannt sind, derart, daß der Kolben 32 in seiner Mittelstellung durch die Federn 36 und 38 nicht beaufschlagt ist, vielmehr in axialer Richtung in geringem Maße Bewegungsfreiheit besitzt. Gelangt nun Druckluft in einen der beiden Druckräume des Wendesehaltzylinders 30, so■■ muß sich hier zuerst ein ausreichend hoher Druck aufbauen* der die Vorspannung einer der beiden Federn 36 oder 38 überwinden:kann; und zwar muß der. Druck diese Vorspannung allein ,überwinden, denn die jeweils andere Feder kann hierbei nicht mitwirken, da sie durch ihre Fanghülse "gefangen" ist> d.h. sich nicht weiter entspannen kann. Anstelle einer solchen mechanischen. Verzögerungseinrichtung können aber auch an die Leitungen J6 und 78 an sich bekannte pneumatische Verzögerungseinrichtungen angeschlossen werden.» _

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich zunächst ausschließlich auf das Ausführungsbeispiel nach Fig, I

An der Kolbenstange. 3I des Wendeschaltzylinders 30 sind zwei .Steuerventile 86 und 88. mit. je zwei Steuer Stellungen .angeördnsts <. jeöss dieser steuerventile."wird .durch, eine; Feder_-in. die. jrinjg und. fiureti . einen an der Kolbenstange, 3I befestigten Nocken 33 özw_o 3^»..der mit einem Schaltstift 85 bzw«. 87 zusansaenwlrkt». -In. die, andere Sfc©u<= erstellung bewegt,. Die beiden .Steuerventile .86 und. 68,.dienen seits.zur Steuerung.. ..des., das Schwenken der Puiape 5Q ..ausführenden _

Schaltzylinders 5I und andererseits zum Beeinflussen eines Überströmventils 59· Dieses ist in einer von der Druckleitung 53 abzweigenden Leitung 52, 54 angeordnet und bestimmt den in der Druckleitung 53 herrschenden Druck, und.zwar ist es bei normaler Fahrt- (Vorwärts oder Rückwärts) auf eine niedrige Druckgrenze eingestellt* so daß das von der Pumpe 50 aus dem Sumpf 49 geförderte öl über die Leitung.52 in die Leitung 54 überströmt und von hier den Schmierstellen des Getriebes zugeführt werden kann. Auch der Motor 55 wirkt in diesem Betriebszustand als Pumpe und fördert öl aus dem Sumpf 49 in die Leitungen 52 und 54. Von der Leitung 52 führt noch eine Steuerleitung 62 zu einer Steuerdruckfläche des Sperrventils 65, die der Feder 63 gegenüberliegt.

Soll nun mit dem Wendeschalthebel 60, der bisher die Stellung "Vorwärts" eingenommen haben möge, ein Wendebefehl erteilt werden, so ist, nach dem Entleeren des bisher gefüllten Wandlers IO oder 11/ der Hebel 60 über die O-Stellung in die R-Stellung zu bringen. Dabei sei angenommen, daß sich das Fahrzeug in der Vorwärts-Richtung weiterbewegt. Das Umlegen des Hebels 60 bewirkt zunächst das Druckwegnehinen vom bisher beaufschlagten (rechten) Druckraum des Wendeschaltzylinders 30j so daß das Wendegetriebe 20 und das Steuerventil 86 in die (in der Zeichnung dargestellte) Leerlaufstellung zurückgehen. Ferner wird Druckluft gleichzeitig über die Leitung. 78 in den linken Druckraum des Wende s,chal tzy linders und über die Leitung 74, das Ventil 88, die Leitung 75, das.Doppelrückschlagventil 69 und die Leitung-JO auf eine Steuerdruckfläche des Überströmventils 59 geführt. Dadurch wird dieses schlagartig auf seine hohe Druekgrenze umgesteuert! d.h. das Überströmen von öl von der Leitung 52 nach der Leitung 54 ist unterbunden und der Druck in den Leitungen 5S und 53 steigt schlagartig auf einen, seta*- hohen Wert. &Ώ.0 Di©s feat sif®i©rlei zur Folges _; - .. . .. .. ..:

