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Flüssigkeitswechselgetriebe für Kraftfahrzeuge. Gegentand der Erfindung
ist ein Geschwindigkeitswechselgetriebe insbesondere für Kraftfahrzeuge aller Art,
bei welchem die an sich bekannte Kraftübertragung mittels durch primäres und sekundäres
Turbinenrad umlaufender Flüssigkeit dadurch vervollkommnet wird, daß die Einstellung
des Übersetzungsverhältnisses selbsttätig unter dem Einfluß des veränderlichen M'iderstandes
der getriebenen Welle erfolgt.
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Bei Getrieben der obengen?Lnnten Art verringert sich unter sonst gleichen
Verhältnissen die sekundäre Drehzahl bei zunehmendem Widerstand der Sekundärwelle
(Bergfahrt) und sie vergrößert sich im umgekehrten Falle. Dadurch ändert sich auch
die relative Drehzahl von Primär- und Sekundärturbinenrad gegeneinander und damit
auch das auf das Sekundärrad übertrageize Drehmoment. Letzteres wächst jedoch nicht
im linearen Verhältnis, sondern angEnähert mit dem Quadrat der relativen Drehzahl,
weil es der Geschwindigkeit und Masse der in der Zeiteinheit vom Sekundärrad abgelenkten
Flüssigkeit proportional und weil die Masse ihrerseits ebenfalls von der Geschwindigkeit
abhängig ist. Es wird also auch bzi großem Anwachsen des Sekundärwiderstandes die
absolute sekundäre Drehzahl nur verhältnismäßig wenig sinken und, da die sekundär
abgegebene Leistung dem Produkt aus Moment und absoluter Drehzahl des Sekundärrades
proportional ist, so müßte bei einem Sinken der letzteren und gleichbleibender Primär-
oder Motordrehzahl die Leistung des Motors steigen. L m diesen Übelstand zu vermeiden,
ist eine Einrichtung getroffen, welche, ebenfalls in Abhängigkeit vom Sekundärwiderstand,
selbsttätig die Masse der in der Zeiteinheit abgelenkten Flüssigkeit regelt, zum
Zwecke, das auf das Sekundärrad übertragene Moment in seiner Veränderung derart
zu beeinflussen, daß bei gleichbleibender Drehzahl des Primärrades auch die vom
Sekundärrad abgegebene. und somit vom Motor aufzubringende Leistung möglichst unverändert
bleibt.
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Die Zeichnung stellt in Fig. i bis 5 beispielsweise einige Ausführung.-formen
des Getriebes dar. Es bedeutet hierin a die treibende oder Piimärwelle, b die getriebene
oder Sekundärwelle ; c ist das mit der Primärwelle a verkeilte primäre oder treibende
Turbinenrad, welches innerhalb des mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuses
cl eine Strömung in Pfeilrichtung erzeugt e und f sind die mit Gehäuse
d verbundenen sekundären Turbinenräder für Vorwärts- und Rückwärtsgang der Sekundärwelle
b. Mittels Hebels P kann die Einstellung der Gangrichtung durch achsiale Verschiebung
des Gehäuses d bezugsweise der finit ihm verbundenen Sekundärräder e, f bewirkt
werden. Es entspricht Stellung T" Vorwärtsfahrt, R Rückwärtsfahrt und o Nullstellung,
bei welcher das Primärrad c abgedeckt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig, i überträgt
das Gehäuse d das Drehmoment des Sekundärrades e nicht unmittelbar auf die Welle
b, sondern mittels der Feder t.', welche sich unter dem Einflusse des Drehmomentes
spannt, wobei sich das Gehäuse d gegen die Mitnehmerhülse k etwas verdreht. Das
Gehäuse d ist nun auf die Mitnehmerhülse k durch Gewinde l aufgeschraubt. Letzteres
besitzt derartige Steigung; daß bei einem Anspannen
der Feder i,
also Vorwärtsverdrehung des Gehäuses d gegen den Mitnehmer k, sich das Gehäuse d
iir Pfeilrichtung bewegt. Da nun der Mitnehmer k. durch Schalthebel p festgestellt
ist, erfolgt eine teilweise Ausschaltung des Vorlaufrades e und damit eine Drosselung
des Flüssigkeitsstromes, eine Verringerung der in der Zeiteinheit vom Sekundärrad
e abgelenkten Flüssigkeitsmenge und eine Verkleinerung des übertragenen Drehmomentes.
Je größer das vom Primärrad c auf Rad e übertragene Moment ist, desto größer wird
die Drosselung der Flüssigkeitsströmung, desto langsamer wächst also das Drehmoment
bei weiterer Vergrößerung der relativen Drehzahl. Das Gewinde l könnte auch durch
eine andere Vorrichtung, beispielsweise eine Iiurvennutfiilirung, ersetzt werden,
welche die achsiale Verschiebung des Gehäuses d und des Sekundärrades e nicht genau
proportional dem Wachstum des Momentes, sondern in beliebiger anderer Weise verstellt,
so daß hierdurch, wie auch durch geeignete Größen- und Formgebung der anderen Teile,
das Wachstum des Momente innerhalb weiter Grenzen den Bedürfnissen angepaßt werden
kann.
