DE3000968C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem hydrodynamischen Wendege­ triebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, bekannt aus der DE-AS 11 78 101, Fig. 1 oder 2.

Dieses bekannte Getriebe ist für Schienenfahrzeuge bestimmt, die sowohl im Streckendienst als auch im Rangierdienst ver­ wendet werden können. Im Rangierdienst erfolgt der Fahrtrich­ tungswechsel durch Umfüllen der beiden Drehmomentwandler. Im Streckendienst erfolgt der Fahrtrichtungswechsel mit Hilfe eines zusätzlichen mechanischen Wendegetriebes, so daß auch die Kupplungseinrichtung für beide Fahrtrichtungen einsetzbar ist. Ein Nachteil dieses bekannten Getriebes besteht darin, daß beim hydrodynamischen Bremsen mit Hilfe eines der beiden Drehmomentwandler im Gegenbremsbereich die vom Pumpenrad des Wandlers aufgenommene Leistung ver­ hältnismäßig hoch ist. Das heißt auch im Bremsbetrieb wird Antriebsenergie ver­ braucht. Dieser Nachteil ist aber bei dem bekannten Getriebe von verhältnismä­ ßig geringer Bedeutung, weil nur im Rangierdienst hydrodynamisch gebremst wird und weil hierbei der Bremsbetrieb nur kurzzeitig auftritt.

Aus der DE-OS 25 21 831 ist ferner ein Getriebe bekannt mit einem hydrodyna­ mischen Drehmomentwandler, der durch eine Lamellenkupplung überbrückbar ist, und der allen Gangstufen des nachfolgenden Planetenwechselgetriebes vorge­ schaltet ist, ferner mit einem dem Bremsbetrieb zugeordneten hydrodynamischen Retarder. In den Ausführungsformen gemäß den Fig. 2 bis 6 sind beide Retar­ derschaufelräder mit dem Planetenwechselgetriebe in der Weise verbunden, daß diese beim Bremsen gegensinnig zueinander rotieren. Dabei werden beim Bremsen Elemente des Planetenwechselgetriebes in die dem Traktionsbetrieb entgegenge­ setzte Drehrichtung versetzt, teilweise auch solche, die bei Traktion mit dem Drehmomentwandler in Verbindung stehen. Es sind aus diesem Grunde zum Einlei­ ten eines Bremsvorganges mehrere gleichzeitige Schaltvorgänge erforderlich, desgleichen beim erneuten Übergang in den Traktionsbetrieb.

Bekannt ist ferner aus DE-OS 20 21 543 ein Getriebe mit einem einzigen Drehmomentwandler, der zum Bremsen herangezogen werden kann, indem das Tur­ binenrad durch Betätigen des Rückwärtsgang-Planetensatzes zu einer Drehrich­ tungsumkehr gegenüber der Traktionsdrehrichtung gezwungen wird. Dazu dient nicht eine Kupplung, sondern eine Lamellenbremse. Das Pumpenrad des zum Brem­ sen mit gegenläufig rotierender Turbine benützten Drehmomentwandlers steht auch im Bremsbetrieb still. Es ist keine Einrichtung vorhanden, die das Pum­ penrad von der Getriebeabtriebswelle her antreibt und somit das Einspeisen von Leistung vom Motor her entbehrlich macht.