Züffi einen wir-d über die Steuerleitung 62 das Sperrventil 65 ent» gegaa -äsr Kraft dew Feder 63 .in die Sperrsteilung umgesteuert ₃ woöi® Dr-uekluftziafuhr sum Wendaschaltzylinöer 30 wieder unfcer-

brochen wird, und zwar bevor dessen Kolben 32 sich aus der Mittelstellung nach rechts in Bewegung gesetzt hatj dies infolge der oben beschriebenen Verzögerungsmaßnahmen (hohe Vorspannung der Federn 56 und 38 mittels der Fanghülsen35 und 37)- Das Einrücken der. Rückwärts-Zahnkupplung 22, 2δ ist somit vorübergehend gesperrt.

Zum anderen wird nun das gesamte Fördervolumen der.Pumpe 50 dem· Motor 55 zugeführt, wodurch dieser erst jetzt tatsächlich als Motor arbeitet; d.h. es wird dessen Drehrichtung und damit diejenige der Sekundärwelle I5 und der Schiebewelle 22 umgekehrt. Durch eine präzise Abstimmung der Verdrängungsvolumina von Pumpe und Motor wird ausreichend genauer Gleichlauf zwischen den Verzahnungen 24 und 28 hergestell-t, so daß diese gefahrlos in Eingriff;■-gebracht, werden können. Dies erfolgt selbsttätig dadurch, daß nach · Beendigung des Synchronisiervorganges(d.h. nachdem der Motor 55 die Sekundärseite der Wandier IQ und 11 und die Schiebewelle 22 in der umgekehrten Drehrichtung beschleunigt hat) in den Leitungen 52, 53 der Druck wieder absinkt, die Feder 63 somit das Sperrventil 65 wieder öffnet und dadurch die Druckluft unbehindert in den Wendeschaltzylinder 30 einströmen kann.

Hierbei wird mit dem Einrücken der Zahnkupplung 22, 28 zugleich das Steuerventil 88 umgeschaltet (d.h. dessen; Steuerkolben in der Zeichnung nach unten verschoben). Dies bewirkt erstens, daß; die Leitungen 70 und 75 drucklos werden, das Überströmventil somit wieder auf seine untere Druckgrenze eingestellt wird, und zweitens, daß Druckluft von der Leitung jH über die Leitung 58 zum Druckzylinder 51 strömt, der somit die Förderrichtung der Schwenkpumpe 50 umkehrt. Bewegt sich inzwischen das Fahrzeug immer noch in Vorwärt sr ichtung, so fördert also die Pumpe 50 vorübergehend aus der Leitung 53 in den Sumpf 49. -..."".

Füllt man nun wieder einen der Wandler 10 oder 1Ϊ> so wird die mit umgekehrter Drehrichtung umlaufende Sekundärseite der Wandler 10, 11 abgebremst und dann wieder in der normalen Drehrichtung beschleunigt; d.h. das Fahrzeug geht von der Vorwärts- in

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die Rückwärts-Pahrtrichtung über. Dadurch wird auch die Drehrichtung und somit die Förderrichtung der Pumpe 50 umgekehrt, d.h. sie fördert wieder aus dem Sumpf über die Leitungen 53> 52 und 54 in das Schmiersystem des Getriebes.

