DE3823793A1

DE3823793A1 - Kraftuebertragungsaggregat zum drehzahlvariablen antrieb einer arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE3823793A1
Application number: DE3823793A
Authority: DE
Inventors: Georg Wahl
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1990-01-18
Also published as: SE8902523D0; IT8967586A0; NL8901803A; GB2222211A; GB8915082D0; FR2634265A1; BR8903319A; JPH0266362A; US4964843A; SE8902523L

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftübertragungsaggregat zum dreh zahlvariablen Antrieb einer Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbe griff des Anspruches 1.

Ein derartiges Kraftübertragungsaggregat ist bekannt aus der DE-OS 34 41 877. Dieses dient zum Antrieb einer Arbeitsmaschine mit variabler Drehzahl bei im wesentlichen konstanter Drehzahl der Antriebsmaschine. Entweder direkt oder mittels einer füllungsveränderlichen Strömungskupplung ist eine Antriebswelle einerseits mit der Antriebsmaschine verbunden, andererseits mit einem Differentialgetriebe. Die mit der Arbeitsmaschine verbun dene Getriebeausgangswelle ist ebenfalls an das Differentialge triebe gekoppelt. Zur Erzielung einer veränderlichen Abtriebs drehzahl ist ein verstellbarer hydrodynamischer Drehmomentwand ler vorhanden, dessen Pumpenrad mit der Antriebswelle und des sen Turbinenrad über eine abbremsbare Welle ebenfalls mit dem Differentialgetriebe in Verbindung steht. Zur Abbremsung ist mit der Turbinenradwelle der Rotor einer im Füllungsgrad ver änderlichen hydrodynamischen Bremse verbunden, so daß unter schiedliche Drehzahlen an der Turbinenradwelle (Überlagerungs welle) und somit am Getriebeausgang eingestellt werden können. Die hydrodynamische Bremse hat gleichzeitig die Funktion eines Freilaufes, und es ist ohne Verschleiß auch im Dauerbetrieb möglich, daß die Überlagerungswelle sogar rückwärts mit niedri ger Drehzahl umläuft.

In jedem Betriebszustand jedoch ist mit dem Betrieb der hydro dynamischen Bremse eine Drehmomentabstützung gegenüber dem feststehenden Gehäuse verbunden, was einer vollständigen Um setzung der jeweils entsprechenden Rotationsenergie an der Tur binenradwelle in Wärme entspricht. Dabei ist zwar der durch den Drehmomentwandler in das Differentialgetriebe geleitete Lei stungsanteil und somit auch der maximal in der Bremse umgesetz te Leistungsanteil relativ gering, weil der größte Teil auf dem direkten Weg übertragen wird. Aber auf die Dauer ist es unwirt schaftlich, fortwährend einen gewissen Leistungsanteil in Wärme umzusetzen, abgesehen von der Notwendigkeit, diese Wärme auch fortwährend abzuführen. Insbesondere bei hoher Drehzahl des Bremsrotors ist mit großem Wärmeanfall zu rechnen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kraftübertragungsaggregat derart weiterzubilden, daß sein Wir kungsgrad höher und sein Drehzahlregelbereich vergrößert ist.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des An spruches 1 dadurch gelöst, daß als Bremseinrichtung für die mit dem Differentialgetriebe verbundene Turbinenradwelle des einen Drehmomentwandlers ein weiterer hydrodynamischer Drehmoment wandler anstelle einer hydrodynamischen Bremse vorgesehen ist. Die vom Pumpenrad des weiteren Drehmomentwandlers geforderte Aufnahmeleistung entspricht sodann der bislang dem Bremsrotor zugeführten Leistung, wird aber mit anderem Drehzahl- und Dreh momentverhältnis wieder dem Kraftübertragungsaggregat zuge führt. Dadurch tritt einerseits die erwünschte Bremsung am Dif ferentialgetriebe bzw. an der Turbinenradwelle des ersten Dreh momentwandlers ein; andererseits erfolgt gleichzeitig ein Rück speisen der Leistung in den Kraftweg. Ein Totalverlust von Energie wie bei Verwendung einer hydrodynamischen Bremse tritt nicht ein. Gleichzeitig wird der Drehzahlregelbereich erwei tert, weil ein Drehmomentwandler nicht nur bei kleiner Drehzahl ein hohes Drehmoment entwickelt, sondern auch im Rückwärtsbe trieb mit höherem Bremsdrehmoment gefahren werden kann.