Aus der GB-PS 8 62 627 ist ein Getriebe bekannt, das zwar für die Vorwärtsfahrt einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und eine Strömungskupplung aufweist, die durch Füllen mit Arbeitsflüssigkeit eingeschaltet werden, aber für die Rückwärtsfahrt ist kein spezieller Drehmomentwandler vorhanden. Bei Vorwärts­ fahrt mit dem Getriebe kommt es zu einem Betriebszustand, in dem sowohl die Strömungskupplung als auch der Drehmomentwandler gefüllt sind und gemeinsam auf die Getriebeabtriebswelle wirken. Dies bedeutet erhöhte Motorbelastung mit entsprechender Drehzahldrückung. Bei Rückwärtsfahrt ist das Turbinenrad fest­ gebremst und das Leitrad wirkt als Turbine. Ein Bremsvorgang kommt dadurch zustande, daß eine dem Rückwärtsgang zugeordnete Lamellenbremse betätigt wird bei gleichzeitiger Füllung der eingangsseitig angeordneten Strömungskupplung. Infolge der gewählten Planetenanordnung kommt es in dieser Strömungskupplung zum Stillstand des sekundärseitigen Kupplungsschaufelrades und einer dadurch erzwungenen starken Drehzahldrückung des Motors. Eine Bremsung für die Getrie­ beabtriebswelle kommt nur dadurch zustande, daß das Turbinenrad in seiner Vor­ wärtsdrehrichtung übertourt wird infolge anderer Kinematik im Planetengetriebe und daß das mit der Antriebsmaschine verbundene Wandler-Pumpenrad stark abge­ bremst ist. Die Bremsung im Drehmomentwandler erfolgt also bei gleichsinniger Drehung von Pumpe und Turbine.

Andere Verhältnisse liegen vor, wenn ein hydrodynamisches Wendegetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 für länger andauernde Bremsungen eingesetzt wird, z. B. beim Befahren von Gefällestrecken. Dieser Fall liegt vor allem bei nicht schienengebundenen Fahrzeugen vor, insbesondere bei schweren gelände­ gängigen Fahrzeugen, für die das in Rede stehende Getriebe bevorzugt anwendbar ist. Ein solches Fahrzeug befährt lange Strecken stets vorwärts; dies ist die bevorzugte Fahrtrichtung; deshalb wird in diesem Falle ein zusätzliches mecha­ nisches Wendegetriebe nicht benötigt. Für die Rückwärtsfahrt genügt ein auf niedrige Geschwindigkeit ausgelegter Drehmomentwandler. Die Kupplungseinrich­ tung wird dabei nur in der bevorzugten Fahrtrichtung in einem oberen Geschwin­ digkeitsbereich eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 anzugeben, das in der bevorzugten Fahrtrichtung mit Hilfe des für die Rückwärtsfahrt bestimmten Drehmomentwandler einen möglichst wirt­ schaftlichen hydrodynamischen Bremsbetrieb erlaubt, d. h. während des hydrody­ namischen Bremsbetriebes soll die Leistungsabgabe der Antriebsmaschine mög­ lichst gering gehalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmal des An­ spruches 1 gelöst. Danach wird bei einer Dauerbremsung in der bevorzugten Fahrtrichtung (etwa beim Befahren einer Gefällestrecke), dafür gesorgt, daß außer dem bremsenden Wandler stets auch die Kupplungseinrichtung eingeschaltet ist. Die Kupplungseinrichtung erhält hiermit eine Doppel­ funktion. Die neue, zusätzliche Funktion besteht darin, daß sie während des hydrodynamischen Bremsbetriebes die Antriebs­ maschine und damit auch die Eingangsseite des Getriebes von den Fahrzeugrädern her antreibt. Dadurch wird die erforderliche Primärleistung des bremsenden Wandlers von der Bremsleistung her gedeckt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ohne zu­ sätzlichen Brennstoffverbrauch in der zum Antrieb gehörenden Kühlanlage der Lüfter und gegebenenfalls eine Kühlwasserpumpe mit genügend hoher Drehzahl angetrieben werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung (Anspruch 2) kön­ nen unterschiedliche Bremsmomente durch Variieren der Getrie­ beeingangsdrehzahl eingestellt werden. Falls eine hydrodyna­ mische Kupplung verwendet wird, erreicht man dies durch Ein­ stellen unterschiedlicher Kupplungs-Füllungsgrade. Die Kupp­ lungseinrichtung kann aber auch als modulierbare Reibungs­ kupplung oder als hydrostatisches Getriebe mit variabler Über­ setzung ausgebildet werden. Eine andere oder zusätzliche Mög­ lichkeit zum Einstellen unterschiedlicher Bremsmomente besteht darin, in an sich bekannter Weise den bremsenden Wandler nur teilweise mit Arbeitsflüssigkeit zu füllen oder den Flüssig­ keitsdruck im Wandler abzusenken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 ein hydrodynamisches Wendegetriebe in schematischer Darstellung und im Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Zahn­ räder des Getriebes nach Fig. 1 in einer Seitenansicht, woraus die tatsächliche räumliche Anordnung der verschiedenen Ge­ triebeachsen ersichtlich ist;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der wesent­ lichen Teile der Steuereinrichtung für das Getriebe nach Fig. 1 und 2.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, hat das erfin­ dungsgemäße Getriebe eine Eingangswelle 10 mit einem Zahnrad 21, das mit zwei Zahnrädern 22 und 23 in Eingriff steht. Es sind ferner zwei hydrodynamische Anfahr-Drehmomentwandler 31 und 41 vorgesehen, der Wandler 31 für die Fahrtrichtung rück­ wärts und der Wandler 41 für die Fahrtrichtung vorwärts. Die beiden Wandler sind auf zwei zueinander parallelen Achsen un­ mittelbar nebeneinander angeordnet. Jeder dieser Wandler hat ein Pumpenrad 32 bzw. 42, das über eine hohle Primärwelle 33 bzw. 43 mit einem der genannten Zahnräder 22 bzw. 23 verbun­ den ist. Des weiteren hat jeder Wandler 31, 41 ein Turbinen­ rad 34 bzw. 44. Das Turbinenrad 34 des Wandlers 31 ist über eine hohle Sekundärwelle 35 mit einem Zahnrad 28 verbunden. Das Turbinenrad 44 des Wandlers 41 ruht dagegen auf einer zentra­ len Sekundärwelle 45, auf der ein Zahnrad 24 befestigt ist. Feststehende Leitschaufelkränze der beiden Anfahrwandler 31 und 41 sind mit 36 bzw. 46 bezeichnet, desgleichen die fest­ stehenden Wandlergehäuse mit 37 bzw. 47.