Zur Absicherung des Wendegetriebes 20 gegen eventuelle Fehlschaltungen, d.B. bei Ausfall eines der Hydraulik- oder Pneumatik-Elemente, kann eine in der Zeichnung nicht dargestellte elektronische Sicherheitsschaltung vorgesehen werden. Diese kann z.B. eine Drehzahlvergleichseinrichtung umfassen sowie eine mit dieser zusammenarbeitende und in die Pneumatikleitungen "J6 und 'Jb eingebaute Absperrvorrichtung, die bei zu großem Drehzahlunterschied zwischen zwei einzurückenden Kupplungsteilen 22, 26.oder 22, 2& die Druckluftzufuhr zum Wendeschaltzylinder J50 unterbindet.

Ferner ist es zweckmäßig, durch eine sogenannte Rückschaltsperre zu verhindern, daß der Wendeschalthebel 60 aus der O-Stellüng in die zuvor eingenommene Stellung V oder R zurückgeschaltet wird; d.h. die Schaltfolgen V-O-V und R-O-R sollen vermieden werden. Ein solches Zurückschalten würde nämlich bei der Steuerung gemäß Fig. zur Folge haben, daß - obwohl das Wiedereinschalten der bisherigen Fahrtrichtung befohlen wird - ein Synchronisieren des Wendegetriebes für die Gegenfahrtrichtung stattfindet. Ein Ausführungsbeispiel für eine daher erforderliche Rückschaltsperre ist in Fig. 2 dargestellt. Danach bewegt sich der Wendeschalthebel 60 beim Verschwenken entlang der horizontalen Oberfläche eines feststehenden Bauteils 80. Auf der diesem Bauteil 80 zugewandten Unterseite ist an den Wendeschalthebel 60 eine Sperrklinke 81 angelenkt. Im Bereich der Stellungen R und V des Wendeschalthebels 60 besitzt das feststehende Bauteil 80 je eine Bohrung 82 von solcher Tiefe, daß die Sperrklinke 81 dort senkrecht nach unten hängen kann. Im Bereich der O-Stellung ist dagegen nur eine flache Vertiefung 8j5 vorgesehen, die gegen die Bohrungen &2 durch Stege B^ abgegrenzt ist. Die Wirkung dieser Anordnung geht aus Fig. 2 eindeutig her-

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vor. Der Wendeschalthebel 60 ist hier soeben aus der V-Stellung in die O-Stellung umgelegt worden. Demnach erstreckt sich die Sperrklinke 81 nunmehr in Richtung auf.den linken Steg 84, der somit das Zurückschalten des Hebels 60 in die.· ".V-S. teilung· verhindert. Das Weiterdrehen des Hebels 6o in die R-Stellung ist jedoch ohne weiteres möglich. ,

In Fig. 3 ist gegenüber Fig. 1 das Wendegetriebe. 20 mit den vorgeschalteten Wandlern 10 und 11 und mit dem Wendeschaltzylinder 30, dem Wendeschalthebel 60., den Einschaltventilen 66 und 68 und dem Sperrventil 65 unverändert geblieben. Nur der hydrostatische Hilfsantrieb I50/ 155 und dessen Steuerung ist geändert, mit dem Ziel, die Anwendung einer Rückschaltsperre gemäß Fig. 2 überflüssig zu machen und Betriebszustände zu vermeiden, bei denen, wie in Fig. 1 zeitweise möglich, die Pumpe 50 rückwärts in den Sumpf 49 anstatt über die Leitungen 53,52 und 54 in das Schmiersystem fördert. ;