In den Unteransprüchen 2 bis 9 sind vorteilhafte Weiterbildun gen der Erfindung angegeben. Der zweite Drehmomentwandler wird danach bevorzugt als Gegenlaufwandler für gegensinnige Pumpen- bzw. Turbinendrehrichtung ausgebildet und koaxial zum ersten Drehmomentwandler angeordnet. Dabei kann wiederum die Ausfüh rung als Stellwandler mit Leitschaufelregulierung und/oder Ein richtung zur Veränderung der Füllung vorgesehen sein. Vorzugs weise wird das Pumpenrad des zweiten mit dem Turbinenrad des ersten, sowie das Turbinenrad des zweiten mit dem Pumpenrad des ersten Drehmomentwandlers verbunden. Dadurch ist eine besonders wirtschaftliche Rückspeisung der vom Pumpenrad bremsend vom Differentialgetriebe übernommenen Energie über das Turbinenrad des zweiten Drehmomentwandlers auf die Antriebswelle gegeben. Ein solcher Gegenlaufwandler kann vorzugsweise ein axial durch strömtes Turbinenrad aufweisen.

Die Anordnung kann darüber hinaus derart getroffen werden, daß der erste Drehmomentwandler ein Gegenlaufwandler ist und der zweite ein Gleichlaufwandler. Dadurch kann zum Bremsen des Dif ferentialgetriebes eine Wandlerbauart verwendet werden, deren Beschaufelung für diese Betriebsweise noch besser geeignet ist.

Weitere konstruktive Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 10 bis 14 betreffen die Anordnung des zweiten Drehmomentwandlers im Gehäuse des Kraftübertragungsaggregates sowie die vorteil hafte kinematische Ankoppelung an das Getriebe mit konstanter Übersetzung und an das Differentialgetriebe.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch das Kraftüber tragungsaggregat;

Fig. 2 einen Längsschnitt wie Fig. 1, jedoch mit alternativer Wandlerausführung;

Die Fig. 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt ein in einem Gehäuse 1 eingebautes Kraftübertragungsaggregat mit einer Antriebswelle 2, die mit einer nicht dargestellten Antriebsma schine bzw. einer vorgeschalteten Strömungskupplung verbunden ist. Auf der Antriebswelle 2 ist das Pumpenrad 11 eines koaxial dazu angeordneten ersten Drehmomentwandlers 10 befestigt. Die Antriebswelle 2 setzt sich fort bis zu einem als Planetenge triebe ausgebildeten Differentialgetriebe 30 und treibt dabei den Planetenträger 33 an. Das Sonnenrad 31 steht mit einer zu einer nicht dargestellten Arbeitsmaschine führenden Abtriebs welle 3 in Verbindung. Ein Hohlrad 34 umschließt die Planeten räder 32 des Differentialgetriebes 30. Der erste Drehmoment wandler 10 hat vorzugsweise ein feststehendes Gehäuse 14, das mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.

Zwischen dem ersten Orehmomentwandler 10 und dem Differential getriebe 30 befindet sich ein weiteres Zahnradgetriebe 40 mit fester Übersetzung, welches als Planetengetriebe mit einem feststehenden Planetenträger 43 (Standgetriebe) ausgebildet ist. Das Hohlrad 44 dieses Zahnradgetriebes 40 steht mit dem Hohlrad 34 des Differentialgetriebes 30 über eine rotierende Schale 35 in Drehverbindung. Das Sonnenrad des Zahnradgetriebes 41 ist mit dem Turbinenrad 12 des ersten Drehmomentwandlers 10 über eine Überlagerungswelle 45 verbunden.

Innerhalb der umlaufenden Schale 35 zwischen den beiden Hohlrä dern 34 und 44 befindet sich ein weiterer koaxial zur Antriebs welle 2 angeordneter Drehmomentwandler 20. Dessen Gehäuse 24 ist am feststehenden Planetenträger 43 des Zahnradgetriebes 40 befestigt und somit am Gehäuse 1. Das Pumpenrad 21 dieses zwei ten Drehmomentwandlers 20 ist über die Überlagerungswelle 45 an das Sonnenrad 41 des Zahnradgetriebes 40 gekoppelt und somit an das Turbinenrad 12 des ersten Drehmomentwandlers 10. Das Tur binenrad 22 des zweiten Drehmomentwandlers 20 steht mit der Antriebswelle 2 in Verbindung und daher mit dem Pumpenrad 11 des ersten Drehmomentwandlers 10 und dem umlaufenden Planeten träger 33 des Differentialgetriebes 30. Beide Drehmomentwandler 10 und 20 sind vorzugsweise mit einer Einrichtung zur Verände rung der Füllung mit Strömungsmedium ausgerüstet sowie mit ver stellbaren Leitschaufeln 13, 23.