Die der Sekundärseite der Anfahrwandler 31 und 41 zugeordneten Zahnräder 24 und 28 bilden mit zwei weiteren Zahnrädern 25 und 29 einen vier-rädrigen Stirnräderzug, so daß die beiden Sekun­ därwellen 35 und 45 stets in entgegengesetztem Drehsinne um­ laufen.

Koaxial zum Anfahrwandler 41 für die Fahrtrichtung vorwärts ist ein Marschwandler 51 angeordnet, der ebenfalls ein Pum­ penrad 52, ein Turbinenrad 54, einen feststehenden Leitschau­ felkranz 56 und ein feststehendes Wandlergehäuse 57 aufweist. Das Pumpenrad 52 ist auf der hohlen Primärwelle 43 befestigt, desgleichen das Turbinenrad 54 auf der zentralen Sekundärwel­ le 45. Diese beiden Wellen sind also für beide Wandler 41 und 51 gemeinsam vorgesehen.

Koaxial zum Anfahrwandler 31 für die Fahrtrichtung rückwärts ist eine hydrodynamische Kupplung 61 angeordnet. Deren Primär- Schaufelkranz 62 ist auf der hohlen Primärwelle 33 befestigt. Der Sekundär-Schaufelkranz 63 hat dagegen eine ihm eigene, zen­ trale Sekundärwelle 65, die sich durch die beiden Hohlwellen 33 und 35 hindurch erstreckt und an ihrem äußeren Ende ein Zahn­ rad 26 trägt. Dieses kämmt mit einem Zahnrad 27, das starr mit dem Zahnrad 25 gekoppelt ist.

Eine Antriebswelle ist mit 11 bezeichnet; auf ihr ist ein Zahn­ rad 30 befestigt, das mit dem Zahnrad 29 kämmt.

