DE826397C

DE826397C - Regelgetriebe

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Publication number: DE826397C
Application number: DEP14296A
Authority: DE
Inventors: Alfred Kaestner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1952-01-03

Description

Regelgetriebe Bekannt sind Regelgetriebe, bei denen Umlaufräderregelgetriebe und Wechselgetriebe hintereinandergeschaltet sind. Diese Umlaufräderregelgetriebe haben drei Hauptglieder. Das erste Glied wird meist mit konstanter Drehzahl direkt oder über ein Wechselgetriebe vom Hauptmotor angetrieben. Das zweite Glied wird angetrieben durch irgendeinen in seiner Drehzahl regelbaren Umkehrbetrieb. Das dritte Glied ist direkt oder über ein Wechselgetriebe mit der Abtriebswelle verbunden. Die Wechselgetriebe sind irgendwie geartete schaltbare Stufengetriebe, meist Zahnradgetriebe. Der Hilfstrieb für das zweite Glied des Umlaufräderregelgetriebes besteht vorzugsweise aus einem Leonardantrieb. Die einer der beiden elektrischen Maschinen ist meist mechanisch mit dem Hauptmotor verbunden und kann durch Feldregelung innerhalb ihrer Grenzen beliebige Spannungen erzeugen und damit der mit dem zweiten Glied mechanisch verbundenen zweiten elektrischen Maschine beliebige Drehzahlen geben. Der Hilfstrieb kann jedoch auch als elektrische Maschine in Stufen oder kontinuierlich regelbar mit einem elektrischen Netz verbunden sein. Der Hilfstrieb kann sogar ein mechanisches Wechselgetriebe sein, das vom Hauptmotor oder auch fremd betrieben wird. Hydraulische Getriebe sind ebenfalls geeignet. Selbst elektromagnetische Schaltgetriebe sind neben anderen anwendbar. In der vorliegeüden Beschreibung sollen daher die Bezeichnung Hilfs-und Umkehrtrieb weit umfassende Bedeutung haben. Beim Umkehrtrieb liegen die einzustellenden Drehzahlen zu beiden Seiten der Nullinie.
Da sich die Leistung des Hilfstriebes nach dem Regelbereich des Umlaufräderregelgetriebes richtet, wird durch vor- und nachgeschaltete Wechselgetriebe, deren Stufensprung dem vorgenannten Regelbereich angepaßt ist, der Gesamtregelbereich bei gleichem Hilfstrieb mehrfach erweitert. Der Regelbereich des nackten Umlaufrädergetriebes soll im folgenden Teilregelbereich genannt werden.
Bekannt ist die Einschaltung eines Stützgetriebes, wenn beim Übergang von einem Teilregelbereich zum benachbarten das Umlaufräderregelgetriebe zurückfassen und die nächste Wechselgetriebestufe zur Wirkung kommen soll. Dieser Umschaltvorgang ist bei höheren Anforderungen an das Regelgetriebe nachteilig, da die Übersetzungsänderung hier unstetig ist und das Arbeiten zu beiden Seiten des Umschaltpunktes zu Überbeanspruchungen von Hilfstrieb und Steuerung führen kann.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, Umlaufräderregelgetriebe und Wechselgetriebe in den einzelnen Teilregelbereichen so miteinander zu verbinden, daß bei gleicher Hauptantriebsdrehzahl und im gleichen Sinne fortschreitender Drehzahlregelung der Abtriebswelle die Drehzahländerung des Hilfstriebes in zwei benachbarten Teilregelbereichen in einander entgegengesetztem Sinne erfolgt. Hiermit soll nicht gesagt sein, daß die Drehzahl des Hauptmotors konstant sein muß. Während bei stationären Getrieben diese Drehzahl in vielen Fällen stets konstant bleibt oder in Stufen, wie z. B. beim polumschaltbaren Elektromotor, geändert wird, wird beim Fahrzeugantrieb die Senkung der Drehzahl vor dem Anfahren und die allmähliche Steigerung während des Anfahrens sowie die Senkung der Drehzahl bei abnehmenden Lasten bevorzugt angewendet. Die Vorteile dieser Betriebsart sollen ebenso als bekannt vorausgesetzt sein, wie die zweckdienliche Anwendung von vor- und nachgeschalteten Wechselgetrieben, sowie der vorteilhafte Getriebeaufbau mit und ohne Anfahrkupplung.
An Hand einiger Ausführungsbeispiele aus der großen Reihe der neuartigen Getriebekombinationen soll die Erfindung näher erläutert werden.
In Abb. i ist i der Hauptmotor, 2 der Umkehrtrieb für das Umlaufrädergetriebe 3, und 9 die Abtriebswelle. Der Regelbereich des Umlaufräderregelgetriebes 2, 3 soll dreimal ausgenutzt werden durch ein vorgeschaltetes Wechselwendegetriebe 18 bis 23 mit Bremse 17. Das Umlaufrädergetriebe besteht aus dem ersten Glied Sonnenrad plus Sonnenwelle ii, dem zweiten Glied Käfig 12 mit eingebauten Planetenrädern 14 nebst angebautem Zihukranz 15, in welchen das Ritzel 16 des Umkehrtriebes 2 eingreift, und dem dritten Glied Sonnenrad plus Sonnenwelle 13.
13 und 9 sind über ein Wendegetriebe 24 bis 29 miteinander verbunden. Das Wechselgetriebe 18 bis 23 hat zwei Übersetzungsverhältnisse i : o,5 bei Verbindung von 18 mit 2o und i : i bei Verwendung von 18 mit i9. Durch Einbau des Zwischenritzels 23 ist erreicht worden, daß bei Umschaltung der Wechselkupplung 18 die Sonnenwelle i1 ihre Drehrichtung umkehrt. Da gleichzeitig die Wechselkupplung 24 umschaltet, wird auch die Sonnenwelle 13 reversiert. Während bei den bekannten Ausführungen der Umkehrtrieb 2 reversiert, reversieren jetzt nur die beiden Sonnenwellen mit ihren Kupplungshälften.
Der gesamte Durchlauf des Regelbereiches ist folgender: Kupplung i8 ist aus-, Bremse 17 eingeschaltet, 24 ist mit 26 zusammengeschaltet. Mit Hilfe des Umkehrtriebes 2 kann von - 2o bis -+- 2o°/, des gesamten Regelbereiches die Abtriebswelle 9 angetrieben werden. Nach Erreichen von -i- 2001, wird 18 mit 20 und 24 mit 25 zusammengeschaltet bei gleichzeitigem Lösen der Bremse 17. Auch jetzt läuft die Abtriebswelle 9 mit + 2o°/0. Durch Regeln des Umkehrtriebes wird die Abtriebswelle bis auf 6o°/, der höchsted Drehzahl gebracht. Für den Übergang in den letzten Teilregelbereichwerden die Kupplungen 18 und 24 wieder beide gleichzeitig umgeschaltet, so daß 18 mit i9 und 24 mit 26 gleichsinnig laufen. Die Drehzahl steigt durch erneutes Reversieren des Umkehrtriebes 2 von 6o auf i000/0.
Abb. 2 zeigt, wie mit einem etwas höheren Getriebeaufwand die Kupplungsarbeit erleichtert werden kann. Das Umlaufräderregelgetriebe 3 ist ebenso wie das vorgeschaltete Wechselgetriebe mit der Obersetzung i : o,5 durch die Kupplung 28-2o und mit i : o durch die Bremse 17 genau so aufgebaut wie in Abb. i. Die Räder 33 und 35 dienen. mit ihren Kupplungshälften zur Stützung des Energieflusses, wenn die Kupplung i8 bzw. die Bremse 17 beim Übergang von einem Teilregelbereich zu einem anderen bedient wird.
Ausgehend vom Einschaltzustand der Bremse 17 und der Kupplung 37-38 ist der Anfahrvorgang folgender: Der Umkehrtrieb 2 läuft hoch von o bis zu seiner höchsten Drehzahl, worauf die Stützkupplung 35-36 einfällt. Jetzt wird die Kupplung 38-37 ausgeschaltet, ebenso die Bremse 17 und die Kupplung 18-2o sowie anschließend die Kupplung 42-.I1 eingeschaltet. Nachdem 35-36 entkuppelt ist, erfolgt durch Reversieren von 2 die Beschleunigung der Abtriebswelle 9 über Kupplung 42-41 voll + 2o auf 6o°/, Drehzahl. Jetzt fallen die Stützkupplung 33-4o und die Kupplung 38-37 ein und 42-41 heraus. Mit der Umschaltung von 18 auf i9 und dem Ausschalten von 33-4o ist der Umkehrtrieb 2 frei für die Beschleunigung der Abtriebswelle 9 von 6o auf ioo°,%o.
Wenn auch dieses Getriebe gedrängter als im Schema angedeutet aufgebaut werden kann, so besteht doch der Wunsch nach einem einfacheren Aufbau, um Gestaltungsfreiheit für Getriebe mit größerem Drehmomentverstärkungsgrad zu erlangen.
Abb. 3 gibt ein Ausführungsbeispiel: an Stelle des einen Umlaufrädergetriebes 3 sind zwei Getriebe 3 und 4 getreten, die abwechselnd arbeiten, so daß das Stützgetriebe mit seiner komplizierteren Kupplungsschaltung wegfällt. Beim Aufbau dieses und der folgenden Getriebe muß beachtet werden, daß beispielsweise beim Aufwärtsregeln des einen Umlaufrädergetriebes das andere zurückfaßt und umgekehrt. Unter Hinweis auf Abb. 3 ist ohne weiteres zu sehen, daß der erste Teilregelbereich wirksam ist bei eingeschalteter Bremse 17. Das Umlaufrädergetriebe 3 mit seinen Teilen i1 bis 16 unterscheidet sich nicht von den vorher besprochenen. Das zweite Uinlaufrädergetriebe 4 mit seinen Teilen 51 bis 56 ist wie 3 aufgebaut. Die beiden Sonnenwellen 13 und 53 stellen durch das Verbindungsgetriebe 47-48 mit Abtriebswelle 9 in ständiger Verbindung; sie drehen sich stets entgegengesetzt. Die Käfige 12 und 52 werden jedoch stets in gleicher Drehrichtung durch 2, 16, 15 und 55 angetrieben. Im Vergleich zu den Sonnenwellen führen die Käfige also entgegengesetzte Drehungen aus. Hat also der Umkehrtrieb 2 bei wirksamem Getriebe 3 seine höchste Drehzahl erreicht, so läuft die Welle 51 synchron mit dem Hauptmotor i dessen Drehzahl konstant ist. Die Kupplung 56-5z kann also schlupflos eingeschaltet werden, wenn, wie vorausgesetzt, die Drehzahl von i mit der Höchstdrehzahl von 2 in dem vorbestimmten für den Synchronismus maßgebenden Verhältnis steht. Nach Lösen der Bremse 17 wird durch Reversieren von 2 die Abtriebswelle 9 bis auf ioo0/, in ihrer Drehzahl gesteigert.