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Da der Rückwärtsgang meist von untergeordneter Bedeutung ist, ist
die selbsttätige Einstellung in der Zeichnung nur für den Vorwärtsgang dargestellt.
Durch Anschlag z wird die Vorrichtung bei Rücklauf außer Tätigkeit gesetzt, jedoch
könnte im Bedarfsfälle auch der Rücklauf mit der gleichen Vorrichtung ausgestattet
werden.
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Durch Drosselung der Flüssigkeitsströmung wird natürlich der Wirkungsgrad
des Getriebes herabgesetzt. Fig. z gibt eine Ausführungsform desselben, bei der
zwecks Beeinflussung der Masse der abgelenkten Flüssigkeit an Stelle der einfachen
Drosselung eine selbsttätige Verengung der freien Durchströmungsquerschnitte gleichzeitig
im Primär und Sekundärrad in Abhängigkeit von dem auf letzteres übertragenen Drehmoment
und somit auch vom Fahrwiderstand stattfindet. Die Querschnittsverengung erfolgt
in solcher Weise, daß sich der 'Virkungsgrad des Getriebes dabei nicht verschlechtern
kann. Das Gehäuse d überträgt wieder das Drehmoment durch Feder i auf den Mitnehmer
k, jedoch ist jetzt das Gehäuse d selbst gegen achsiale Verschiebung
in bezug auf den Mitnehmer k gesichert. In das Gewinde oder die anders geartete
Kurvennutführung l greift der gegen das Gehäuse d achsial verschiebbare Körper m
ein, welcher die an einer Seite offenen Schaufeln des Rades e in Schlitzen aufnimmt,
derart, daß eine achsiale Verschiebung des Körpers m die Schaufelbreite ändert.
- In" gleicher Weise werden die einseitig offenen Schaufeln des Primärrades c in
Schlitzen des ebenfalls achsial verschiebbaren Körpers n aufgenommen, welcher durch
eine 1 edc@r ständig gegen den Körper in -gedrückt wird und so die achsialen Verschiebungen
des letzteren mit ausführt. Mit waclist-ndem Drehmoment wird also die Feder i gespannt,
Körper in schraubt oder versc-Iiiebt sich durch die Kurvenführung 1 in Pfeilrichtung
nach dem Primärrade 'c hin, schiebt Körper it vor sich her und verengt somit gleichzeitig
die freien Durchströmungsqu(rschnitte im Primärrad c und Sekundärrad e. Bei Einschaltung
des Rücklaufes schraubt sich Körper nt gegen Gehäuse d und die Vorrichtung
ist ausgeschaltet. Die achsiale Verschiebung de.., Körpers n könnte auch dazu benutzt
werden, um mittels Stufenschieber nacheinander verschiedene Abteilungen des i'riinärrades
c: abzuschließen oder in ihnen die SchaufeIbreite zu verändern, wobei dann der äußere
Teil des Körpers in. in Wegfall kommen und das Sekundärrad e unveränderlich bleiben
könnte. Die Vorrichtung könnte auch für den Rücklauf in Anwendung gebracht werden.
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Die Sekundenmasse der Treibflüssigkeit kann ferner beeinflußt werden
durch die Schaufelstellung und Schaufelform im Primär- und Sekundärrad. Fig. 3 zeigt
b°ispielsweise eine Einrichtung, bei welcher die Schaufeln "im Sekundärrad e unter
dem Einfluß des sich ändernden Drehmomentes verstellt werden. Das Sekundärrad e
ist im Gehäuse d um die Hauptachse drehbar angeordnet und überträgt das Drehmoment
mittels Feder il auf das Gehäuse d. Die Schaufeln j im Kranze e sind beweglich,
und zwar drehbar um die Stifte o, welche fest mit dem Kranz e verbunden sind, und
drehbar und in Langlöchern verschieblich um die mit Gehäuse d verbundenen
Stifte q-
Bei einer Verdrehung des Kranzes e gegen Gehäuse d unter Anspannung
der Feder il legen sich die Schaufeln j in die punktiert gezeichnete Stellung um
und der Ausströmungswinkel et verkleinert sich auf ui, womit die gwünschte Beeinflussung
des Momentes erreicht ist. Eine ähnliche Beeinflussung ließe sich innerhalb gewisser
Grenzen durch Verstellen der Schaufeln im Primärrad erreichen, jedoch dürfte die
Verstellung nicht durch das eigene Drehmoment erfolgen, sondern müßte ähnlich wie
bei Fig. a durch das Moment des Sekundärrades e herbeigeführt werden. Es könnten
beispielsweise die Körper jst und i-t nicht die Seitenwände des Primär- und Sekundärrades,
sondern durch geeignete Mittel die Schaufeln im Treibrad verstellen. Selbstverständlich
kann auch die Verstellung der Schaufeln im Primär- und Sekundärrad gleichzeitig
erfolgen: Bei der in Fig.:f und 5 dargestellten Einrichtung sind die Scha=ufeln
im Sekundärrad e selbst als federnde Platten j, ausgebildet, i welche mit dem inneren
Ende am vierdrehbaren Kranz e befestigt sind und mit dem äußeren
Ende
in das Gehäuse d eingreifen, um das Drehmoment vom Kranz e auf das Gehäuse d
zu
übertragen. Sie dienen dabei gleichzeitig als Cbertragungsfedcrn; können
aber hierbei auch nach Art der Fig. 3 durch besondere Übertragungsfedern il unterstützt
werden. Die Anwendung federnder Schaufeln könnte natürlich auch im Primärrad oder
im Primärrad und Sekundärrad gleichzeitig stattfinden.