Die in Fig. 1 eingezeichneten und mit Pfeilen versehenen strich­ punktierten Linien sollen verdeutlichen, daß das Zahnrad 21, wie schon erwähnt, auch mit dem Zahnrad 23 kämmt, desgleichen das Zahnrad 29 mit dem Zahnrad 25. Aus Fig. 2 ist dies ohne weiteres ersichtlich. Zum besseren Verständnis sind die in einer anderen Ebene gelegenen Zahnräder 21, 22, 23 gestrichelt dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt das Prinzip der Steuerung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Getriebes. Die hydrodynamischen Drehmoment­ wandler 31, 41 und 51 und die hydrodynamische Kupplung 61 sind hier symbolisch durch Kreise dargestellt. Das Getriebe hat drei Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang. Das Einschalten jedes die­ ser Gänge erfolgt durch Füllen eines der hydrodynamischen Ar­ beitskreisläufe 41 oder 51 oder 61 oder 31. Im allgemeinen ist immer nur einer der Kreisläufe gefüllt; die anderen sind solange entleert.

Eine Füllpumpe 12 fördert Arbeitsflüssigkeit aus einem Vor­ ratsbehälter (Getriebesumpf 8) in eine Druckleitung 17 und von dort bei Bedarf über einen Kühler 18 in eine Verteil­ leitung 20. An die Druckleitung 17 ist eine Druckregelventil 19 angeschlossen. Jedem der hydrodynamischen Arbeitskreisläufe 31, 41, 51 und 61 ist eine Fülleitung 73 bis 76 und ein Haupt­ steuerventil 13 bis 16 zugeordnet. Jedes dieser Hauptsteuer­ ventile hat zwei Stellungen, eine Ruhestellung und eine Ar­ beitsstellung. In der Zeichnung befinden sich alle Hauptsteuer­ ventile in der Ruhestellung; hierbei sind die Fülleitungen 73 bis 76 zum Sumpf 8 hin entlastet. In der Arbeitsstellung ist die jeweilige Fülleitung mit der vorgenannten Verteilleitung 20 verbunden.

Das Umschalten der Hauptsteuerventile 13 bis 16 kann vorzugs­ weise durch Zuführen von Druckmittel erfolgen. Hierzu ist je­ dem Hauptsteuerventil eine Steuerleitung 83, 84, 85 bzw. 86 zugeordnet.

Die Wahl der Fahrtrichtung erfolgt durch ein Vorsteuerventil 40, das drei Stellungen V, N und R aufweist und vom Fahrzeug­ führer betätigt werden kann. In der Stellung V für die Fahrt­ richtung vorwärts wird Druckmittel von einer Druckmittelquelle 9 einer Steuerleitung 38 zugeführt. In der Stellung R für die Fahrtrichtung rückwärts gelangt dagegen Druckmittel in eine andere Steuerleitung 39. In der mittleren Stellung, der Leer­ laufstellung N, sind beide Steuerleitungen 38 und 39 drucklos. Die Steuerleitung 39 ist mit einem der beiden Eingänge eines Doppel-Rückschlagventiles 36 verbunden, an dessen Ausgang die Steuerleitung 83 angeschlossen ist. Das Vorhandensein von Druck in der Steuerleitung 39 löst also unmittelbar das Umschalten des Hauptsteuerventils 13 aus und somit das Füllen des Rück­ wärts-Wandlers 31.

Das Vorhandensein von Druck in der Steuerleitung 38 bewirkt dagegen das Umschalten eines Hilfssteuerventils 58 aus der in der Fig. 3 gezeichneten Ruhestellung in die Arbeitsstellung. Hierdurch gelangt Druckmittel von der Druckmittelquelle 9 über ein weiteres Hilfssteuerventil 59 und durch das vorgenannte Hilfssteuerventil 58, ferner durch ein Gangschaltventil 60 in die Steuerleitung 84. Hierdurch wird das Umschalten des Haupt­ steuerventils 14 ausgelöst, wodurch sich der Anfahrwandler 41 für die Fahrtrichtung vorwärts füllt. Das Gangschaltventil 60 hat drei Stellungen V ₁, V ₂ und V ₃.