Nehmen wir jetzt an, daß i ein Fahrzeugdieselmotor ist und 2 als Elektromotor mit einer vom Fahrzeugdieselmotor ständig angetriebenen elektrischen Maschine in Leonardschaltung zusammenarbeitet und der Dieselmotor beim Anfahren zur Entlastung der elektrischen Maschine mit 5o0/0 seiner Höchstdrehzahl beginnend in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit arbeitet, so erhalten wir die aus Abb. 4 ersichtlichen Kennlinien. Hierbei ist weiterhin vorausgesetzt, daß der Dieselmotor die aus der Zugkraftlinie Z errechenbare Leistung hergibt. Von ioo bis 5o0/0 Fahrgeschwindigkeit v ist die Leistung konstant, dann nimmt die Leistung bei verringerter Fahrt zunächst proportional mit der Dieseldrehzahl anschließend etwas stärker ab. Durch die Drehzahlsenkung des Dieselmotors werden trotz der großen Anzugskraft Z, = 4000/0 die elektrischen Maschinen des Umkehrtriebes, die bei ioo0/, v Nu = '/s dieser Leistung aufweisen, nicht zu stark überlastet.
Der ersteTeilregelbereichgeht von-25 bis -f-250/, v, wobei die Dieseldrehzahl nH unter 750/, bleibt. Der zweite Teilregelbereich reicht von +25 bis ioo0/, v. ,Zwischen 5o und ioo0/, liegt der normale Fahrbetrieb, der bei voller Dieselleistung auch in Dauerbetrieb keine Überlastung der elektrischen Maschine nach sich zieht. Die Drehzahlen des Umkehrtriebes werden durch den gestrichelten Linienzug n" dargestellt, der überall stetig ist.
Wird der negative Regelbereich nicht benötigt, weil ohnehin zur Geschwindigkeitsumkehr ein Wendegetriebe vorgesehen ist, so ändert sich das Getriebe nach Abb.3 nur durch Hinzufügen einer vorgeschalteten Wechselgetriebestufe 56-57 nach Abb. 5. Die Bremse 17 fällt weg, der Umkehrtrieb 2 wird bei gleichen Zugkraftanforderungen etwas kleiner. Es ist hier keinesfalls notwendig, daß die Übersetzung von 16-15 gleich der von 16=55 ist. Auch braucht die Übersetzung 48-47 nicht = i zu sein.
Abb. 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Dadurch, daß die Bremse 17 zusätzlich wieder aufgenommen wurde, werden drei Teilregelbereiche gewonnen, und zwar zwei '/2 positive Bereiche und '/2 negativer Bereich. Weiter soll die Möglichkeit gegeben sein, auch bei der höchsten Fahrgeschwindigkeit den Dieselmotor bei verringerter Leistung bis zu seiner halben Drehzahl herabzuregeln. Bei dieser Drehzahl ist die Leerlaufleistung erreicht. Diese geforderte Überdimensionierung des Getriebes ergibt sich durch Einfügung eines zweistufigen Wechselgetriebes 58-63 zwischen Umkehrtrieb 2 und Antriebsritzel 16. Dieses Wechselgetriebe ist meist durchgeschaltet. Nur im höchsten Teilregelbereich wird bei Nulldurchgang die Übersetzung i : 3 statt i : i wirksam. Neben der Übersetzungsänderung muß bei Anwendung eines Leonardantriebes als Umkehrtrieb durch Feldschwächung dieser Maschine eine relative Drehzahlsteigerung herbeigeführt werden, um im Endzustand die Drehzahl n" = ioo% zu erhalten. Die günstigen Belastungsverhältnisse sind aus Abb. 7 zu ersehen, als Abszisse ist das reziproke Übersetzungsverhältnis i : i gewählt. Der erste Teilregelbereich geht von -2o bis -f-200/, Selbst in diesem ersten Abschnitt desAnfahrbereichesa liegt die Leistung des Umkehrtriebes unter 5o°/0. Im zweiten Teilregelbereich beginnt der andere Bereich b bei etwa 30°/o. Innerhalb dieses Bereiches liegt die größte Belastung des Umkehrtriebes Nu unter '/3 NH. Im dritten Teilregelbereich von 6o bis 200% liegt der Schnitt der Drehzahllinie n" mit der Nullinie bei 8o0/0 Die Differenz 200 - 80% = 12o0/0 ergibt sich rechnerisch aus der Multiplikation von dem normalen Stufensprung 20% mit dem erweiterten reziproken Übersetzungsverhältnis 3 und dem Feldschwächungsfaktor 2. Die Leistung Nu des Umkehrtriebes verläuft bei der vorgeschriebenen LeistungskennlInie des Dieselmotors innerhalb des gesamten Dauerbetriebsbereiches c außerordentlich günstig, Bader maximale Wert 33% beträgt und die Leistungsordinaten meist positiv sind. Die Drehzahllinie nu übersteigt nicht ihren Sollwert. Die Drehzahl des Ritzels 16 (Abb. 6) nimmt maximal den dreifachen des bei voller Belastung möglichen Drehzahlwertes an, was bei angenähertem Leerlauf zulässig ist.
Die Arbeitsweise dürfte in Anlehnung an Abb. 3 nach Abb. 6 leicht zu verstehen sein. Die Bremse 17 ist im Stillstand des Fahrzeuges eingeschaltet, außerdem die beiden Kupplungen 59-58 und 6o-61. Bei Anlauf des Umkehrtriebes 2 muß die Kupplung 6o-61 gelüftet sein. Hat der Umkehrtrieb 2 seine höchste relative Drehzahl 750/, im Punkt 2o0/, erreicht, so laufen die Kupplungshälften 51 und 57 synchron. Sie kommen zum Eingriff, wohingegen 17 anschließend gelöst wird. Durch Reversieren von 2 fällt n" bis auf -ioo0/,; hier fallen die synchronisierten Kupplungshälften 11-56 ein, worauf 5i-57 ausschalten und der Umkehrtrieb 2 sich von -ioo0/, auf o verzögert. Die Kupplung 6o-61 schaltet ein, unmittelbar anschließend 59-58 aus. Während der weiteren Beschleunigung über ioo% hinaus sind die aus Abb. 7 ersichtlichen Beziehungen zwischen NH, nH und in Abhängigkeit von regeltechnisch zu berücksichtigen, was an sich nichts Neues ist.
Bei großen Leistungen des Hauptmotors ist die Leistung des Umkehrtriebes so groß, daß es sich lohnt, den einfachen Umkehrtrieb durch ein Regelgetriebe mit Umkehrtrieb zu ersetzen. Es wird hierdurch der Verstärkungsgrad des Umkehrtriebes um einen weiteren Faktor vergrößert.
In Abb. 8 und 9 ist als Ausführungsbeispiel das Getriebe eines schweren Triebfahrzeuges gewählt, das sich durch besonders wirtschaftliche Arbeitsweise, großes Beschleunigungsvermögen und gute Anpassungsfähigkeit an die verschiedensten Dauerbetriebsbelastungen auszeichnet.
Den beiden Umlaufrädergetrieben 3 und 4 ist ein dreistufiges Wechselgetriebe vorgeschaltet: Bremse 11-17 = Teilregelbereich = -2o bis -j-200/0, Kupplung5i-57 = Teilregelbereich = +2o bis 6o0/0, Kupplung 11-56 = Teilregelbereich = +6o bis 10o0/0. Während dieser Bereiche war die Kupplung 53-47 eingeschaltet, so daß stets die Stufe 49-5o wirksam war. Um die Drehzahl des Hauptmotors i auch bei höchsten Fahrgeschwindigkeiten senken zu können, ist eine zusätzliche Übersetzung ins Schnelle erforderlich. Diese wird gewonnen durch die Kupplung 53-5o, welche das Verbindungsgetriebe 47-48 und die Übersetzungsstufe umgeht. Notwendig ist eine vorgeschaltete Verbindungsstufe 66-67 mit Kupplung 51-67.
Der Umkehrtrieb 2 wirkt über ein Verstärkergetriebe 5, das später erklärt wird über die Räder 64 und 15 auf den Käfig des Umlaufrädergetriebes 3 und über die Räder 65-55 auf 4. Die Kupplungen 69-64 sowie 59-58 65 dienen dazu, das Schalten der Verzahnungskupplungen 11, 51 und 53 zu erleichtern. Die jeweils leistungsführende Reibungskupplung für 64 oder 65 ist fest geschlossen. die andere kann nur ein für den Leerlauf bemessenes Drehmoment übertragen, das auch pulsierend sein kann. Fällt beim Übergang von einem Teilregelbereich zum anderen die neue Verzahnungskupplung ein, so folgt sofort ein Wechsel der Reibungskupplungen und die jetzt auszuschaltende Verzahnungskupplung kann bequem herausgenommen werden, ohne die Drehzahländerung von 2 zusätzlich schalttechnisch beeinflussen zu müssen. Das Getriebe 61, 63, 62, 58 dient zusammen mit der Reibungskupplung 6o dazu, die Käfigdrehzahl von 55, wie bei Abb. 6, in der letzten Teilregelbereichshälfte zu steigern.
Das Verstärkergetriebe 5 für 2, welches der zeichnerischen Übersichtlichkeit wegen groß herausgezogen wurde, besteht aus den beiden Umlaufrädergetrieben 6 und 7 mit demVerbindungsgetriebe 69, 68. Der Umkehrtrieb 2 wirkt über Zahnräder 9o und 7o nebst Reibungskupplungen auf die Käfige der Umlaufrädergetriebe 6 und 7 ein, und zwar sinngemäß wie bei 3 und .¢. Die den Umlaufrädergetrieben 6 und 7 vorgeschalteten Wechselgetriebe gehen bei konstanter Drehzahl des Hauptmotors i je zwei Drehzahlen im Verhältnis i : 2 für Rechtslauf und Linkslauf durch die Räder 71 bis 78 und die beiden Wechselkupplungen 79 und 8o. Die Bremse 81 hält eingeschaltet die Eingangssonnenwelle von 6 fest, so daß insgesamt fünf Teilregelbereiche für das Verstärkergetriebe 5 gewonnen werden.
