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kombiniertes Gotriebe mit krntinuierlich änderbarer
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Sbersetzung Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Getriebe mit
kontinuierlich änderbarer Sbersetzung, besonders für mobile Mascaisen, die ein Getriebe
mit einem Variatorantrieb und ein Getriebe mit cinem hydrodynamischen Antrieb aufseisen.
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Gegenwärtig wird eine ganze Reine von getrieben mit kontinuderlich
äuderbarer Ubersetzung gebaut. Es handelt sich im Sesen um zwei Haupt-Konstruktionsgruppen,
um Getriebe mit einem Variatorantrieb, die mechanische, elektrische oder nydrosta-tische
Drehzahlvariatoren benutzen und um Getriebe mit einem hydrodynamisciien Antrieb,
die einen hydrodynamischen Wandler verwenden.
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in Vortail der getriebe mit Variatorantrieo bestest in der Möglichkeit
einer kontinuierlic en nderunü: des Obersetzungsverhältnisses, unablungig von der
Belastung, und in der guten Stabilität des gewäalten abersetzungaverhältnisses bei
scewankender Belastung. Ferner weisen sie einen verhältnismäßis guien nirkungsgrad
in einem weitun Regelbereicr auf. Ier Lacteil bes.ent derin, daß sie außer auderen
für das maximale Torsionsmoment dimensioniert sein müssen, das in dem gewänschten
Regelbereich auftritt.
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Eine Folre diaser Ttsac e ist der Umstand, daß die Konstruktion er
getriebe mit Variatorantrieb eine iennleistung aufweist, die bedeutend nömer ist
als die nennleistung der Antriebsmaschine oder der angetriebenen Einrichtung. Diesen
Höheren Nenalsistungen entspricht jedoch ein entsorechencnend pröneres Gewicet und
der da it verbaudene hönere Preis der Einrichtung. Infolge der eringen ausnutzung
der Rennleistung ist auch der wirkungsrad kleiner als es der möglichen optisalen
wirkund er Einrichtung entspricht.
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Aus diesem Grunde serden etriebe nit Variatorantrieb vorwie end bei
Einric tun en wit kleineren Nenuleistungen oder pei Einrichtungen engewanst, deren
maximales Torsionsmonent en maximalen austrittsdrehzahlen proportional ist. Dies
ist z.B. bei umpen, Ventialatoren, Schiffsantrieben u. ä.
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der Fall. lhre Anwendeng bei mobilen Kaschinen, z.B. bei lokomotiven
und Kraftwagen ist wenig effektiv.
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bei der zweiten Getriebegruppe, bei Getrieben mit hydrodynamischem
Antriob, ändert sich das Oborsetzungsvernältnis mit der Belastung und es kann nicht
beliebig geregelt werden wie
bei den Getrieben it Variatorantrieb.
Ein weiterer Nachteil ist der verhältnismäßig geringe irkungsgrad, besonders im
Bereich eines größeren Schlupfs im hydrodynamioschen wandler und oft auch ihre selbstreelnde
Eigenschaft. Ihr Vorzug besieht jedoch darin, daß sie bei verhältnismäßig geringen
Abmessungen große Leistungen übertragen können und sich für Einrichtungen mit einer
häufigen Belastungsänderung eingen.
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endlich sind auch Bauweisen bekannt, die Getriebe mit einem kombinierten
Variator- und hydrodynamischen antrieb anenden, wobei die Arbeitsreime der Einrichtung
in ein Regime mit einem Variatorantrieb und in ein Regime mit einem hydrodynamischen
Antrieb geteilt sind. Diese Kombintionen beseitigen jedoch nicht die oben genannten
Nachteile der Antriebe elbst am Austritt des Getriebes.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, die
eine optinale Ausnutzung der buten Eigenschaften der einzelnen bekannten Typen der
beschriebenen Getriebe ermöglicht und dabei gleichzeitig den Einfluß ihrer unvorteiloaften
Eigenschaften auf ein möglichst geringes Naß begrenzt.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße kombinierte Getriebe
mit kontinuierlich änderbarer Übersetzung gelöst, insbesonders für mobile maschinen,
die ein Getriebe mit Variatorantrieb und ein Getriebe mit hydrodynamischem Antrieb
aufweisen.
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3as Wesen der Erfindung bese£t darin, dai; beide Getriebe be an eine
antriebseinnoit parallel angeschlossen sind und daß inre Austrittswellen gegenseitig
drehbar durch die austrittsübersetzun gekopfelt sind. In einem der Elemente der
drchbaren Poppelung, it Voraug im angetriebenen Nad der Austrittsübersetzung, ist
eine lösbare Kupplung, mit Vorteil eine Freilaufkupplung, angeordnet.