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Fig. 6 gibt mittels Diagramms eine beispielsweise Darstellung des
Verlaufs der Momentänderung. Die Abszissen bedeuten hierin von links nach rechts
gemessen die Primärdrehzahlen (Motorumdrehungen) x m sowie die absoluten
Sekundärdrehungen ng, vom Beginn der Kurve G, H nach links gerechnet die
relativen Drehzahlen i:: v von Primär- und Sekundärrad gegeneinander. Die Ordinaten
bedeuten Drehinomente in Meterkilogramm. Linie C-D bedeutet das gleichbleibende
primäre (motorische) Drehmoment. Kurve E-F zeigt, wie beispielsweise bei 18oo primären
Umdrehungen und gegebenem primären Drehmoment CD die Momentänderung stattfinden
müßte unter der Voraussetzung, daß die sekundär abgegebene Leistung bei allen Momenten
und Sekundärdrehzahlen unverändert bleibt. Soll beispielsweise das kleinste praktisch
zur Verwendung gelangende Sekundärdrehmoment etwa das l,,lfache, das größte etwa
das fünffache des primären :Momentes betragen, entsprechend einer Übersetzungsänderung
von 1: 1,¢ bis 1: 5, so käme also etwa der Teil A-B der Kurve E-F als angestrebter
Verlauf des sekundären Drehmomentes in Frage.
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Im folgenden ist nun gezeigt, wie dieser Momentenverlauf mittels des
vorliegenden Getriebes erreicht werden kann. Da bei einer relativen Umdrehungzsahl
gleich Null auch kein Moment übertragen werden kann, so ergibt sieh als Ausgangspunkt
der Kurve der Momentnullpunkt bei 18oo Umdrehungen G. Ferner muß die Kurve durch
den Anfangspunkt A der Kurve A-B verlaufen. Es ist nun zweckmäßig, die Getriebeteile
so zu dimensionieren, daß bis zum Erreichen des Punktes A, also des etwa 1,4fachen
Primärmomentes, keine selbsttätige Verstellung erfolgt. Die Federn i, il,
il
müßten also so bemessen sein, daß sie bis dahin dem Druck des Sekundärrades
nicht nachgeben. Demgemäß würde sich die Kurve A-G angenähert als Teil einer quadratischen
Parabel ergeben. Würde nun weiterhin keine Verstellung der Getriebeteile stattfinden,
so würde die sekundäre Momentkurve etwa gemäß A-H als quadratische Parabel weiterlaufen
und damit viel zu große Momente liefern. Im Punkt A kann jedoch nun die selbsttätige
Beeinflussung der Sekundenmasse der Treibflüssigkeit beginnen und die Momente entsprechend
den Ordinaten zwischen A-B und A-H progressiv verringern, so daß dann der wirkliche
Momentverlauf nach G-A-B stattfindet.
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Das ist nur ein Beispiel von vielen Möglichkeiten. Es könnte z. B.
nötig sein, daß (las kleinste gebrauchte Sekundärmoment etwa gleich dem doppelten
primären sein soll. Die Momentkurve. müßte also von G etwa nach K verlaufen und
würde dann ohne selbsttätige Einstellung nach I_ weiter ansteigen. Auch in diesem
Falle ließe sich der Momentenverlauf gemäß der Kurve K-B bewirken, indem z. B. das
Gewinde l bei den Ausführungen der Fig. i und 2 durch eine geeignete Kurvennut ersetzt
würde, oder bei den Schaufeln der Fig. 3 bis 5 die Krümmung entsprechend gestaltet
oder die: Drehpunkte in geeigneter Weise angeordnet würden, oder die Spannung der
Feder il auf beliebige Art veränderlich anwachsend gemacht würde, z. B. durch Anwendung
mehrerer Federn auf dem Kranzumfang, welche nicht gleichzeitig, sondern bei verschiedenen
Verdrehungsgraden des Sekundärrades e gegen das Gehäuse d in Wirkung treten usw.
Das `i-'esentliche ist in allen Fällen; daß mit wachsendem Drehmoment selbsttätig
immer eine solche Einstellung der, Getriebeteile erfolgt, daß die sekundär abgegbene
Leistung der primär jeweils zur Verfügung stehenden entspricht.