Abb. 9 zeigt die Kennlinien dieses Getriebes. Vorausgesetzt ist, daß zwischen - 2o0/0 und ioo11/0 die Hauptmotordrehzahl nHkonstant = ioo0/0 ist, so daß für diesen Bereich mit v identisch ist. Die Zugkraftlinie Z fällt von 4oo°/o bei 25 v bis auf 10o0/0 bei ioo0/0 v nach der Hyperbelgleichung. Unterhalb 250/0 v muß also zur Begrenzung der Zugkraft ein Regler die Brennstoffzufuhr überwachen. In dem Bereich von o bis 20°/o geht die gesamte Leistung NH über das Verstärkergetriebe 5 und ist NG. Diese steigt bis zu 8o0/0 an, und der Umkehrtrieb N" ist direkt mit maximal 16°/o beteiligt. Die Geschwindigkeit setzt sich dementsprechend aus VG und z"" zusammen. Im zweiten Teilregelbereich von +2o bis 6o11/0 werden infolge der fallenden Zugkraftlinie Z die Belastungen wesentlich niedriger. Der dritte und vierte Teilregelbereich von 6o bis 2000/0 gelten als die eigentlichen Betriebsbereiche. Die Belastung des Verstärkergetriebes NG liegen meist unter 3011j0 und die des Umkehrbetriebes N" unter 60/0 Spitze. Der Wirkungsgrad ist also hier außerordentlich günstig. Die Drehzahlkennlinie des Umkehrtriebes heißt n".
Schon aus diesem Beispiel ist zu ersehen, daß bei Wahl eines elektromotorischen Umkehrtriebes verhältnismäßig kleine Dauerbetriebsleistungen und damit geringe :Mengen Sparmaterial für die Reglergetriebe benötigt werden. Das auf der Abtriebsseite befindliche Wechselgetriebe wurde in dem Getriebe nach Abb. 8 in erster Linie für eine wirtschaftliche Fahrweise vorgesehen. Iin allgemeinen dient ein solches Getriebe zur Drehmomentverstärkung. Wird eine sehr stark ansteigende Zugkraftlinie gefordert, so kann häufig auf das vorgeschaltete Wechselgetriebe verzichtet werden, wie an einem Beispiel für das Getriebe eines Raupenfahrwerkes gezeigt werden soll: Abb. io und ii.
Das Raupenfahrwerk erhält ein Zwillinggetriebe, damit die Kettenräder auch völlig unabhändig von einander in ihrer Drehzahl weitgehend geregelt werden können. Das Fahrtregelgetriebe ist also gleichzeitig Lenkgetriebe. Außerdem soll erfüllt sein, daß das Richten des Fahrwerkes sehr feinfühlig, also auch mit kleinsten Geschwindigkeiten erfolgen kann. Das Fahrwerk muß mit voller Geschwindigkeit sowohl vor- als auch rückwärts fahren können. Das Anzugsmoment soll das 16fache des Normalen sein, im Notfall bis zum 25fachen Wert steigerbar.
Zunächst soll der Aufbau des Getriebes nach Abb. io erläutert werden. Der im Heck der Fahrwanne untergebrachte Hauptmotor i treibt über ein im Bug angeordnetes Wendegetriebe 82 bis 85 die Hauptwelle 86 je nach der gewählten Fahrtrichtung in dem einen oder dem anderen Drehsinne an. Von der Welle 86 werden sowohl über Hauptreibungskupplung 87, Rad 56 und Verbindungsgetriebe 67, 66 die beiden Umlaufrädergetriebe 3 und 4 als auch über die Reibungskupplungen 75 und 96 das Verstärkergetriebe 5 angetrieben. Den Umlaufrädergetrieben 3 "1'd 4 ist ein vierstufiges Wechselgetriebe nachgeschaltet, für das nur vier Räder benötigt werden. Die Schaltungen sind beim größten Moment beginnend der Reihe nach folgende: i. Schaltung: 3, 13, 49, 50, 101, 102; 2. Schaltung: 4, 53, 101, 102; 3. Schaltung: 3, 13, 49, 102; 4. Schaltung: 4, 53, 50, 49, 102.
Diese Schaltungen bilden die Teilregclbereiche i bis 4, und zwar abhängig von der l@upplungsschaltung 85 positiv oder negativ. Außer diesen Bereichen gibt es noch einen weiteren, wenn an Stelle der Hauptkupplung 87 die Bremse 17 eingeschaltet ist. Dieser Teilregelbereich Null ist für besonders schweres Anfahren und für das Richten des Fahrzeuges aus dem Stand erforderlich. Er gestattet auch ein Drehen um die Vertikalachse.
Der Umkehrtrieb 2 arbeitet ähnlich wie in Abb. 8 mittelbar auf 3 und 4. Die beiden Umlaufrädergetriebe 6 und 7 stehen über ein siebenstufiges Wechselgetriebe mit der Hauptwelle 86 und so mit dem Hauptmotor i in Verbindung. Die Käfige dieser Umlaufrädergetriebe werden hier stets einander entgegengesetzt über Kegelräder 94 bzw. 95 von dem Umkehrtrieb 2 beeinflußt. In das Verbindungsgetriebe 68, 69 ist noch ein weiteres Rad 93 mit Wechsel- bzw. Doppelreibungskupplung eingeschaltet, um so über die Räder 64 und 65 auf die Zahnkränze 15 und 55 der Umlaufrädergetriebe 3 und 4 einzuwirken.
Die eine Drehrichtung für das Verstärkergetriebe 5 wird über die Räder 75, 97, die entgegengesetzte über die Räder 71, 72, 96 durch die Kupplungen 86-75 bzw. 96-97 dem vorgeschalteten Wechselgetriebe zugeführt. Die große Drehzahl ergibt sich beim Einschalten der Kupplung 89-97 für Getriebe 6, die mittlere beim Einschalten von 88-ioo für Getriebe 7, die kleinere Drehzahl durch das Einschalten von 89-92 für 6 und die Drehzahl Null beim Einschalten der Bremse 88-8i für 7. Die bisher nicht genannten Räder 98, 99 und 9i treiben die bereits vorher genannten korrespondierenden Räder an. Die Umkehrkupplungen 86-75 und 96-97 wurden so gelegt, daß möglichst geringe Beschleunigungsarbeiten im Getriebe zu leisten sind. Da die Schaltung so gewählt werden kann, daß die Umkehrkupplungen die entlasteten Räder beschleunigen oder die Beschleunigungsleistung durch Kupplung 89-92 unterstützt wird, ist es in den seltensten Fällen erforderlich, einen größeren Getriebeaufwand in Kauf zu nehmen, um beispielsweise für jede Drehzahl eine Kupplung vorzusehen und alle Getrieberäder mit 86 ständig umlaufen zu lassen, sinngemäß wie bei Abb. 8 gezeigt.
An Hand von Abb. ii sollen weitere charakteristische Eigenarten des Getriebes nach Abb. io besprochen werden. Die Teilregelbereiche i bis 4 haben je eine Übersetzungsänderung im Bereich von i : i bis 2 : i, so daß sich insgesamt 16: i ergibt (s. Zugkraftlinie Z). Die Belastungsverhältnisse für das Verstärker Betriebe N G und Umkehrtrieb N" sind in diesen Bereichen untereinander gleich. Die maximale Belastung des Umkehrtriebes wächst mit steigender Zugkraft im Verhältnis 2 : i. Hieraus folgt, daß bei der jeweils höchsten Geschwindigkeit sich eine Überlastungsfähigkeit von ioo°/0 ergibt, die bei Kurvenfahrten entsprechend ausgenutzt werden kann. Der gestrichelt über Z liegende Linienzug stellt die Auslastungsgrenze des Getriebes dar. Unterhalb dieses Linienzuges tritt auch bei Dauerfahrt keine Getriebeüberlastung ein. Die anteiligen Drehzahlkomponenten, welche zur Bildung der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit v beitragen, sind aus der Treppenlinie oberhalb und unterhalb der v-Linie zu ersehen. Die Überschußwerte besagen, daß von der Grundgeschwindigkeit des Hauptgetriebes die Geschwindigkeit des Verstärkerwechselgetriebes vG und die des Umkehrtriebes v" abgezogen wird, um z, zu erhalten. Im entgegengesetzten Falle müssen die Einzelgeschwindigkeiten addiert werden usf. Die tatsächlichen Drehzahlen sind natürlich maßstäblich gesehen wesentlich andere, da sowohl beim Verstärkerwechsel-Betriebe als erst recht beim Umkehrtrieb infolge der zwischengeschalteten Übersetzungen die entsprechen-, den Drehmomente bedeutend niedriger und damit die Drehzahlen höher sind. Wird die jeweilige höchste Betriebsdrehzahl = ioo°/0 gesetzt, so liegt die Drehzahl des Hauptmotors nH für unsere Betrachtung oberhalb 6, 25°/o stets bei ioo°/0. Die Drehzahl des Umkehrtriebes steigt und fällt zwischen -ioo und +iio°/0 entsprechend nu, da nach der Erfindung zwei Umlaufrädergetriebe abwechselnd mit umgekehrter Wirkung im gleichen Sinne arbeiten, sind auch abwechselnd positive v", positive und negative nu zugeordnet und umgekehrt. Der Linienzug nu ist daher im Gegensatz zu v" stetig. Das Verhalten von n" ist jedoch für die Regelung maßgebend.
Der Fahrbereich Null erfordert theoretisch nur eine kleine Leistung, und zwar wird zwischen o und 5o0/0 NH in Abhängigkeit von der maximalen Leistungsfähigkeit des Umkehrtriebes der Hauptmotor in seiner Brennstoffzufuhr geregelt. Da der Umkehrtrieb von der o-Stellung ebenfalls anfährt und dieser hier stets eine mehrfache Drehmomentüberlastung zuläßt, kann eine wunschgemäß beliebig große Anzugskraft (theoretisch 60fach) ausgeübt werden. Bei elektrischen Umkehrtrieben ist es besonders vorteilhaft, daß eine Regelung gewählt werden kann, die das Drehmoment mit hochlaufendem Umkehrtrieb auf den normalen Maximalwert abklingen läßt. Es können so praktisch keine unzulässigen dynamischen Zusatzbeanspruchungen in den Getriebeteilen auftreten.
Der normale Fahrbetrieb eines Raupenfahrwerkes dürfte auch im welligen Gelände kaum unter 30/0 der maximalen heruntergehen, so daß ein Überschalten von Fahrbereich i auf o nur selten in Frage kommt. Hierbei wie auch beim Anfahren im Bereich i wird neben der Lenkung um ein abgebremstes Kettenrad die Hauptkupplung benötigt. Schließlich ist diese Kupplung noch für eine Notsteuerung einsetzbar. Je weiter der Dieselmotor vorübergehend in seiner Drehzahl gesenkt werden kann, desto leichter sind natürlich die Arbeitsbedingungen für die Hauptkupplung 87 und auch für die Bremse i7. Es war bereits erwähnt, daß die Hauptbremsarbeit bei großen Leistungen am zweckdienlichsten durch den Hauptmotor selbst oder durch eine hydrodynamische Bremse geleistet wird, damit die abzuführende Wärme von dem Hauptmotorkühler aufgenommen werden kann. Die mit dem Triebkettenrad verbundene Reibungsbremse ist eine Haltebremse und als Sicherheitsorgan anzusehen.