Wie bei dem bekannten Kraftübertragungsaggregat findet bei nor malem Dauerbetrieb die Kraftübertragung bei entleertem ersten Drehmomentwandler 10 statt. Dabei ist der zweite Drehmoment wandler 20 durch gesteuerte Füllung oder gewählte Leitschaufel stellung derart in Tätigkeit, daß das Hohlrad 34 des Differen tialgetriebes die der gewünschten Abtriebsdrehzahl entsprechen de Drehzahl annimmt. Dabei nimmt das Pumpenrad 21 des zweiten Drehmomentwandlers Leistung vom Hohlrad 34 des Differentialge triebes 30 auf, welche über das Zahnradgetriebe 40 eingeleitet wird.

Entsprechend der Drehzahl der Antriebswelle 2 ergibt sich im zweiten Drehmomentwandler 20 ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen dem Turbinenrad 22 und dem Pumpenrad 21, welches maß gebend ist für das entwickelte Brems- oder Antriebsmoment und somit auch für eine eventuelle Leistungsrückspeisung in die Antriebswelle 2. Zwischen dem Hohlrad 34 des Differentialge triebes 30 und dem Turbinenrad 22 des zweiten Drehmomentwand lers zirkuliert nur ein kleiner Leistungsanteil im Bypass, wo bei die natürlichen Verluste im Drehmomentwandler bedeutend niedriger sind als diejenigen der Strömungsbremse im bekannten Kraftübertragungsaggregat.

Soll die Drehzahl der Abtriebswelle 3 verändert, insbesondere gesteigert werden, so wird, wie bekannt, der erste Drehmoment wandler 10 gefüllt bei zumindest teilweiser Entleerung des zweiten Drehmomentwandlers 20, so daß die gesamte Leistung zu einem kleineren Teil über den Drehmomentwandler 10 und das Zahnradgetriebe 40, und zum größeren Teil direkt über die An triebswelle 2 dem Differentialgetriebe 30 zugleitet wird.

Auch der Betrieb des Kraftübertragungsaggregates mit vorge schalteter Strömungskupplung und eventueller Überbrückungskupp lung vollzieht sich wie bei der bekannten Ausführung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten zweiten Drehmomentwandler 20 ist sowohl das Leitrad 13 (mit Leitschaufelverstellung) als auch das sich daran anschließende Turbinenrad 12 zentripetal durchströmt. In Fig. 2 ist eine andere Wandlerbauart darge stellt mit einem axial durchströmten Turbinenrad 25. Die übri gen Komponenten des dargestellten Aggregates sind identisch mit denjenigen der Fig. 1 und tragen dieselben Bezugszahlen. Der Vorteil einer Axialturbine 25 liegt darin, daß sich diese Bau art besonders als Gegenlaufwandler eignet, also für gegensinni ge Rotation von Pumpe 21 zu Turbine 25. Wenn es, wie im vorlie genden Anwendungsfall, besonders auf den Bremseffekt des zwei ten Drehmomentwandlers 20 auf das Hohlrad 34 des Differential getriebes 30 ankommt, so wird vorzugsweise ein Gegenlaufwandler gewählt, der bei gegensinniger Rotation von Pumpen- und Turbi nenrad das gewünschte hohe übertragene Drehmoment hervorbringt. Durch die Bauart des Zahnradgetriebes 40 als Standgetriebe näm lich läuft das Sonnenrad 41 immer gegensinnig zum Hohlrad 44, während die Überlagerungswelle 45 mit dem Turbinenrad 12 des ersten Drehmomentwandlers 10 gleichsinnig mit der Antriebswelle 2 und dem Pumpenrad 11 dreht. Durch diese Anordnung eines Gleichlaufwandlers 10 mit umkehrendem Standgetriebe 40 kommt die für eine Drehzahlerhöhung an der Abtriebswelle 3 erforder liche Drehzahlüberlagerung zustande. Von Vorteil ist daher die Kombination eines Gleichlaufwandlers mit einem Gegenlaufwandler als Bremseinrichtung, weil dieser sich besonders klein ausbil den und innerhalb der umlaufenden Schale 35 unterbringen läßt.

Gleichermaßen wäre es auch prinzipiell denkbar, den ersten Drehmomentwandler als Gegenlaufwandler und zweiten als Gleich laufwandler auszubilden bei entsprechender Gestaltung des Zahn radgetriebes 40. Außerdem wäre es denkbar, beide Drehmoment wandler als Gleichlauf- oder als Gegenlaufwandler auszubilden, was dann aber einer entsprechenden Anpassung des Zahnradgetrie bes 40 bedarf.