Hierzu ist vorgesehen., daß die Pumpe 150* deren. Antriebswelle wie in Fig. 1 starr mit der Ausgangsseite 41 bis 4& des Wendegetriebes gekoppelt ist, in der einen Drehrichtung in eine erste Druckleitung 91 und in der anderen Drehrichtung in eine zweite Druck- , leitung 92 fördert. Dies wird erreicht, durch die in Fig. 3 dargestellte Kombination von vier Rückschlagventilen 90.. Die beiden Druckleitungen 91 und 92 sind über ein Steuerventil:93 und je ein Doppelrückschlagyentil 95 und 96an die beiden Anschlüsse des Motors 155 geführt. Dieser ist als Kpnstantmotor mit zwei Durehströmungsrichtungen ausgebildet. Das Steuerventil 93 kann die Verbindungen .von den beiden Druckleitungen 9.I und 92 mit den Anschlüssen des Motors I55 gegenseitig vertauschen. Seine Stellung wir.d über die Steuer·» leitungen I06 und lOS durch den Wendeschalthebel. 60: bestimmt. Wird der Hebel 60 in die V-stellung .gedreht, so geht das Ventil 93..1Λ die gezeichnete Stellung; es bleibt dort,; auch wenn der. Hebel 60 in die 0-Stellung gelangt_s; Erst wenn dieser in die 'E-Stelluxig gedreht wird, geht das Ventil 93 in die entgegengesetzte Stellung«

Die Wirkung dieser Anordnung ist wie folgt: Während der normalen Fahrt des Fahrzeuges (Traktion vorwärts oder rückwärts) wird die von der Pumpe I50 geförderte Flüssigkeit bei nur geringer -Leistungsaufnahme, also "im Leerlauf", durch den Motor I55 hindurch in einen Bereich niederen Druckes, beispielsweise über die Leitung 154 in das Schmiersystem des Getriebes gefördert. Der Motor fördert also nicht wie in Fig. 1 der Pumpe entgegen, sondern in der gleichen Richtung wie diese. Erfolgt nun ein Wendebefehl durch den. Wendeschalthebel 60, so wird das Steuerventil 93 umgeschaltet, wodurch der Motor I55 unter erheblicher Drucksteigerung, in der jeweiligen Druckleitung gezwungen wird, seine Drehrichtung und diejenige der Eingangsseite des Wendegetriebes umzukehren, über ein an die beiden Druekleitungen 9I und 92 angeschlossenes weiteres Doppelrückschlagventil 94 und über die Steuerleitung 162 gelangt der hohe Druck zu der Steuerdruckfläche des Sperrventils 65. Dadurch unterbricht dieses, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, die Druckluftzufuhr zum Wendeschaltzylinder bis der hohe Druck in der Leitung 9¹ bzw. 92 wieder abgebaut ist, d.h. bis zum Ende des Synchronisierungsvorganges. Ein an die Steuerleitung 162 angeschlossenes Überströmventil I59 dient lediglich als Sicherheitsventil.

Tritt nun der Fall ein, daß der Wendehebel 60 aus der O-Stellung in die zuvor eingeschaltete Stellung V oder R zurückgeschaltet werden soll, z.B. nach längerer Fahrt im Leerlauf bei Mehrfach-'traktion, so bleibt das Steuerventil 93 in seiner bisherigen Stellung. Entspricht hierbei die augenblickliche Fahrtrichtung der zuvor eingeschalteten Stellung des Wendehebels 60, so ist ein Synchronisieren nicht mehr erforderlich. Ändert sich während des 'Leerlaufbetriebs die Fahrtrichtung, so wird bereits hierdurch auch die Drehrichtung des Motors I55 und damit der Eingangsseite des Wendegetriebes geändert. Fehlschaltungen sind also mit Sicherheit ausgeschlossen- Ferner ist sichergestellt, daß in allen vorkommenden "Betriebszustäncien, auch während eines Synchronisierungsvorganges und insbesondere auch im Leerlaufbetrieb mit beliebiger Fahrtrichtung, dem Schmiersystem über die Leitung 15^ Schmieröl

zugeführt wird. : -■:-."

Der Nachteil der Ausführung nach Fig. 3, daß im Leerlaufbetrieb der Sekundärteil der Wandler 10 und 11, angetrieben über den hydrostatischen Hilfsantrieb 150, 155, stets umläuft und. somit Ventilationsverluste verursacht, kann dadurch vermieden werden, daß parallel zum Motor 155 ein Kurzschlüßventil 97 angeordnet wird, welches nur in der 0-Stellung des Wendeschalthebels 60 geöffnet ist.