Abb. 12 und 13 geben als weiteres Beispiel das Bild von einem Raupenfahrgetriebe, das durch einen starken Motor angetrieben wird. Das Getriebegehäuse ist in drei Punkten im Bugraum der Wanne leicht herausnehmbar befestigt. Der Antrieb der an der Wanne gelagerten Kettenräder erfolgt über je eine Doppelverzahnungswelle. Hier interessiert in erster Linie die eigentliche Regelgetriebegruppe, deren Schema mit Abb. io weitgehend übereinstimmt. An Stelle eines siebenstufigen Verstärkergetriebes wurde jedoch ein fünfstufiges ähnlich dem aus Abb. 8 gewählt. Da die Wechselkupplungen 79 und 8o sowie die Bremse 81 jetzt als Reibkupplungen ausgebildet sind, können die Zahnkränze io5 und io6 an den Käfigen der Umlaufrädergetriebe 6 und 7 von einem gemeinsamen Rad 104 angetrieben werden, und zwar über Ritzel 103 durch die Doppelmotoren 2 und 2'. Diese beiden Motoren passen sich besser den Raumverhältnissen an als einer. Auch sind sie regeltechnisch mit Rücksicht auf das geringere Schwungmoment von Vorteil. Das Getriebe ist so noch betriebssicherer, da im Notfall ein Motor bei herabgesetzten Anforderungen ausreicht. Die Umkehrmaschinen können auch hier, wie bei allen Getrieben, zum Anwerfen des Hauptmotors dienen. Da die einzelnen Teile des Getriebes die gleichen Bezeichnungen erhielten wie in den vorhergehenden Abbildungen, dürfte die Wirkungsweise des Getriebes ohne weitere Erläuterungen verständlich sein.
Wird auch als Hauptmotor ein Elektromotor gewählt, so tritt an Stelle des Wendegetriebes 82 bis 85 ein einfaches liegelradgetriebe. Auf die Steuerung soll später eingegangen werden. Die Konstruktion räumlich kleiner Umlaufrädergetriebe ist von besonderem Belang. Sie wird später behandelt. Der Einbau sowie die Konstruktion von hydraulisch oder elektromagnetisch gesteuerten Verzahnungskupplungen innerhalb der Zahnradnaben wird hier als bekannt angesehen.
Auch bei Raupenfahrzeugen wirkt ein Hauptmotor i auf zwei Getriebe, die unabhängig voneinander gesteuert werden. Eine ähnliche Aufgabe liegt bei Großlokomotiven vor. Für diese Lokomotiven kommen als Antriebsmaschinen insbesondere Dampf-oder Gasturbinen in Frage. Wirtschaftlich ist der Antrieb dann, wenn nur eine oder wenige Turbinen auf verhältnismäßig viel Räder einwirken und diese Räder einzeln oder in kleinen Gruppen von einem mittelbar gespeisten Motor angetrieben werden. Zwischen diesen Motoren und der Turbine sind l:`bertragungsglieder notwendig, für welche sich die Lokomotivbauer besonders interessieren. Die Gleichstroinzwischenübertragung ist in regeltechnischer Hinsicht vorteilhaft. Sie besitzt jedoch einen schlechten Wirkungsgrad. Die Wechselstromübertragung wäre genügend wirtschaftlich, doch macht hier die Drehzahlregelung Schwierigkeiten. Diese sind beseitigt, wenn jeder der von dem Hauptgenerator gespeisten Motoren über ein Regelgetriebe der vorgeschlagenen Bauart auf die Räder einwirkt. An einem Beispiel soll dieser Erfindungsvorschlag näher erläutert werden.
Eine Dampfturbine treibt einen dreiphasigen Wechselstromgenerator an, der seine Energie an acht Hauptmotoren liefert. Diese Hauptmotoren können entweder als Drehstroinsynchronmotoren mit Kurzschlußläufer oder als Drehstromsynchronmotoren ausgelegt sein. Jeder Hauptmotor arbeitet über ein Regelgetriebe auf einzelne Räder bzw. auf einen Radsatz. Die acht Umkehrtriebe der Regelgetriebe werden von acht kleinen Gleichstromgeneratoren gespeist, die beispielsweise sternförmig an einem Verteilergetriebe am Ende das Wechselstromgenerators angeordnet sind. Das Regelgetriebe selbst kann einfacher als Abb. 8 aufgebaut sein. Ein Wendegetriebe ist natürlich nicht notwendig, da durch Phasentausch die Fahrtrichtung geändert wird. Da die Drehzahl der Turbine insbesondere der Dampfturbine weitgehend verändert werden kann, ist mit einem bedeutend weniger umfangreichen Getriebe als dem nach Abb. 8 auszukommen.
Das Regelgetriebe ist in zweifacher Hinsicht erforderlich, nämlich zur Drehlnomentverstärkung und vor allem zur Abgleichung der Leistungsanteile in bezug auf die Gesamtleistung sämtlicher Hauptmotoren. Die Leistung des Umkehrtriebes ist sehr klein. Zii empfehlen ist ein großer Regelbereich des Umkehrtriebes, damit auch in unmittelbarer Nähe der Umkehrdrehzahl o gefahren werden kann. Es macht heute keine Schwierigkeiten, bei Leonardantrieben eine Veränderung der Drehzahl im Verhältnis 1 : 40o unabhängig von der Last bei verhältnismäßig niedrigem Aufwand zu erzielen. Der Regelbereich wird jedoch am größten, wenn zwei Leonardantriebe hintereinander wirken. .yrli^itet beispielsweise der Haupttrieb von iooo bis io@ U'min, dann schließt sich über ein Getriebe finit Schaltkupplung der Feintrieb an. Dieser mag einen Regelbereich i : 40 haben, so daß der gesamte Regelbereich i : 400o beträgt.
Eine gleichwertige Regelring, erhält man trotz Anwendung eines einzigen Leonardantriebes niit einem Regelbereich von beispielsweise i : 40, wenn der Hilfsantrieb nur im positiven oder nur im negativen Drehzahlbereich arbeitet. Der Durchgang durch Null wird vermieden. Die Hilfsantriebe werden bei sonst gleichen Verhältnissen etwa doppelt so groß wie b^i Wahl eines Umkehrantriebes. Gleiche '%Iaximalteilleistungen oder gleichmäßig abgestufte Teilregelbereiche werden zweckdienlich für die Auslegwig des nachgeschalteten `Wechselgetriebes richtunggebend sein.
Bei Dampfturbinenantrieb ist es ohne weiteres angängig, von o aus anzufahren. Das Moment der Turbine ist mindesten; (las i,5-faclie des normalen. Ist das Getriebe für einen Regelbereich i : 2 ausgelegt, so ist wenigstens das dreifache Arifahrmoment vorhanden bis 1,13 Falirgescliwindigkeit. Zwischen und 1/1 Fahrgesch-,@#indigkeit gilt die Leistungshyperbel, wobei außerdem finit einer stündliche;i Überlastungsmöglichkeit von 25",'0 gerechnet werden darf. Das Getriebe erhalt, wie das nach Abb. io, vier Fahrbereiche. Jedoch ist der Stufensprung nur i,ig statt 2. Die Leistung der Umkehrmaschine beträgt max. 8°/, bzw. 16";'" der Leistung des Hauptmotors. Ein Verstärkergetriebe fehlt. Mit Hilfe des Regelgetriebes ist es nicht mir möglich, jedem einzelnen der acht Getriebe einen bestimmten Leistun Igsanteil zuzuweisen, sondern es kann auch zu jede; Zeit ein Hauptmotor ein- und ausgeschaltet w2r(len, ohne daß eine Hauptkupplung vorzusehen ist. Ist der Hauptmotor ein S@#nclironmotor, so macht auch das Synchronisieren keine Schwierigkeit. Schließlich kann noch die Turbinendrehzahl in Abhängigkeit von der Belastung so geregelt werden, daß die Gesamtanlage stets am wirtschaftlichsten arbeitet. Auch eine Überdimensionierung des Gesamtregelbereiches macht, wie es wiederholt gezeigt wurde, keinen nennenswerten zusätzlichen Bauaufwand erforderlich.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise dient noch folgendes: Bei stehender Lokomotive steht auch die Dampfturbine still. Die Hauptleitungen zwischen Synchrongenerator und Hauptmotor sind geschlossen. Das Regelgetriebe ist auf größtes Drehmoment eingestellt. Beim Anfahren erhält die Turbine Dampf und die Lokomotive fährt an, nachdem die Bremsen gelüftet sind. Bei der höchsten Betriebsdrehzahl der Turbine fährt die Lokomotive mit der halben Fahrgeschwindigkeit. Anschließend wird das Getriebe nach Wunsch eingestellt. Bei Schnellbremsung kann die Turbine nebst Generator abgeschaltet werden. Bei längerem Stillstand dreht die eine der acht oder drehen mehrere in Reihe geschaltete Gleichstromhilfsmaschinen den Turbinenläufer mit kleiner Drehzahl, um einem Verziehen der Rotorwelle vorzubeugen. Die benötigte kleine Leistung wird einem elektrischen Speicher oder einem Hilfsgenerator entnommen.
Neu gegenüber den vorhergehenden Beispielen ist, daß das Regelgetriebe in mehr als zwei parallel arbeitende Regelgetriebe aufgeteilt sowie jedes für sich einstellbar ist, und daß zwischen dem eigentlichen Hauptmotor mit Regelgetriebe und der Turbine eine elektrische Übertragung, vorzugsweise Wechselstromsynchrongenerator-Synchronmotor,zwischengeschaltet ist. Ferner ist die Notwendigkeit eines außerordentlichen großen Regelbereiches für den Umkehrtrieb bzw. eines nur im positiven oder nur im negativen Drehzahlbereich arbeitendes Hilfsantriebes angegeben. Die Mittel, die notwendig sind, um diesen großen Regelbereich bei elektrischem Umkehrtrieb zu gewinnen, sollen später näher behandelt werden.