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Durch die erfindungs emäße Parallolverbindung der Getriebe mit hydrodynamisenem
und Variator-Antrieb unter Anwandung einer mechanischen Koppelung ibrer Austrittswellen
und bei Anwendung einer Freilaufkupplung kann eine Bauseise realisiert werden, die
gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine höbere wirkung gewänrleisset. Dies
ist durch die ständige Verbesserung der Eingriffseigenschaften der ganzen Einrichtung
bei Einsaltun der Abmessungen gegeben, die der maximalen Leistungsübertragung proportional
sind. Daduren wird auch den Ansprüchen an eine Verbes erung des Cirkungsgrades und
des Charukters der Obertragung des Torsionsmomentes Genüge geleistet. Dies bringt
besondere Vorteile bei Mobilmaschinen, z.B. bei Lokomotiven, scnweren Kraftwagen
u.a.
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Das Wesen der Erfindung ist machstenend annand eines in der @eichnung
schematisch dergestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigon : Fig.
1 ein System mit mechanisch gekoppelten Austrittswellen mit der Möglichkeit ihrer
Entkoppelung, Fig. 2 1en Verlauf von Hauptparametern des Systems nach Fig. 1.
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Das Systan nach Fig. 1 ist in Elockform dar gestellt und bestent aus
der Antriebseinneit 1, deren Austrattswelle 10 über die Eingngsübersetzung 100 mit
der Eintrittswelle 110 des Getriebes 11 nit Variatorantrich und nit der Eintrittsselle
12( des Getriebes 12 it tydrodynamisd em Antreio verbunden ist. Inra Austrittsvellen
113 und 127 sind dans durch die Austrittsübersetzung 14 Fiteinamier mechanisch gekoppolt.
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In don konkreten Anordnung der Fig. 1ist die austrittswelle 10 der
Antriebseinneit 1 mit der Eintrittswelle 110 es Getriebes 11 it Variatorantrieb
verbunden. Dieses Getriebe 11 bes ent aus ciner Re elpumpe 111 mit enem nicht eingezeichneten
Regelglied, das in verschiedene Lagen mit einem Funktionswickel # einstellbar ist.
as Getriebe 11 bestent ferner aus einen Hydromotor 112 mit einer Austrittswelle
113, die mit der angetriobenen Welle 13 des arfindungsgemäßen Getriebes verbunden
ist.
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Durch das Antriebsrad 101 und das an etriebene Ead 102 ist ferner
die Antriebseinheit 1 mit der Lintrittswelle 120 des Getriebes 12 mit hydrodymamischem
Antrieb mechanisch sekoppelt. Dieser ist äber den Antriebsrahmen 121 !it dem Pumpenteil
122 es hydrodynanischen Wandlers verbunden. Sein Turbinentail 123 ist nilt der Austrittswelle
127 und sein Reaktor 124 über die Freilaufkupplung 125 mit dem festen Rabmen 126
des Getriebes verbunden. An der Austrittswelle 127 ist mittels der Freilaufkupplung
141 das Antriebsrad 142 gelagert, das .lit dem angetriebenen Rad 143 der Austrittsübersetzung
14 in Eingriff stent. Das angetriebene Rad 143 ist auf der angetriebenen Welle 13
des gesamten Getriebes clagort.
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In Fig. 2 ist in Abbängigkeit von der Drehzanl n der angetriebenen
Welle 13 der Verlauf des Druckes p des Setricbsmediums im Getriebe 11 mit Variatorantrieb,
die multiplizität Mdes Eoments mit Veranschaulichung des Verlaufs des Toilnoments
Ha bes hydrostatischen teiles des Getriebes und endlich der Verlauf des Gesontwirkungsgrades
# des Gotriebes dargestellt. Gestrichelt ist der Verlauf des Eirkungsgrades # des
Variatorantriebes selbst, bezichungszeise der nötige Verlauf des Druckes p für den
Fall veranse aulicht, falls er als einzige einncit des Getriebes versandet cäre
und daber in vollem Made auch das Anlauftorsionsmoment äbertra en sollte.
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Die Arbeitsweise des Getriebes nach Fig.1 ist fol ende : Zu Beginn
des Anlaufens ist der Funztionswinkel# des Ne el alenents der Re elpumpe 111, z.B.
gleich dem Keigungswinkel der schwebkbaren Stützplatte einer radialen mehrzylindrigen
Kolbenpumpe, pulcich Null. Auch die Drehzahl n der angetriebeiien Welle 13 ist leich
null. i)abei sind der Druck p im System und .ie Bultiplizität Ws des hydraulischen
Teiles minigal, vie in Fig. 2 angedeutet ist. Gleichzeitig wird jedoch über die
Eintrittsüberactzung 100, die Eintrittswelle 120 und den Antriebsrakmen 121 der
Pumpenteil 122 des Getriobes 12 mit bydrodynamischem Antrieb angetrieben. Der Turbinenteil
123 ist dnrch die Austrittswelle 127 und die austrittsübersetzung 14 mit der an;etriebenen
Welle 13 gekoppelt. Er weist daher auch eine Drehzahl vom Eullwert auf, so daß das
Getriebe 12 mit dem hydrodynamischen wandler seine maxinale Multiplizität des Momenis
aufweist, wie aus dem Verlauf der Kurve Içl in Fi. 2 ersichtlich ist. Dies bedeutet,
daß
das Torsionsmoment von der Antriebseinheit 1 auf die anoetriebene Welle des Getriebes
11 iit der maximal möglichen mulliplizität übertragen sird. Die Bedingungen für
das Anfanren einer mobilen Einheit init dem erfindungsgemäßen Getriebe sind deshalb
optimal.