Bei dem Ausführungsbeispielnach Fig. J ist angenommen* daß die Verhältnisse zwischen den Ein- und Aüsgangsdrehzahlen des Wendegetriebes 20 in beiden Gängen (Fahrtrichtungen) ungleich sind.. Daher ist die Pumpe I50 als Verstellpumpe ausgebildet (spezifisches Verdrängungsvolumen veränderbar). Zum Verstellen dient wiederum ein Stellzylinder 151, der hier jedoch allein-in Abhängigkeit von der Stellung des Wendeschalthebels 60 über die Leitungen I56 oder 158 mit Druckluft beaufschlagbar ist> I>erVerstellbereich der Pumpe 150 braucht hier jedoch'nicht - wie in Fig. 1 - neben dem positiven auch den negativen Bereich zu umfassen. Er wird vielmehr, angepaßt an den Unterschied zwischen den Übersetzungsverhältnissen des Wendegetriebes, sehr klein sein können* Falls die Übersetzungsverhältnisse des Wendegetriebes in beiden Gängen gleich sind, kann sogar eine-Konstaritpumpe verwendet werden.

Soll bei stillstehendem Fahrzeug die Wendeschältung betätigt werden, so kann das Einrücken der betreffenden Zahnkupplung u.U. durch eine genaue Zahn-vor-Zahnstellung behindert sein. Man wird dann, wie an sich bekannt, bei Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine einen der Wandler 10 oder 11 kürzzeitig einschalten ("Füllstoß"). Die, Gefahr des Ratschens besteht hierbei nichtj denn der von dem Wandler abgegebene Drehmomentstoß wird sofort über den erfindungsgemäßen hydrostatischen Hilfsantrieb auf die Ausgangsseite des Wendegetriebes übertragen, so daß sich das Fahrzeug in Bewegung setzt und die Zahnkupplung nunmehr einrückt. - Eine andere Möglichkeit, die Zahn-vor-Zahn-Stellung zu beseitigen, besteht darin,

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daß durch eine ohnehin vorhandene, in der Zeichnung aber nicht dargestellte und von der Welle Ij5 angetriebene Steuerpumpe und über ein zusätzliches Ventil ein Druckstoß in die Druckleitung bzw. 91 oder 92 gegeben wird, der den Motor 55 bzw. 155 in eine geringe Drehbewegung versetzt.

Die Beschreibung und die nachfolgenden Patentansprüche beziehen sich auf eine hydrostatische Synchronisiereinrichtung speziell für ein Wendegetriebe. In ähnlicher Ausführung kann ein hydrostatischer Hilfsantrieb auch zum Synchronisieren eines Stufenwechselgetriebes verwendet werden.

Heidenheim, den 29. Oktober I975
Sh/HKn

SO 9820/089 1

Claims

ap/A j522O . Voith Getriebe KG Kennwort: "Hydrostatische Heidenheim/Brenz Synchronisierung" Pa t entansprüche

1. Fahrzeuggetriebe, insbesondere hoher Leistung, mit einen: mechanischen Wendegetriebe (20),. das zwei wechselweise ein- und ausrückbare Zahnkupplungen (22,26,28) aufweist und mit einer einen Primärteil· (12) und einen Sekundärteil (15) aufweisenden Trenneinrichtung (z.B. Trennkupplung, ein- und ausschaltbarer hydrodynamischer Drehmomentwandler (10,11) od. dgl.), deren Sekundärteil· (15) mit der Eingangsseite (21 bis 2^)-des Wendegetriebes (20) verbunden ist, gekenn- " zeichnet durch folgende Merkmale:

a) das Wendegetriebe (20) besitzt, wie.bei Gangschaltgetrieben an sich bekannt," eine Einrichtung (50,55; 15Q₄-155) Synchronisieren der jeweils einzurückenden Zahnkupplung (22,26 bzw. 22,28);