Nicht immer ist es erforderlich, einen in regeltechnischer Hinsicht hochwertigen Umkehrtrieb bzw. Hilfstrieb vorzusehen. Bei Straßenzugmaschinen genügt meist ein Stufenumkehrtrieb, wie er in Abb. 14 und 15 Anwendung findet. Die Zugkraftlinie Abb. 14 steigt bis zu 8oo% der bei voller Fahrgeschwindigkeit verfügbaren Zugkraft an. Der gesamte Regelbereich für die Vorwärtsfahrt von o,125 bis i,o v ist in sechs Teilregelbereichen i bis 6 aufgeteilt. Der Stufensprung von einem Regelbereich zum anderen ist gleich 1/ g = 1,42. Als Umkehrtrieb soll ein Stufengetriebe eingesetzt werden, das vom Hauptmotor selbst angetrieben wird. Für dieses Beispiel wird nach Abb. 14, Zugkraftlinie Z, die geringe Stufenzahl 5 gewählt, da der Stufensprung von einem Regelbereich zum anderen klein ist. Abb. 15 zeigt das Getriebeschema. Für den Hauptenergiefluß ist nur ein nachgeschaltetes Wechselgetriebe vorhanden mit den Rädern 49, 50, 101, 102, 107 und 1o8. Mittels acht Verzahnungskupplungen ergeben sich in wechselweiser Schaltung zu den Umlaufrädergetrieben 3 und 4 folgende Teilregelbereiche: i. Kupplung 13-49, 50-1o9, 1O9-101, 102-i07; 2. Kupplung 53-109, 109-10i, 102-i07; 3. Kupplung 13-107; 4. Kupplung 53-109, 109-1o1, i01-108; 5. Kupplung 13-49, 49-102, 101-1o8; 6. Kupplung 53-1o9, 109-5o, 49-1o2, ioi-io8. Wie aus der Aufstellung ohne weiteres ersichtlich, sind die Kupplungen so vorgesehen, daß eine wechselweise Schaltung ohne den Hauptenergiefluß zu unterbrechen gegeben ist. Allgemein gilt die Beziehung, daß bei nachgeschalteten Wechselgetrieben mit n Radpaaren 2 n Schaltstufen entstehen, wenn ohne Energielücke geschaltet werden soll. Den Käfigen 12 und 52 müssen zwei Drehzahlen, und zwar eine positive und eine negative Höchstdrehzahl gegeben werden, um von einem Teilregelbereich zum benachbarten übergehen zu können. Eine dritte Drehzahl o ist leicht durch eine Bremse iio zu gewinnen. Für die zwei weiteren Drehzahlen sind neben den ohnehin vorhandenen Getrieberädern 15, 16, 55 drei weitere Getrieberäder i11, 112, 113 vorzusehen. Durch die Wechselreibungskupplungen 114 und 115 können so im Verein mit der Bremse iio dem Käfig 12 bzw. 52 fünf Drehzahlen gegeben werden, un(i zwar bezogen auf den Käfig 12: Kupplung 1i5-55 = -100°/o. Kupplung 115-i13 = - 500/0, Bremse iio = 0, Kupplung 114-11i = -f- 50%, Kupplung 114-15 = -f- 100%.
Die letzte Schaltung ist, bezogen auf Käfig 52, die maximale negative Drehzahl, an die sich die übrigen Schaltungen sinngemäß anreihen. Die Reibungskupplungen werden so geschaltet, daß keine Energielücken entstehen. Über die Hauptverzahnungskupplungen sollen später noch einige Ausführungen gemacht werden. Durch Anordnung des Umkehrgetriebes zwischen dem Verbindungsgetriebe 66, 67 und den Umlaufrädergetrieben 3 und 4 ist der zusätzliche Getriebeaufwand besonders gering. Das Umkehrgetriebe kann beispielsweise auch hinter 3, 4 gelegt werden, doch ist die Stufung dann ungleichmäßig. Die Stufenzahl ist, wie ohne weiteres zu ersehen, mit verhältnismäßig geringen Mitteln zu vergrößern. Durch zwei weitere Radebenen von je drei Rädern und zwei Wechselkupplungen ergeben sich neun Stufen für den Teilregelbereich.
Mit der Anfahrkupplung 87 wird das Anfahren ermöglicht. Kann der Hauptmotor i beim Anfahren bis auf 20% seiner höchsten Betriebsdrehzahl heruntergedrückt werden, so ist der Kupplungsschlupf bei 2,5% der höchsten Fahrgeschwindigkeit beendigt. Die Kupplung wird also sehr wenig beansprucht.
Um beim Rangieren rückwärts fahren zu können, ist die Bremse 17 vorgesehen, welche die Sonnenwelle ii an ihrer Drehung verhindert. Da der Motor i nur in einer Drehrichtung läuft, kann die für die Rückwärtsfahrt erforderliche Energie nur über die Wechselkupplung 115 geleitet werden. Diese Energie ist verhältnismäßig gering. Es soll jedoch nicht nur die achtfache Zugkraft während der Rückwärtsfahrt vorhanden sein, sondern auch eine auskömmliche Fahrgeschwindigkeit. Diese ist bei der Getriebeschaltung 3 des Wechselgetriebes gewährbar. Während der Rückwärtsfahrt sind also neben Anfahrkupplung 87 und Bremse 17 die Kupplungen 115-55 und 13-1o7 eingeschaltet. Die höchste Rückwärtsfahrgeschwindigkeit beträgt etwa 5%, die Belastung des Hauptmotors i etwa 400/0. Die Getriebe 3, 15, 16 und 55 sind zweifach belastet. Dieser Überlastung ist bei der Dimensionierung des Getriebes Rechnung zu tragen. Es sind noch andere Rückwärtsschaltungen möglich, doch sind sie nur selten genügend vorteilhaft, um sie praktisch anzuwenden.
Aus Abb. 16 und 17 ist ersichtlich, daß trotz gleichem bzw. geringerem Aufwand ein hochwertigeres Getriebe bei gleicher Zugkraftsteigerung zu gestalten ist. Das Getriebe soll für einen Triebwagen tauglich sein, so daß es für Vor- und Rückwärtsfahrt gleich gut geeignet sein muß. Auch wird bei geringem Aufwand eine kontinuierliche Übersetzungsänderung verlangt.
Den Umlaufrädergetrieben wird, wie bereits an anderen Beispielen gezeigt, ein vierstufiges Wechselgetriebe 49, 50, 101, io2 nach- und ein Verbindungsgetriebe 66, 67 vorgeschaltet. Durch die Räder 126, 127 und' 128 sind zwei Anfahrkupplungen 126-66 und 127-67 kann der gesamte Regelbereich entweder für die Vorwärts- oder für die Rückwärtsfahrt eingesetzt werden, je nach dem ob die eine oder die andere Anfalirkupplung eingeschaltet ist. An Stelle der beiden Anfahrkupplungen kann auch eine Wechselanfahrkupplung oder eine Verzahnungskupplung neben einer Anfahrkupplung vorgesehen werden. Das Wechselgetriebe ist also entgegen der üblichen Anordnung nach dem Getriebeeingang gelegt worden. Die neue Anordnung hat verschiedene Vorteile, wie z. B. schnellere Umschaltmöglichkeit von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt, größere Betriebssicherheit und geringeren Gesamtgetriebeaufwand.
Der Antrieb des Ritzels 16 für die Zahnkränze 15, 55 der Umlaufgetriebe 3 und 4 erfolgt im wesentlichen durch ein Dreistufengetriebe 116, 123, 125 über ein Umlaufrädergetriebe 6. Der Eingangssonnenwelle kann durch die Reibungskupplung 11, 123 'beispielsweise eine positive und durch 51, i25 eine gleich große negative Drehzahl gegeben werden. Die Reibungsbremse 124 setzt das Rad 116 still. Der Käfig des Umlaufrädergetriebes 6 kann über eine Wechselreibungskupplung 117 und die Räder 118, iig bzw. 120, 121, 122 in entgegengesetztem oder gleichem Sinne mit dem Umkehrtrieb 2 verbunden werden.
DieWechselreibungskupplung117wirdjedesmalbeim Übergang von dem einen Stufenbereich zum anderen umgeschaltet. Hat also bei eingeschalteter Bremse 124 der Umkehrtrieb 2 über ii9, 118 seine höchste Drehzahl erreicht, so wird gleichzeitig mit der Einschaltung von 51-125 auch 117 mit 120 gekuppelt und 124 sowie 118 ausgeschaltet. In dieser Weise wird der Käfig vom Umkehrgetriebe 6 reversiert und die Eingangssonnenwelle beschleunigt. Die Aus gangssonnenwelle behält ihre Drehzahl sofern der Umkehrtrieb 2 seine Drehzahl nicht ändert. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Gleitmomente der Kupplungen und die zu beschleunigenden Massen richtig aufeinander abgestimmt sind. Kleine Unterschiede j sind praktisch ohne Bedeutung, da die verhältnismäßig großen Massen, welche mit 16 verbunden sind, stabilisierend wirken.
Wie stets kann der Umkehrtrieb 2 auch als Stufenmotor gebaut sein. Bei zwei Rechts- und zwei Linkslaufdrehzahlen ergeben sich einschließlich Null fünf Stufen, die zusammen mit den dem Umlaufrädergetriebe 6 vorgeschalteten Stufen einen außerordentlich kleinen Stufensprung von etwa 1,04 ergeben.
Die Abb. 17 zeigt die Zugkraftlinie Z mit den Teilregelbereichen 1, 2, 3, 4 für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt. Die Drehzahl für den kontinuierlich änderbaren Umkehrtrieb 2 wird durch nu wiedergegeben, wobei die Drehzahl des Hauptmotors konstant sein soll.
An weiteren Beispielen wird gezeigt, wie der für die Getriebeschaltungen notwendige Kupplungsaufwand zu verringern ist. Diese Verringerung wird nach der Erfindung dadurch erzielt, daß alle oder ein Teil der Schaltungen nicht unmittelbar, sondern mittelbar, und zwar durch mechanisches Zu- oder Abschalten des Umkehrtriebes erfolgt.
Wird der Umkehrtrieb von dem nicht wirksamen Umlaufrädergetriebe abgeschaltet, so kann die mechanische Verbindung des Umlaufrädergetriebes sowohl mit dem Hauptmotor als auch mit dem Hauptabtrieb dauernd bestehen bleiben. Bei konstanter Drehzahl des Hauptmotors können so zwei Teilregelbereiche ohne Hauptschaltkupplungen lückenlos aneinandergereiht werden. Auch dann, wenn der Gesamtregelbereich aus mehr als zwei Teilregelbereichen besteht, ist mit Hilfe der Erfindung ein vorteilhafterer Getriebeaufbau als der bisher gezeigte erzielbar.
An Hand einiger Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Das Getriebe nach Abb. i8 ist besonders zweckdienlich für eine Arbeitsmaschine, deren Antriebsmoment quadratisch mit der Drehzahl fällt. Der Hauptantriebsmotor i hat nur eine Drehzahl. Er steht in ständiger mechanischer Verbindung sowohl mit dem ersten Glied des Umlaufrädergetriebes 4 als auch über das Wechselgetriebe 56, 57 mit dem ersten Glied des Umlaufrädergetriebes 3. Das dritte Glied eines jeden Umlaufrädergetriebes ist mit Hilfe des Verbindungsgetriebes 48, 47 ständig mit der Abtriebswelle 9 verbunden.