Das Betätigen des Gangschaltventils 60 erfolgt automatisch mit­ tels eines Fliehkraftschalters 64, der mit einer zur Fahrge­ schwindigkeit proportionalen Drehzahl rotiert. In einem unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich befindet sich das Ventil 60 in der gezeichneten Stellung V ₁, in der es - wie schon erwähnt - das Füllen des Anfahrwandlers 41 auslöst. In einem mittleren Fahr­ geschwindigkeitsbereich befindet es sich in der Stellung V ₂ . Beim Übergang von der Stellung V ₁ in die Stellung V ₂ bewirkt es das Entlasten der Steuerleitung 84, wodurch sich der Wandler 41 entleert. Gleichzeitig wird die Steuerleitung 85 mit Druck be­ aufschlagt und hierdurch das Füllen des Wandlers 51 ausgelöst.

In ähnlicher Weise wird beim Erreichen des oberen Fahrgeschwin­ digkeitsbereiches, wenn also das Ventil 60 in die Stellung V ₃ gelangt, das Entleeren des Wandlers 51 ausgelöst und gleich­ zeitig die hydrodynamische Kupplung 61 gefüllt. Hierzu gelangt Druck in die Leitung 66 und von dort einerseits über ein Dop­ pelrückschlagventil 67 in die Steuerleitung 86, andererseits auch über ein weiteres Doppelrückschlagventil 68 in eine Steuer­ leitung 69. Dadurch wird bewirkt, daß sich ein in der Füll­ leitung 76 eingebautes Drosselventil 16 a, das in derRuhestel­ lung nur teilweise geöffnet ist, nunmehr ganz öffnet. Hierdurch wird bewirkt, daß sich die Kupplung 61 vollkommen füllt und so­ mit nur mit geringem Schlupf arbeitet. In der anderen Stellung des Drosselventils 16 a würde dagegen die Kupplung nur mit Teil­ füllung und dementsprechend mit höherem Schlupf arbeiten.

Das hydrodynamische Bremsen kann wie folgt ausgelöst werden:
Solange sich das Fahrzeug im unteren Fahrgeschwindigkeitsbe­ reich befindet, braucht der Fahrzeugführer lediglich das Vor­ steuerventil 40 umzuschalten, beispielsweise aus der Stellung V in die Stellung R oder umgekehrt. Dadurch wird der bisher ge­ füllte Wandler 41 oder 31 entleert und gleichzeitig der andere dieser beiden Wandler gefüllt.

Beim Befahren langer Strecken mit hoher Fahrgeschwindigkeit wird dagegen ein Bremsvorgang - wie in Straßenfahrzeugen üblich - durch ein Bremspedal 7 ausgelöst. Dieses betätigt ein Bremsven­ til 70, das drei Schaltstufen 0, I und II aufweist. An das Brems­ ventil 70 sind zwei Druckmittelleitungen 71 und 72 angeschlossen. Solange das Bremspedal 7 nicht niedergedrückt wird, hält eine Feder 73 das Bremsventil 70 in seiner Ruhelage (Schaltstufe 0); diese ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei sind die beiden Druck­ mittelleitungen 71 und 72 entlastet. Bei geringem Niedertreten des Bremspedals (Schaltstufe I) bleibt die Leitung 72 entlastet; aber die Leitung 71 ist nunmehr an die Druckmittelquelle 9 ange­ schlossen. Hierdurch wird folgendes bewirkt:

• 1) Das Hilfssteuerventil 59 wird umgeschaltet, so daß die Zu­ fuhr von Druck von der Druckmittelquelle 9 zum Gangschalt­ ventil 60 unterbrochen ist. Dies löst das Entleeren des bis­ her gefüllten Arbeitskreislaufes 61 oder 51 oder 41 aus.
• 2) Über das Doppelrückschlagventil 36 gelangt Druck in die Steuerleitung 83, wodurch der Rückwärtswandler 31 gefüllt wird (dasselbe könnte erreicht werden durch Umschalten des Vorsteuerventils 40 in die Stellung R).
• 3) Über das Doppelrückschlagventil 67 gelangt Druck in die Steuerleitung 86. Hierdurch wird bewirkt, daß sich die Kupp­ lung 61 füllt oder daß sie gefüllt bleibt, wenn sie zuvor schon gefüllt war. Hierdurch wird - wie eingangs schon er­ läutert - bewirkt, daß die Eingangsseite des Getriebes, d. h. die Primärwellen 33 und 43 über die Kupplung 61 von der Ausgangsseite des Getriebes her angetrieben werden. Hierbei verläuft der Kraftfluß in Fig. 1 von der Getriebe­ abtriebswelle 11 über die Zahnräder 30, 29, 25, 27 und 26 sowie über die Sekundärwelle 65 in die Kupplung 61. Hier­ durch wird erreicht, daß das Pumpenrad 32 des Rückwärts­ wandlers 31 mit der für das hydrodynamische Bremsen erfor­ derlichen Drehzahl angetrieben wird.