Es wäre darüber hinaus auch möglich, die beiden Drehmomentwand ler nebeneinander vor dem Zahnradgetriebe 40 anzuordnen. Dann aber müßte der eine Drehmomentwandler ein sogenannter Durch treibwandler sein, bei dem die Turbinendrehbewegung des anderen Drehmomentwandlers hindurchgeleitet wird. Dies ist jedoch kon struktiv mit höherem Aufwand verbunden und erzeugt höhere hy draulische Verluste.

Durch den erfindungsgemäßen Einbau eines Drehmomentwandlers in das bekannte Kraftübertragungsaggregat wird dessen Drehzahlre gelbereich erweitert bis auf etwa 30 bis 100 Prozent der Ab triebsdrehzahl. Dies kommt zustande durch geschickte Ausnutzung der gegenüber einer hydrodynamischen Bremse prinzipiell anders gearteten Kennlinie eines Drehmomentwandlers, was insbesondere zur Erhöhung des Wirkungsgrades führt.

Claims

1. Kraftübertragungsaggregat zum drehzahlvariablen Antrieb einer Arbeitsmaschine, mit den folgenden Merkmalen:

a) ein erstes Getriebeglied (32) eines Differentialgetrie bes (30) ist mit einer Eingangswelle (2) verbunden;
b) ein zweites Getriebeglied (31) des Differentialgetrie bes (30) ist dauernd an eine Ausgangswelle (3) gekop pelt;
c) ein drittes Getriebeglied (34) des Differentialgetrie bes (30) ist mittels einer Überlagerungswelle (45) an das Turbinenrad (12) eines ersten füll- und entleerba ren hydrodynamischen Drehmomentwandlers (10) sowie an ein Element einer Bremseinrichtung gekoppelt;
d) zwischen dem ersten Drehmomentwandler (10) und dem Differentialgetriebe (30) ist ein Getriebe (40) mit konstanter Übersetzung angeordnet;
e) die Wellen (2, 3) des Differentialgetriebes (30) und des ersten Drehmomentwandlers (10) sind koaxial zu einander angeordnet;

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Bremseinrichtung als zweiter hydrodynamischer Dreh momentwandler (20) ausgebildet ist.

2. Kraftübertragungsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Drehmomentwandler (20) koaxial zum ersten Drehmomentwandler (10) angeordnet ist.

3. Kraftübertragungsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer der Drehmomentwandler (10, 20) als Gleichlaufwandler, der andere als Gegenlauf wandler ausgebildet ist.

4. Kraftübertragungsaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Drehmomentwandler (20) als Gegen laufwandler mit Beschaufelung für gegensinnige Rotation des Pumpenrades (21) gegenüber dem Turbinenrad (22, 25) ausge bildet ist.

5. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Drehmomentwandler (20) als Stellwandler mit Leitschaufelregulierung (23) aus gebildet ist.

6. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Drehmomentwandler (20) füll- und entleerbar ausgebildet ist.

7. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (21) des zweiten (20) mit dem Turbinenrad (12) des ersten Drehmomentwandlers (10) und das Turbinenrad (22, 25) des zweiten (20) mit dem Pumpenrad (11) des ersten Drehmomentwandlers (10) in Dreh verbindung steht.

8. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad (22, 25) des zweiten Drehmomentwandlers (20) mit der Zwischenwelle (3) verbunden ist.

9. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Drehmomentwandler (20) ein axial durchströmtes Turbinenrad (25) aufweist.

10. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe mit konstanter Übersetzung als Planetengetriebe (Standgetriebe 40) mit feststehendem Steg (43) ausgebildet und zwischen den beiden Drehmomentwandlern (10, 20) angeordnet ist.

11. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkranz (44) des Standgetriebes (40) mit dem Differentialgetriebe (30), vor zugsweise mit dessen drittem Getriebeglied (34), verbunden ist.

12. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (21) des Ge genlaufwandlers (20) mit dem Turbinenrad (12) des Gleich laufwandlers (10) auf der als Hohlwelle ausgebildeten Welle (45) für das Sonnenrad (41) des Standgetriebes (40) ange ordnet sind.

13. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (11) des Gleichlaufwandlers (10) und das Turbinenrad (22, 25) des Gegenlaufwandlers (20) auf der Zwischenwelle (3) angeordnet sind.

14. Kraftübertragungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (24) des zwei ten Drehmomentwandlers (20) mit dem Steg (43) des Standge triebes (40) verbunden ist.