Der Umkehrtrieb 2 wirkt über ein Schaltgetriebe 8 sowohl auf das UTnlaufrädergetriebe 3 als auch auf 4. Der Umkehrtrieb ist ein polumschaltbarer Motor für drei Drehzahlen in jeder Drehrichtung. Das Schaltgetriebe 8 stellt über die Räder 201, 202 mit Reibungskupplung bei Linkslauf vom Umlaufrädergetriebe 2 die Verbindung mit dem Rade 64 her. Bei Rechtslauf vom Umlaufrädergetriebe 2 ist das Radpaar 203, 204 mit Reibungskupplung eingeschaltet. Sind beim Übergang von Linkslauf auf Rechtslauf die beiden vorgenannten Kupplungen belastet, so sind das Rad 64 abgebremst und der Umkehrtrieb 2 elektrisch abgeschaltet. Wird jedoch bei Rechtslauf vom Umkehrtrieb 2 das Zahnrad mit Reibungskupplung 205 eingeschaltet, so erfolgt die Energieübertragung von i auf 9 über 4. Während des Überganges vom Umlaufrädergetriebe 3 auf das Umlaufrädergetriebe 4 sind beide Kupplungen 204, 205 gleichzeitig eingeschaltet und somit beide Umlaufrädergetriebe belastet. Sind jedoch die Kupplungen 205, 207 eingeschaltet, so ist das Rad 55 abgebremst. In der letzten Hälfte des Teilregelbereiches ist nur das Getriebe 2o6, 207 auf das Rad 65 geschaltet.
In diesem Beispiel sind für jeden Teilregelbereich zwei Getriebestufen gewählt, um den Umkehrtrieb möglichst gut auszulasten und für einen großen Gesamtregelbereich ein verhältnismäßig geringes Leistungsmaximum des Umkehrtriebes zu erhalten. Aus den Kennlinien der Abb. i9 sind die näheren Einzelheiten zu ersehen. Der Gesamtregelbereich ist zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Aufteilung zwischen Null und ioo°/o gleich i : 5. Der erste Teilregelbereich geht von 2o bis 750/0, der zweite von 75 bis ioo°/o bezogen auf die Arbeitsmaschinendrehzahl nA. Ohne Null sind dreizehn Arbeitsstufen vorhanden. Aus den Leistungskennlinien ist zu ersehen, daß der Umkehrtrieb nicht auf den Hauptmotor zurückwirkt. Beide Maschinen sind Elektromotoren und liegen für sich am Drehstromnetz. Der Hauptmotor NF, ist im ersten Regelbereich unter ein Drittel belastet. Er kann also als Drehstromsynchronmotor in Sternschaltung geschaltet sein, während er im Bereich 2 in Dreieckschaltung geschaltet ist. Hierdurch wird sein Leistungsfaktor und Wirkungsgrad vorteilhaft beeinflußt. Die Drehmomentlinie MA zeigt den theoretischen Verlauf. Mit Rücksicht auf die Lager- und die sonstigen Zusatzverluste sind die Drehmomente im unteren Bereich verhältnismäßig höher als im oberen. Doch ist hier noch eine genügende Leistungsreserve vorhanden.
Bei höheren Ansprüchen wird eine kontinuierliche Drehzahllinie gefordert. An Stelle des dreifach polumschaltbaren Motors tritt dann beispielsweise ein in Leonardschaltung betriebener Gleichstrommotor. Falls notwendig, ist es ohne weiteres angängig, einen Gesamtregelbereich von o bis ioo°/o zu wählen. Da in diesem Beispiel der Leistungsbedarf unter io°/o des höchsten Gesamtleistungsbedarfes liegt, ist der Kupplungsaufwand selbst dann gering, wenn die leicht schaltbaren Reibungskupplungen gewählt werden. Das Schaltgetriebe 8 ist mit seinen vier Schaltstufen in gedrungener Bauart herzustellen. 'An Stelle der Stirnradgetriebe 15, 64 und 55, 65 sind Kegelradgetriebe vorzusehen, wenn für den Umkehrtrieb 2 die winkelrechte Anordnung vorteilhafter ist. In Richtung der Achse 9 wird die Baulänge des besamten Antriebsatzes am kleinsten, wenn der Hauptmotor i ebenfalls mit Hilfe von Kegelrädern winkelrecht angeordnet wird.
In Abb. 18 und i9 war als Hauptmotor eine :Maschine mit konstanter Drehzahl gewählt. Ist der Hauptmotor jedoch bei gleicher Lastkennlinie für sich in der Drehzahl regelbar, z. B. im Verhältnis i : 2, so kann das Getriebe nach Abb. 18 zur Erweiterung des Gesamtregelbereiches nach unten vorteilhaft eingesetzt werden. Bis zur halben Lastdrehzahl ist das Umlaufrädergetriebe 3 bzw. 4 wirksam. Dann muß 4 kurzgeschlossen werden, da oberhalb dieser Drehzahl eine Regelung in dem Getriebe nicht stattfindet und der Umkehrtrieb 2 zu gering bemessen sein würde. Um das Getriebe kurzzuschließen würde es genügen, wenn das zweite Glied 55 des Umlaufrädergetriebes 5 mit dem ersten Glied 51 dieses Getriebes durch eine Verzahnungskupplung verbunden würde. Selbstverständlich kann auch das zweite Glied 55 mit dem dritten Glied 53 des Umlaufrädergetriebes verbunden werden. Da bei diesen Kupplungsarten jedoch die ' Verzahnungen der Planetenräder das Übertragungsmoment weiterleiten müssen, ist es richtiger, 56 und 47 direkt zu kuppeln, was durch Verzahnungskupplungen innerhalb des Umlaufrädergetriebes möglich ist.
Ein anderes ähnliches Getriebe zeigt Abb. 20. Hier sind die beiden Umlaufrädergetriebe 3 und 4 gleichachsig angeordnet.. Die ersten Glieder der Umlaufrädergetriebe werden durch die Wechselgetriebestufen 56, 57 und 208, 2o9 angetrieben. Die dritten Glieder sind starr miteinander verbunden. Das Verbindungsgetriebe 48, 47 verbindet diese mit der parallel liegenden Abtriebswelle 9. An Stelle der Stirnräder können auch Kegelräder oder andere Getriebeelemente treten. Während der Umkehrtrieb 2 das zweite Glied des Umlaufrädergetriebes 3 durch die Stirnräder 64, 15 antreibt, muß das Rad 65 über ein Zwischenrad Zoo auf das Rad 55 des zweiten Gliedes des Umlaufrädergetriebes 4 einwirken. Das Schaltgetriebe 8 ist hier also nur zweistufig ausgeführt, wie es bei Arbeitsmaschinen mit von der Drehzahl unabhängigem Lastmoment angezeigt ist.
Liegt der Gesamtregelbereich so, daß der erste Teilregelbereich beiderseits von Null liegt, so wird entweder die Wechselgetriebestufe 56, 57 aus Abb. 20 weggelassen und das erste Glied des Umlaufrädergetriebes 3 dauernd festgebremst, oder das Umlaufrädergetriebe 3 wird zusätzlich weggelassen, so daß der Umkehrtrieb 2 im ersten Teilregelbereich über ein Getriebe mit nicht umlaufenden Achsen auf die Abtriebswelle 9 wirkt, wie es aus Abb. 21 zu ersehen ist. Hier. liegen also wirkungsgemäß Wechselgetriebe und Umlaufrädergetriebe hintereinander.
Der Hauptmotor i treibt nur das erste Glied des Umlaufrädergetriebes 4 an, das dritte Glied ist mit der Abtriebswelle 9 unmittelbar verbunden. Der Umkehrtrieb 2 treibt über ein Schaltgetriebe 8 entweder durch das Rad 64 mit Reibungskupplung, die Zwischenstufe 211 auf das Rad 212 der Abtriebswelle 9 oder über das Rad 65 mit Reibungskupplung auf das Rad 55 des zweiten Gliedes des Umlaufrädergetriebes 4.
Es ist natürlich auch angängig, mehr als zwei Umlaufrädergetriebe vorzusehen, doch ist mit Rücksicht auf die Höchstdrehzahl der zweiten Glieder eine Anordnung von mehr als drei Umlaufrädergetrieben selten vorteilhaft. Abb. 22 zeigt ein Getriebe, bei dem drei Teilregelbereiche lückenlos aneinandergereiht werden. Die Anordnung der ersten beiden Uml-ufrädergetriebe 3 und 4 ist genau so wie in Abb. 18. Das dritte Umlaufrädergetriebe 3- ist in der gleichen Weise wie das Umlaufrädergetriebe 3 geschaltet, nur die Wechselgetriebestufe 56a, 57' treibt das erste Glied dieses Getriebes ins Schnelle an. Der Umkehrtrieb 2 muß über ein mindestens dreistufiges Schaltgetriebe jeweilig auf das zweite Glied eines der drei Umlaufrädergetriebe einwirken. Während des Überganges von dem einen Teilregelbereich zum benachbarten sind jeweils zwei Kupplungen eingeschaltet.
Die Getriebe können auch so aufgebaut sein, daß nur Wechselgetriebe oder für die ersten Glieder ein Verbindungsgetriebe vorgesehen sind. Abb. 23 zeigt ein Beispiel; in dem auf der Abtriebsseite ein vielstufiges Wechselgetriebe liegt. Für dieses müssen unmittelbar wirkende Schaltkupplungen in Kauf genommen werden, jedoch in verminderter Anzahl. Das Getriebe soll so ausgelegt sein, daß in allen Teilregelbereichen sowohl die positiven als auch die negativen Leistungsspitzen des Umkehrtriebes den gleichen Maximalwert haben. Diese Forderung ergibt gegenüber Abb. 18 ein einfacheres Schaltgetriebe für den Umkehrtrieb, da ein Rad und eine Radebene mit Rücksicht auf die erforderlichen Übersetzungsverhältnisse eingespart werden. Eine weitere Minderung der Räder wird dann erzielt, wenn man die Schaltkupplungen des Schaltgetriebes mit den Umlaufrädergetrieben zusammenbaut, wie in Abb. 23 dargestellt ist.
