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Turbomechanisches Getriebe Es sind Vereinigungen von Flüssigkeitsgetrieben
und Planetengetriebien verschiedener Art bekannt. Bei den einen von diesen biekannten
Einrichtungen sind das Flüssigkeits-und das Planetengetriebe hintereinandergeschaltet,
so daß die zu übertragende Leistung zuerst :durch das :eine und dann durch das andere
geleitet wird, bei. den anderen (nebeneinandergeschaltet) wird nur :ein Teil der
Leistung durch das Flüssigkeitsgetriebe, der andere durch die Zahnräder übertragen.
Das Flüssigkeitsgetriebe kann dabei :ein Verdrängergetriebe oder ein Strömungsgetriebe
sein- Bei letzterem sind neben Vereinigungen von Planetengetrieben und Strömungskupplungen
auch solche von Planetengetrieben und Strömungsgetrieben mit Momentenwandlungbekannt.
Eine bekannte aus Planetenrädergetriebie und Strömungsgetriebe mit Momentenwandlung
bestehende Vereinigung zeigt z. B. folgenden Aufbau.: Der Antriebsmotor treibt ,den
Planetenräderträgerdes Kegelräderumlaufgetriebes an; das ,eine Sonnenrad ist mit
dem Pumpenrad; das andere mit dem Turbinenrad des Strömungsgetriebes und der getriebenen
Welle verbunden.
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Durch alle bekannten Anordnungen wird bezweckt, :einen Teil der Leistung
durch das Planetengetriebe zu übertragen, um somit durch Verkleinerung des Strömungsgetriebes
eine Verbesserung ,des Wirkungsgrades zu erreichen. Bei den bekannten Vereinigungen
von Planetengetriebien und Flüssigkeitsigetrieb@en mit Drehmomientwandlung ist aber
bisher nicht beachtet worden, daß die Antriebsdrehzahl des Gesamügetrieb:es nicht
mehr mit der Primärdrehzahl des Flüssigkeitsgetxiebes gleichbedeutend ist, sondern
durch das Planetengetriebe verändert wird. Entsprechend wird wegen der Abhängigkeit
des Primärmomentes von der Primärdrehzahl auch die Primärmornentencharakteristik
verändert.
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Für den Antrieb durch Verbrennungsmotoren, insbesondere für den Antrieb
von Fahrzeugen, ist konstantes Antriebsmoment des Getriebes erwünscht. Soll nämlich
die gegebene Nennleistung des Motors bei jeder Übersetzung voll ausgenutzt werden,
so muß der Motor in allen Betriebspunkten des Flüssigkeitsgetriebjes mit seiner
Nenndrehzahl laufen können, d. h. das Primärmo:ment des Flüssigkeitsgetriebes muß
unabhängig von :der Sekundärdrehzahl konstant gleich dem normalen Drehmomient des
Motors sein.
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Die Erfindung erstreckt sich nun auf die bekannte Vereinigung von
Planetengetriebe und Strömungsgetriebe mit Dmehmomientwandlung, bei welcher der
Antriebsmotor auf eine Welle des Planetengetriebes treibt, dessen beide ,anderen
Wellen mit Pumpe bzw. Turbine des Turbowandlers verbunden sind. Die Erfindung besteht
darin, daß die Übersetzung im Planetengetriebe und die Anschlüsse an
das
Planetengetriebe so auf die Momentencharakteristik des Flüssigkeitsgetriebes abgestimmt
werden, daß bei Änderungen der Abtriebsdrehzahl des ganzen Getriebes som-ölil die
Drehzahl als auch das Moment der Antriebswelle des vorgeschalteten Planetengetriebes
und damit des Antriebsmotors ini wesentlichen ungefähr konstant bleiben. Das kann,
um ein rechnerisch einfaches Beispiel zu nennen, etwa in der Weise erfolgen, daß
bei einem Flüssigkeätsgetriebe, in welchem sich bei konstanter Primärdrehzahl und
bei einer Änderung des Verhältnisses Sekundär-. drehzabl zu Primärdrehzahl von o
bis i, das Primärmoment etwa von :1 auf i ändert, wie an sich bekannt, die Motorwelle
mit einem Sonnenrad, die- Turbinenwelle mit dem anderen Sonnenrad und die Pumpenwelle
mit dem Planetenträger eines einfachen Kegelräderpianetengeti-ieb@es verbunden sind,
in welchem die Drehzahl des Planetenträgers gleich dem arithmetischen Mittel aus
den Drehzahlen der beiden Sonnenräder ist.
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Die Beschreibung des Erfindungsged@tiil>-ens möge an Hand der Abb.
i erfolgen; der Verlauf der Primärmomentcharakteristik des Flüssigkeitsgetriebes,
die dem Beispiel zugrunde gelegt werden soll, möge der Kurvea in Abb.3 entsprechen,
die also für konstante Primärdrehzahl des Strömungsgetriebes gilt.