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Durch Vergrößerung des Funktionswinkels # wird auch die Menge des
Arbeitsmodiums vorgrößert, die von der Regelumpe 111 des Hydromotors 112 geliefert
wird. Dadurch wird die Drehzahl n der ant,etriebenen Welle des Getriebes 11 vergrößert
und infolge der Verbindung durch die Austrittsübersetzung sinkt die Drenzanldifferenz
zwischen dem pumpen-,eil 122 und dem Turbinenteil 123 des Getriebes 12 ab. Dadurch
wird gleichzeitig auch die Muliplizität M des mOments des Getriebes 12 geringer.
Gleichzeitig steigt der Druck p des hyarostatiscilen Systems an, das der Kurve des
Teilmoments Ns ontspresend einen Teil des Torsionsmoments überträgt. Das hydrostatische
System übernimmt beim Ansteigen des Funktionswinels#, d.i. beim Anstieg der Drehzahl
n, einen stets anwacusenden Anteil des Torsionsmoments.
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Bei einer bestimmten Drehzanl n. wird die Drehzahl des Fumgenteils
122 und des Turbincutoils 123 des Getriebes 12 mit hydrodynamischem Antrieb gleich.
Dieses hört auf zu multiplizieren und das Torsionsmoment von der Austrittswelle
10 der Antrisebseinheit 1 zu übertragen. Das Torsionsmoment wird dann durch das
Getriebe 11 mit Variatorantrieb voll übertra?en.
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Bei einer weiteron Vergrößerung des Funktionswinkels #
steigt
die Drehzahl n so an, ja9 sici das Antriebsrad 142 der Austrittsübersetzung 14 scnneller
drent als die Austrittswelle 127. In diesem Falle tritt die Freilaufkupplung 141
in Täigkeit und die vorner-ehende mechanische Koppelung der Austrittswellen 113
und 127 wird aufgehoben.
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Die Drehzahlen no. bei denen die Gleichheit der Drenzahlen der genannten
Teile des Getriebes 12 mit nydrodynamischer Obersetzung eintritt, kaun durch Wahl
der Obersetzungen des Antriebsrades 101 und des anfetriebenen Rades 102 beziehunseise
142 und 143 so bestimmt werden, daß der minimale Verlauf des Wirkungsgrades #s des
Variatorantriebes, eventuell der gewünschte maximale Druck p max. des Systems sichorjgestellt
ist.
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Es ist auch möglich, die Drehzahlen n0 so zu wählen, daß sie den maximalen
Drehzahlen der Austrittswelle 113 des Getriebes gleich sind, so daß die Koordinate
n0 in Fig. 2 bis zum rechten Rand des Diagrammes verschoben wird. In diesem Falle
wird eine dauernde Zusammenarbeit der beiden Teilgetriebe erreicht.
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Es ist klar, daß die Konstruktion des Getriebes durch Anwendung konstruktiver-
oder Funktionsäquivalente abweichend gossaltet werden kann. So kann z.B. das Getriebe
11 mit Variatorantrieb mit einem mochanischen Variator versehen sein, die Austrittsübersetzung
14 kann in Form eines Planetengetriebes ausgeführt werden u.ä. Auch die Freilaufkupplung
141 kann ohne Einfluß auf die Wirkungsweise des Systems durch eine lösbare Kupplung
einer anderen Type ersetzt
werden, z.B. durch eine Lamellen- oder
Zahnkupplung und kann machanisch oder elektromgnetisch in Abhängigkeit von er Größe
der Drehzanlen der Austrittswelle 113 betätigbar sein. fin Vorteil besteht darin,
daß die erwähnte Freilaufkupplung 141 oder inr aquivalent bei obereinstimmung der
Drehzahlen, uas ist bei minimaler, bezionungsweise einer Nullwertübertragung des
Torsionsmomentes, entkuppelt oder eingeschaltet wird.
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Das erfindungsgemäße kombinierte Getriebe kann mit Vorzug bei mobilen
Maschinen angewandt werden, wie z.B. bei Last-und anderen Fahrzeugen, Traktoren,
Lokomotiven, Baumaschinen und Maschinen für Erdarbeiten.