Der Hauptmotor i steht über ein Verbindungsgetriebe66, 67 mit den ersten Gliedern derUmlaufrädergetriebe 3 und 4 in Verbindung. Die zweiten Glieder dieser Umlaufrädergetriebe werden entweder über die Räder 15', 65 bzw. 15, 64 des Umlaufrädergetriebes 3 oder über die Räder 55, 65 bzw. 55', 64 von 4 mit dem Umkehrtrieb 2 verbunden. Die aufgeführte Reihenfolge gilt bei Aufwärtsschaltung für die ersten beiden und wiederholend für die nächsten beiden Teilregelbereiche. Das nachgeschaltete vierstufige Wechselgetriebe besteht aus den Rädern 49, 50, 101, 102. Das dritte Glied des Umlaufrädergetriebes 3 kann über Verzahnungskupplungen entweder auf das Rad 49 oder auf das Rad 102 geschaltet werden. Das dritte Glied des Umlaufrädergetriebes 4 ist dauernd mit dem Rad 50, und die Abtriebswelle 9 ist dauernd mit dem Rad 102 verbunden. Die Räder 50 und ioi können durch eine Verzahnungskupplung vereinigt werden. Die Schaltung ist aufwärts folgende: Teilregelbereich i, Umlaufrädergetriebe 3, Räder 49, 50, 101, 102; Teilregelbereich 2, Umlaufrädergetriebe 4, Räder 50, 101, 102; Teilregelbereich 3, Umlaufrädergetriebe 3, Räder 102; Teilregelbereich 4, Umlaufrädergetriebe 4, Räder 50, 49, 102. Die nicht aufgeführten Räder sind abgekuppelt.
Wird ein Rückwärtsfahrbereich gewünscht, so muß an die Abtriebswelle 9 ein Wendegetriebe angeschlossen werden, sofern der Hauptmotor in seiner Drehrichtung nicht umkehrbar ist. Genügt ein beschränkter Rückwärtsfahrbereich, wie beispielsweise bei Straßenkraftfahrzeugen, so' kann durch Festbremsen des ersten Gliedes des Umlaufrädergetriebes 3 nach seiner Abkupplung vom Hauptmotor die größte Zugkraft während eines genügend weiten Fahrbereiches ausgeübt werden.
Für die schematische Darstellung ist es gleichgültig, wie der Umkehrtrieb 2 auf die Räder 64 und 65 einwirkt.
Abb. 24 zeigt die Kennlinien des Getriebes nach Abb. 23, bei einem Kraftfahrzeug mit Dieselmotor, wenn die abgegebene Leistung NH während der vier Teilregelbereiche bis zur höchsten Fahrgeschwindigkeit konstant ist. NH ist die Leistung des Dieselmotors. Sie ist bei größtmöglicher Zugkraft Z bis zu ioo°/o Fahrgeschwindigkeit v konstant, um dann bei weitersinkender Übersetzung bis zu auf Null abzufallen. Der Drehzahlverlauf ist durch die Linie nH gekennzeichnet. Die Teilregelbereiche i, 2, 3 und 4 sind eingetragen wie auch die Leistungen Nu und Drehzahlen n" des Umkehrtriebes. Die Linien innerhalb des vierten Teilregelbereiches zeigen, daß der gestreckte Bereich durch die Drehzahlsteigerung des Umkehrtriebes auf 130°/o trotz Drehzahlabsenkung des Hauptmotors entsteht und daß hierbei die Leistung Nu unverhältnismäßig klein bleibt. Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß der durch die Anfahrkupplung zu überwindende Bereich zwischen Null und Teilregelbereich i um so kleiner wird je mehr die Hauptmotordrehzahl beim Anfahren senkbar ist. Kann die Grenzabhängigkeit zwischen NH und nH nicht während des Anfahrens aufgehoben werden, so ist der Schlupfbereich von der Schwere des Anlaufens abhängig.
Soll die Leistung des Umkehrtriebes kleiner gehalten werden, so ist ein Verstärkergetriebe vorzusehen, das diese Leistung auf 1/2, 1/3, 1/4, 1/. oder einen beliebig wählbaren Bruchteil herabsetzt. Das Verstärkergetriebe wird, wie bereits gezeigt wurde, um so vielteiliger, je mehr es das Leistungsmaximum des Umkehrtriebes herabsetzt. Begnügt man sich mit einer Minderung auf 1/3, so ist das Getriebe nach Abb. 21 anwendbar, wenn entweder von 66 oder 67 (Abb. 23) über Schaltkupplungen der Leistungsfluß kommt, wie es später an einem Beispiel der Abb. 29 und 3o noch gezeigt wird.
In Abb. 23 fuhr der Motor die Last bei höchster Übersetzung (Antriebs- zu Abtriebsdrehzahl) über eine Reibungskupplung an. Soll ein großer Regelbereich bei verhältnismäßig niedrigen Anfahrmomenten und einfachem Getriebe erreicht werden, so ist ein Getriebeaufbau nach Abb. 25 am Platze. Der Hauptmotor i ist ein zweifach polumschaltbarer Drehstrommotor mit einem Drehzahlverhältnis von i : 2. Dieser Motor treibt über das Verbindungsgetriebe 66, 67, die Umlaufrädergetriebe 3, 4 und das Wechselgetriebe 49, 5o die Abtriebswelle 9 unter Zuhilfenahme des Leonardmotors 2 über die Räder 64, 15 bzw. 65, 55 in der bereits erläuterten Weise an. Der Leonardmotor 2 wird von dem Leonardgenerator 213 gespeist, der über ein zweistufiges Schaltgetriebe 214 vom Hauptmotor i angetrieben wird.
Ohne die Polumschaltung in Anspruch zu nehmen, hat das Getriebe laut Abb. 26 zwei Regelbereiche für Dauerbetrieb 36 bis 60°/o und 6o bis 107°/o. Diesen vorgeschaltet ist der Anfahrregelbereich 12 bis 36°/o. Damit die durch den Umkehrtrieb überlagerten Drehzahlen in ihren Höchstwerten bestehen bleiben, wird gleichzeitig mit der Herabschaltung der Hauptmotordrehzahl der Leonardgenerator 213 durch das Schaltgetriebe wieder auf die normale Drehzahl hinaufgeschaltet. Mit dieser Umschaltung muß außerdem das Reversieren des Umkehrtriebes vor sich geben.
Wie aus den Kennlinien zu ersehen, läuft der Hauptmotor von o bis 12°/o Abtriebsdrellzahl bis auf seine halbe Betriebsdrehzahl. Das Anzugmoment kann hoch liegen, weil der Leonardmotor 2, der zunächst als Generator arbeitet, mit dem Leonardgenerator 213 ebenfalls von Null aus hochläuft. Von 12 bis 24°/o wird die Drehzahl des Motors 2 bis auf Null herabgesetzt, um anschließend von 24 bis 36°/o in der anderen Drehrichtung wieder hochzusteigen. Der Hauptmotor wird in diesem Bereich zunehmend überlastet bis uin 8o0'", wenn nicht das Drehmoment herabgesetzt wird. Bei 36°/o Abtriebsdrehzahl erfolgt das Umschalten auf volle Betriebsdrehzahl des Hauptmotors bei gleichzeitigem Umschalten des Schaltgetriebes 214 und Reversieren des Umkehrtriebes 2. Anschließend von 36 auf 6o°/, liegt der erste Teilregelbereich für Dauerbetrieb. Von Null bis 60°/o überträgt das Umlaufrädergetriebe 3 die Energie. Bei 60°/o wird die Kupplung 65 eingeschaltet und anschließend 64 ausgeschaltet. Das Umlaufrädergetriebe 4 ist wirksam. Bei ioo°/o Abtriebsdrehzahl und voller Leistung ist der Leonardmotor erst mit 20°/o belastet. Da er mit Rücksicht auf seine größte Generatorleistung für etwa 25°/o Leistung ausgelegt sein muß, kann durch Feldschwächung oder andere Maßnahmen, wie z. B. Getriebeschaltung, die Abtriebsdrehzahl bis auf etwa 107°/o gesteigert werden. Soll dieser Wert ioo°/o sein, so erhöhen sich dementsprechend die Abtriebsdrehmomentwerte.
Als Fahrzeugantrieb dürfte im allgemeinen ein Getriebe ähnlich Abb. 27 geeigneter sein. Der Hauptmotor ist hier ein einfacher Wechselstrominduktionsmotor finit Kurzschlußläufer. Der Umkehrtrieb 2 ist wieder eine Gleichstrommaschine, die in Leonardschaltung betrieben wird. Das den Umlaufrädergetrieben 3 und 4 nachgeschaltete Wechselgetriebe läßt, wie bereits dargelegt wurde, vier Teilregelbereiche zu. Hiervon werden drei Bereiche im Zusammenwirken mit dem Verbindungsgetriebe 66, 67 für den Dauerbetrieb vorgesehen. Während des ersten Teilregelbereiches ist durch die Wechselkupplung ii, die zweckdienlich als synchronisierte Verzahnungskupplung ausgebildet ist, das Wechselgetriebe 56, 57 eingeschaltet. In diesem Regelbereich wird der Drehzahlbereich, da die Erweiterung nicht groß zu ,ein braucht, durch Feldschwächung der Maschine 2 erweitert. Diese Feldschwächung muß und kann in dem ersten Teil des Teilregelbereiches 2 bestehen bleiben.
Die Teilregelbereiche 3 und 4 bieten gegenüber den bisherigen Erläuterungen nichts Neues. Es 's011 daher nur noch die Schaltweise der Kupplungen aufgezeigt werden. Vor dem Einschalten des Hauptmotors i sind 57-11, 6.1-2, 49-13 und 5o-ioi eingeschaltet. Am Ende des Teilregelbereiches i wird 65-2 hinzugeschaltet. Nach Lösen von 64-2 ist der Teilregelbereich 2 voll ausfahrbar. In seiner zweiten Hälfte wird 57-1i aus- und 66-11 eingeschaltet. Gleichzeitig wird 49-13 ausgeschaltet. Anschließend schließt 64-2. Kurz vor Ende des Teilregelbereiches 2 wird 1o2-13 auf »Ein« geschaltet, was infolge der Abweisflanken bei Erreichen des dritten Teilregelbereiches ausgeführt wird. Nachdem 65-2 gelöst ist, kann die Kupplung 5o-ioi ausschalten und der Teilregelbereich 3 durchfahren werden. 65-2 schließt wieder. Kurz vor Ende des Teilregelbereiches 3 wird 4d-13 auf »Ein« geschaltet. Während des vierten Teilregelbereiches muß 64-2 geöffnet bleiben. Das Abwärtsschalten erfolgt sinngemäß.
Ahl). 28 zeigt die l@ennlinien dieses Getriebes. Z ist die Ziigkr;iftlirlie. 1)a eine gi-iißere Anzugkraft als die fünffache Norinalziigkraft nicht ausnutzbar ist, dürfte von den schraffierten Fl;ichen nur selten ein Teil in Anspruch genommen werden. Der Hauptmotor wird im ganzen Bereich, da die Leistungshyperbel nicht überschritten wird, nicht überlastet. Von Null bis 5°/0 Fahrgeschwindigkeit erfolgt der Anlauf des Hauptmotors und mit ihm der des Umkehrtriebes. Bei 13,1°/o v ist die Drehzahl des Umkehrtriebes Null und damit ein achtfaches Moment aus elektrischen Gründen denkbar. Bei 19°/o ist der Anfahrbereich beendet. Von ig bis ioo°/o erstrecken sich die drei Teilregelbereiche für den Dauerbetrieb. Dieser Bereich ist ohne weiteres bis auf 107°/o zu erweitern unter Berücksichtigung der Leistungshyperbel und der zulässigen Belastung des Umkehrtriebes.