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Vom Motor wird das Rad i eines Planetengetriebes mit der Drehzahl
ii, angetrieben. Das Rad 2 sitzt auf der Abtriebswelle, deren Drehzahl mit ii, bezeichnet
wird. Der Steg, der die Planetenräder 3 trägt, ist mit der Primärschaufelung I'
des Flüssigkeitsgetriebes verbunden; seine Drehzahl ist = n,. Das ', Turbinenrad
T sitzt fest auf der Sekundärwelle; der Leitapparat stützt sich nach außen gegen
feststehende Teile .ab.
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Die Wirkungsweise ist die folgende: Der Motor laufe mit konstanter
Drehzahliil. Bei feststehender Sekundärseite des Strömungsgetriebes (n, = o vor
dem Anfahren) ist Il" = i/2 il,. da die Winkelgeschwindigkeit des Steges
bei dem gewählten Beispiel gleich der halben Winkelgeschwindigkeit des Rades i ist.
Beginnt nun die . Sekundärwelle sich unter der Wirkung des am Sekundärrad erzeugten
Drehmomentes zu drehen," so nimmt die Drehzahl des Steges ii, :ebenfalls zu, obwohl
die Motordrehzahl iil konstant bleibt. Bei immer weiter wachsendem ii, wird schließlich
der Zustand erreicht, wo n, = n, = n, wird.
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Das Flüssigkeitsgetriebe wird also nicht mehr mit konstanter Primärdrehzahl
angetrieben, sondern mit veränderlicher, und zwar derart, daß mit wachsendem n,,
wobei die Primärmomentencharakteristik des Getriebes einen starken Abfall zeigt
(Abb. 3, Kurve (7), , die Antriebsdrehzahl vergrößert wird. Dabei läuft, wie gesagt,
:der Motor stets mit konnten Drehzahl iil., Fällt bei der als Bei-. 1 _gewählten
Primärmolnentencharakteristik für konstante Antriebsdrehzahl nach Abb.3, Kurve u,
das Primärmoment M" zwischen ii, = o und ii, = ii, auf ;'s seines
Wertes im Punkt ii, = o ,ab, so steht diesem Abfall des Momentes bei der
Anordnung gemäß vorliegender Erfindung jetzt ein Anstieg der Primärdrehzahl ii,
auf das Doppelte ihres Wertes für n, = o gegenüber, und die Primärmomentaufnahme
des Strömungsgetriebes, mit dem Quadrat der Primärdrehzahl aus der Primärmomentencharakteristik
umgerechnet, bleibt in Wirklichkeit konstant.
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Dies gilt zunächst für die beiden Betriebspunkte n, = o und
n, = ii". Wenn aber, wie in Abb. 3, Kurve a, die Primärmomentencharakteristik
mit wachsender Sekundärdrehzahl stetig abfällt, so wird es sich, da die Primärdrehzahl
stetig ansteigt, durch geeignetes Abstimmen dieser beiden Veränderlichen gegeneinander
erreichen lassen, daß das reduzierte Primärmoment für jede beliebige Sekundärdrehzahl
ungefähr konstant bleibt.
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Es bleibt nun noch zu beweisen, daß dann auch das vom Motor aufzubringende
Moment fll konstant bleibt. Betrachtet man das Rad 3 (Abb. i), so wirkt an seinem
Umfang auf der linken Seite die Umfangskraft, die dem Motormoment .41, entspricht;
auf der rechten Seite stützt es sich mit derselben Kraft an dem Umfang des Rades
2 ab. Die in der Mittellinie des Rades 3 auftretende Kraft, die dem Moment Au entspricht,
hält den beiden Umfangskräften das Gleichgewicht, ist also doppelt so groß als eine
von ihnen. Da die Radien für die Drehmomente gleich sind, so ist auch M"
= 2 a11,. Bleibt nun Al, im ganzen Bereich der Sekundärdrehzahlen zwischen
n, = o und n, = n,, konstant, so gilt dies auch für das Motormoment
Ml.
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Würde nun in Abweichung des vorstehend besprochenen Beispieles ein
Flüssigkeitsgetriebe vorliegen, bei dem die Primärmomentencharakteristik zwischen
it, = o und n, = ii, auf die Hälfte des für n, = o geltenden Wernes
abfällt, so müßte sich zur Erzielung einer konstanten Primärmonientenaufnahme die
Primärdrehzahl.ii" auf das 2fache = i..lfache ihres für ii, = o geltenden
Wertes erhöhen. Es ist ersichtlich, daß diese Forderung durch entsprechende Wahl
der Übersetzungsverhältnisse des Planetengetriebes leicht erfüllt «-erden lzann.