b) die Synchronisier-Einrichtung umfaßt einen eine Pumpe (50;150) und einen Motor (55;155) aufweisenden, ein- und ausschaltbaren hydrostatischen Hilfsantrieb, bei dem das Verhältnis zwischen den spezifischen Verdrängungsvolumina von Pumpe und Motor derart gewählt ist, daß bei einer Wende schaltung ein wenigstens angenäherter Synchronismus in der einzurückenden Zahnkupplung (22,26 bzw. 22,26), d.h. ein für das Einrücken derselben ausreichender Synchronismus, erzielt wird; '.

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c) der Flüssigkeitskreislauf des hydrostatischen Hilfsantriebs (50,55;I50,155) besitzt, wie an sich bekannt, zum Zwecke der Wärmeabfuhr einen Flüssigkeitsbehälter (49) oder einen Kühler.

2. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (5O;15O) des. hydrostatischen Hilfsantriebs mit der Ausgangsseite (41 bis 48) und der Motor (55;155) mit der Eingangsseite (21 bis 24) des Wendegetriebes (20) starr gekuppelt ist.

3. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Ein- und Ausschaltens des hydrostatischen Hilfsantriebes (50,55) an eine die Pumpe (50) mit dem Motor (55) verbindende Druckleitung (55) ein Überströmventil (59) angeschlossen ist, dessen Druckgrenze von einem niedrigen auf einen hohen Wert und umgekehrt umsteuerbar ist (Fig. 1)

4. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (55) derart ausgebildet ist, daß er bei'normaler Drehrichtung der Eingangsseite (21 bis 24) des Wendegetriebes (20) als in die Druckleitung (53) fördernde Pumpe arbeitet.

5. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis' 4, dadurch

gekennzeichnet, daß die vom hydrostatischen Hilfsantrieb (50,55^150,155) gelieferte Flüssigkeit zu Schmierzwecken verwendet wird. " /

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6. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch j. und 5, dadurch - gekennzeichnet * daß an den Auslaß des .Überströmventils (59) eine zu den Schmierstellen des Getriebes führende Leitung (5¹O angeschlossen ist.

7- Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis $₃ dadurch gekennzeichnet, daß.der durch das'Vollenden einer Synchronisierung in der Druckleitung (53 J -91*92) verursachte Druckabfall als Signal dient für daa Auslösen des Einrückvor- \ ganges einer der beiden Zahnkupplungen (22,2.6 bzw. 22,28).

8. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 ;bis J _} gekennzeichnet durch eine elektrische -Sicherheitsschaltung, die bei ungenügender Synchronisierung das Einrücken der. betreffenden Zahnkupplung (22,26 bzw. 22,28) unterbindet.

9« Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendeschalthebel (6Q). mit einer Rückschaltsperre (80 bis 84) versehen ist, die das Zurückschalten des Hebels (60) aus der O-Stellung in die zuvor^:. eingenommene Stellung; V oder R 'verhindert (Fig. 2). .:

10. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1,-2,-5*7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe in der einen Drehrichtung in eine erste Druckleitung (91) und in der anderen Drehrichtung • . in eine zweite Druckleitung (92) fördert, daß die beiden Druck-

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leitungen (9¹ und 92) mit den beiden Anschlüssen des Motors (I55) verbindbar sind, der in beiden Durchströmrichtungen als Motor arbeitet, daß die beiden Anschlüsse des Motors (155) über je ein Doppelrücksehlagventil (95 ¹^¹Q 96) mit einem Bereich (15^) niederen Druckes (Sumpf oder Schmiersystem) verbindbar sind, und daß die Verbindungen von den beiden Druckleitungen (9I und 92) zu den Anschlüssen des Motors (I55) mittels eines durch einen Wendebefehl umschaltbaren Steuerventils (93) gegenseitig vertauschbar sind.

Heidenheim, den 29. Oktober I973 Sh/HKh

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