Solange sich das Bremsventil 70 in der Schaltstufe I befindet, bleibt die Steuerleitung 69 drucklos und somit das Drosselven­ til 16 a in der nur teilweise geöffneten Stellung. Dies bewirkt - wie oben schon erläutert - Teilfüllung in der Kupplung 61 und damit eine mittlere Drehzahl des Pumpenrades 34 und folg­ lich ein hydrodynamisches Bremsmoment von nur mittlerer Höhe. Durch volles Niedertreten des Bremspedals 7 gelangt das Brems­ ventil 70 in die Schaltstufe II. Dadurch wird die Leitung 72 mit Druck beaufschlagt, wobei die Leitung 71 nach wie vor unter Druck bleibt. Der in der Leitung 72 befindliche Druck gelangt über das Doppelrückschlagventil 68 in die Steuerleitung 69; er öffnet somit das Drosselventil 16 a. Dies bewirkt - wie schon beschrieben - Vollfüllung in der Kupplung 61. Demzufolge er­ höht sich die Drehzahl des Pumpenrades 34 des Wandlers 31 und dadurch das von diesem erzeugte hydrodynamische Bremsmoment.

Es versteht sich, daß man bei Bedarf anstelle von nur zwei Bremsstufen I und II eine größere Anzahl von Bremsstufen vor­ sehen kann. Genauso könnte man ein stufenloses Verstellen des Drosselventils 16 a vorsehen. Dadurch würde das vom Wandler 31 erzeugte Bremsmoment kontinuierlich verändert werden.

Es ist noch nachzutragen, daß jeder der hydrodynamischen Ar­ beitskreisläufe 31, 41, 51 und 61 einen Dauerauslaß 93, 94, 95, 96 aufweist. Dieser ist vor allem bei der hydrodynamischen Kupplung 61 von Bedeutung, weil er hier - im Zusammenwirken mit dem Drosseln des Füllstromes - das Einstellen verschiedener Füllungsgrade ermöglicht.

Das Getriebe der beschriebenen Art ist in erster Linie zum Ein­ bau in schwere Muldenkipper und Transportfahrzeuge mit ähnli­ chen Aufgaben mit einer Traktionsleistung in der Größenordnung von ca. 1500 KW vorgesehen.

Claims (2)

1. Hydrodynamisches, insbesondere für nicht schienengebundene Fahrzeuge, vorzugsweise für schwere geländegängige Fahrzeu­ ge, bestimmtes Wendegetriebe, das für jede Abtriebsdreh­ richtung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler aufweist, die abwechselnd, bei Bedarf auch zum Bremsen mittels des für die Gegenrichtung bestimmten Drehmomentwandlers, durch Füllen und Entleeren ein- und ausschaltbar sind und die beide einem unteren Geschwindigkeitsbereich zugeordnet, d. h. als Anfahrwandler ausgebildet sind, ferner mit einer vorzugsweise als hydrodynamische Kupplung ausgebildeten Kupplungseinrichtung, die anstelle des Vorwärts-Wandlers für die Traktion in einem oberen Geschwindigkeitsbereich einschaltbar ist, gekennzeichnet durch eine Brems-Steuereinrichtung, die zugleich mit dem Einschalten des für die Gegenfahrtrichtung bestimmten Drehmomentwandlers (31) das Einschalten der Kupplungseinrichtung (61) auslöst.

2. Wendegetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kupplungseinrichtung (61) das Drehzahlverhältnis zwischen den Kupplungshälften (62, 63) auf verschiedene Werte einstellbar ist.