In derselben Weise lassen sich für jede entsprechend stetig abfallende Primärmomentench.arakteristik
Übersetzungsverhältnisse des 'Pl@uieteilgetriebes finden, mit denen
eine
konstante Primärmomentenaufnahme des Flüssigkeitsgetriebes erreicht wenden kann.
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Aus konstruktiven oder irgendwelchen. sonstigen Gründen kann @es manchmal
zweckmäßig sein, die drei Elemente des Planetengetriehes (Räder i, z und 3 in Abb.
i) nicht in der in Abb. i dargestellten Weise dem Motor, dem Primärteil und Sekundärbeil
des Strömungsgetriebes zuzuordnen, sondern statt dessen z. B. den Steg des Planetengetriebes
durch ,den Motor anzutreiben und dabei das Rad i des Planetengetriebes mit dem Primärbeil
und Rad z mit dem Sekundärteil zu verbinden. In ähnlicher Weise lassen sich verschiedene
derartige Kombinationen .denken.
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Würde man bei dem Beispiel der Abb. i, dem eine -Primärmomentencharakberistik
nach Abb..3, Kurve a, zugrunde gelegt ist, den Steg des Planetengetriieb!es vom
Motor antreiben lassen und dafür den Primärteil des Strömungsgetriebes mit dem Rad
i und den Sekundärteil mit Rad 2 verbinden, ohne im übrigen irgendetwas zu ändern,
so würde die Primärmomentaufnahme selbstverständlich nicht mehr konstant sein. In
diesem Falle müßten dann die übersetzungsverhältnisse des Planetengetriehes entsprechend
abgeändert werden, um wieder konstante Primärmomentaufnahme und damit volle Ausnutzung
des Motors zu verwirklichen. Bei geeigneter Wahl ,der Übersetzung des Planebe4getriebes
ist man jedenfalls in der Zuordnung seiner drei Elemente zu den übrigen Gliedern
des antreibenden Aggregats völlig frei.
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Im vorstehenden ist gezeigt worden, wie sich für Flüssigkeitsgetriebe
mit über der Sekundärdrehzahl abfallender Primärmom@entencharakteristik durch die
Kombination gemäß vorliegender Erfindung eine konstante Primärmomentaufnahme des
Flüssigkeitsgetriebes für den ganzen Bereich der Sekundärdrehzahlen zwischen n,
= o und n5 = iap :erzielen läßt. In entsprechender Weise kann diese Aufgabe
auch für Flüssigkeitsgetriebe mit ansteigender Primärmornentencharakteristik durch
die gleiche Kombination gelöst werden. Steigt die Primärmomentench.arakteristik
über .der Sekundärdrehzahl in der Weise an, wie es Abb. 3, Kurve b, zeigt, so muß
man dafür sorgen, daß die Primärdrehzahl ttp in entsprechender Weise zwischen n,
= o und n, - n, .abfällt. Man kommt dabei dann zu Anordnungen, wie sie Abb.2
zeigt, oder aber man muß, wie schon auseinandergesetzt wurde, in ,einer Anordnung
nach Abb. i gegenüber dem dort Gezeichneten die Übersetzung` des Planetengetriebes
ändern. Diese Übersetzung kann man sich grundsätzlich sowohl ins Schnelle wie ins
Langsame mit oder ohne Drehrichtungsumkehr vorstellen. Die Zahl der Möglichkeiten,
die verschiedensten Übersietzungsverhältnisse mit passenden Primärmom@entencharakteristiken
von Flüssigkeitsgetrieben wirksam zu kombinieren, ist sehr groß.
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Dias Getriebeaggregat gemäß vorliegender Erfindung kann insbesondere
für den Fahrzeugantrieb in bekannter Weise mit mechanischer Durchkupplung eingerichtet
werden, indem beispielsweise bei Anordnungen entsprechend Abb. z zwischen Steg und
Motorwelle oder zwischen Steg und Abtriebswelle oder .auch zwischen Motor- und Abtriebswelle
eine ausrückbare Kupplung eingebaut wird. In diesem Falle ist der Leitapparat .des
Strömungsgetriebes über ein Freilaufgesperre gegen feststehende Teile abzustützen,
damit er sich bei starrer Durchkupplung frei mitdrehen kann.-Für Getriebeaggregate
gemäß.vorli@egender Erfindung, insbesondere wenn sie häufig harten Stößen ausgesetzt
sind, wie sie z. B. beim Betrieb von Fahrzeugen fast nie zu vermeiden sind, kann
es zweckmäßig sein, die Elemente des Planetengetriebes nicht unmittelbar mit dem
Motor bzw. der Ab:triebswellle zu derbinden, sondern mittelbar unter Zwischenschaltung
von mehr oder weniger elastischen, schwingungsdämpfenden Kupplungsgliedern bekannter
Art.