Für schwere Straßen- und Geländefahrzeuge ist das Getriebe nach Abb. 29 geeignet. Das Grundgetriebe unterscheidet sich von dem nach Abb. 23 im wesentlichen durch die Wechselverzahnungskupplung 51, mit der das erste Glied des Umlaufrädergetriebes 4 entweder durch die Rast 17 festgehalten oder mit dem Verbindungsrad 67 gekuppelt wird. Der so gewonnene vorgeschaltete Teilregelbereich ist für die Rückwärtsfahrt und für den lückenlosen Anschluß an die vier bekannten Teilregelbereiche eine wertvolle Ergänzung. Er macht die besondere Anfahrkupplung entbehrlich.
Das Getriebe bekommt dadurch seine größere Bedeutung, daß ein Verstärkergetriebe einfacher Bauart hinzugefügt wird. Das dreiteilige Verstärkergetriebe 5 wurde bereits an Hand der Abb. 21 erläutert. Dem ersten Glied des Umlaufrädergetriebes 6 wird entweder durch das Rad 75 oder 77 die Konstantdrehzahl aufgedrückt. Der Umkehrtrieb 2 erteilt über das Rad 9o dem zweiten Glied des Umlaufrädergetriebes 6 die regelbare Drehzahl. Ist jedoch das Rad i90 eingeschaltet, so wirkt der Umkehrtrieb über die Zwischenstufe 211 und das Rad 212 direkt auf das Rad 64 bzw. 65 ein.
Abb. 30 gibt das Kennlinienblatt für das Getriebe nach Abb. 29. Auf folgende charakteristische Merkmale soll noch hingewiesen werden: Während die eigentliche Anfahrzugkraft iioo°/o der größten Zugkraft bei voller Fahrgeschwindigkeit beträgt, ist die Anzugskraft bedeutend höher bis zu rund 2000°/0. Da diese Kraft nur bei schleichender Fahrgeschwindigkeit bis etwa z, = i0/0 ausgeübt wird, werden dynamische Beanspruchungen vermieden und damit hohe Zugkräfte gestattet. Da es aus wirtschaftlichen Gründen mit Sicherheit ausreichend ist, wenn der Schongangbereich des Getriebes sich bis maximal erstreckt, ist die Leerlaufdrehzahl abwärts ab S5°/0 Fahrgeschwindigkeit einstellbar. Die Leistung des Umkehrtriebes ist etwa 13°/o der Dieselleistung. Die Leistungsspitzen, die im Anfahrbereich (Teilregelbereich o) liegen, können durch unterstützendes Einschalten der entsprechenden Reibungskupplung von dem Umkehrtrieb selbsttätig ferngehalten werden. Wenn die maximale Zugkraftkurve im letzten Teil des Anfahrbereiches nicht voll ausgefahren wird, kann die punktiert nach unten abgegrenzte Überschußfläche wesentlich verringert, gegebenenfalls vollständig vermieden werden. NG ist die Leistungsabgabe des Verstärkergetriebes bei voller Leistung der Dieselmaschine. Während der hohen Rückwärtsfahrgeschwindigkeiten klingt die Zugkraft stark ab, was praktisch nicht nachteilig ist. Abb. 31 und 32 zeigen eine andere Lösung der grundsätzlich gleichen Aufgabe. An Stelle des Leonardantriebes wurde der Stufenumkehrtrieb gewählt. Von untergeordneter Bedeutung ist die Erweiterung des Schonbereiches, der sich von Zoo bis auf 2400/0 erstreckt. Seine Erweiterung geht auf Kosten der Anfangszugkraft, die ideelle Zugkraftlinie Z, gilt für Zoo °/o Motordrehmoment. Da -bei dem hier gewählten Ottomotor mit sinkender Drehzahl das Grenzdrehmoment steigt, liegt Z im Anfahr- und Schonbereich im allgemeinen über Zi. Unterschiedlich ist, daß der aus der Abbildung nicht ersichtliche Teilregelbereich 0 nur für Rangierfahrten dient. Betriebsmäßig wird mit der ersten Schaltstufe des Teilregelbereiches Z bei gesenkter Motordrehzahl nH = 1 : 4,3 angefahren. Als Anfahrkupplung dienen die beiden in Reihe arbeitenden Reibungskupplungen 113 und 112. Selbst wenn 113 vorher geschlossen ist, steigt bei der verminderten Motordrehzahl die Abtriebsdrehzahl der Kupplung 112 auf 66°/o gegenüber 22°/o Antriebsdrehzahl. Diese Schlupfdrehzahl von 44°/o sinkt auf Null, wenn die Fahrgeschwindigkeit von Null bis auf 3,3°/o steigt. Da ohne weiteres die Kupplung 112 außen am Getriebe angeordnet werden kann, sind auch bei großen Beschleunigungslasten Erwärmung und Verschleiß zu beherrschen.
Abb. 33 zeigt, daß gegenüber Abb. 29 der Räder-und Kupplungsaufwand zu verringern ist. Rad 9o bleibt mit Umkehrtrieb 2 ständig verbunden. Auf Reibungskupplungen konnte verzichtet werden, da beim betriebsmäßigen Anfahren erst nach Erreichen des ersten Teilregelbereiches die Hauptmotordrehzahl nH von 25 auf loo°/o gesteigert wird. Umkehrtrieb 2 und Umlaufrädergetriebe 4 können so ohne zusätzlichen Bauaufwand die doppelte Drehmomentbelastung aufnehmen. Die in Abb. 30 gezeigte Kupplungsunterstützung ist bei dem geänderten Drehzahlverhalten des Hauptmotors nicht erforderlich.
In Abb. 34 ist der Leonardantrieb aus Abb. 33 durch einen Stufenumkehrtrieb ersetzt worden. Da die Stufenzahl gegenüber Abb.32 von 25 auf 81 erhöht wurde, ist dieser Antrieb einem stufenlosen gleichwertig. Der jeweilige Kupplungsschlupf kann so kurzzeitig sein, daß Erwärmung und Verschleiß ihre praktische Bedeutung verlieren.
Liegt sowohl vor als auch hinter den Umlaufrädergetrieben je ein Verbindungsgetriebe, so sind der Räderaufwand und damit der Getriebebauraum verhältnismäßig groß. Dies ist besonders für Fahrzeuge nachteilig. Die weitere Erfindung bezweckt daher, bei geringem Räderaufwand und bei geringer Leistung der elektrischen Hilfsmaschinen eine gute Zugkraftkurve zu ermöglichen.
U m die Vorschläge verständlich zu machen, sollen einige Ausführungen über die gesamte Triebwerkanlage von Fahrzeugen gemacht werden. Vom Getriebe aus gesehen interessieren insbesondere solche, die die größten bzw. umfassendsten Forderungen stellen. Getriebe für Lokomotiven, Triebwagen und Automobile, die durch Verbrennungskraftmaschinen angetrieben werden, gehören zu dieser Klasse. Es ist aber auch nicht gleichgültig, ob ein Ottomotor oder ein Dieselmotor als Antriebsmaschine vorgesehen wird. Beiden gemeinsam ist die Schwierigkeit des Anfahrens. Verschieden ist das Ausmaß des Regelbereiches. Ein wirtschaftliches Fahren ist hierbei nur möglich, wenn jeder Motordrehzahl eine bestimmte Leistung zugeordnet ist, die nie überschritten, wohl jedoch, z. B. aus regeltechnischen Gründen, kurzzeitig unterschritten werden kann. Diese Abhängigkeit erschwert jedoch das Anfahren mit einer Reibungskupplung, da beim schweren Anfahren besonders große Schlupfleistungen unvermeidbar sind. Das wirtschaftliche Fahren macht wiederum einen großen Regelbereich notwendig; denn dieser soll soweit gehen, daß auch bei höchster Fahrgeschwindigkeit der Motor mit seiner Leerlaufdrehzahl laufen kann. Grob betrachtet ist allgemein anzunehmen, daß die Leerlaufdrehzahl bei Ottomotoren etwa 25°/0, bei größeren Dieselmotoren etwa 5o°/, der Normaldrehzahl beträgt. Die Vorteile eines stufenlos arbeitenden Regelgetriebes sind so bekannt, daß sie nicht wiederholt zu werden brauchen. Es soll jedoch besonders darauf hingewiesen werden, daß mindestens innerhalb des Bereiches für den Dauerbetrieb der Wirkungsgrad des Regelgetriebes von entscheidender Bedeutung ist. Schließlich muß das Getriebe für Motorbremsung geeignet sein. Das Getriebe darf also keine solche Eigencharakteristik besitzen wie die des hydrodynamischen Flüssigkeitsgetriebes. Es muß auf die jeweilig erforderliche Übersetzung einstellbar sein. Im Idealfall wird dieses durch einen Regler besorgt. Dieser Regler kann entweder als Leistungsregler oder als Geschwindigkeitsregler ausgebildet sein. In beiden Fällen gehört für den Gleichgewichtszustand, wie bereits gesagt, zu jeder Drehzahl eine bestimmte Leistung. Weiterhin ist gemeinsam, daß in Abhängigkeit von einem Fliehkraftregler der Stellantrieb des Regelgetriebes gesteuert wird. Außerdem ist es ratsam, um bei Straßenfahrzeugen vorübergehend die Leistung herabzusetzen, z. B. mittels eines Fußhebels auf die Treibstoffzufuhr mindernd einzuwirken. Hierdurch wird erreicht, daß das Getriebe selbsttätig auf größere Beschleunigungsmöglichkeit geschaltet wird, was sich bei Freigabe der Treibstoffzufuhr vorteilhaft auswirkt. Beim Leistungsregler wird die jeweilig am Sollwerthebel eingestellte Leistung konstant gehalten. Das Übersetzungsverhältnis des Regelgetriebes muß also stets so eingestellt sein, daß diese Bedingung erfüllt bzw. die dieser Leistung entsprechende Drehzahl eingehalten wird. Beim Geschwindigkeitsregler wird sowohl die Getriebeübersetzung als auch die Leistung so verändert, daß unabhängig von den verschiedenen Straßenneigungen und Fahrwiderständen die Geschwindigkeit bis zur maximalen Leistungsfähigkeit des '.Motors konstant gehalten wird. In beiden Fällen können Vorrichtungen vorgesehen sein, durch die der Stellantrieb des Regelgetriebes derart beeinflußt wird, daß die Motordrehzahl für eine gewünschte Motorbremsung z. B. mit Hilfe des vorerwähnten Fußhebels stets richtig eingestellt wird. Der Motor kann nach Betätigen eines Schalters sowohl beim Anlassen als auch während des Warmlaufens für sich betrieben werden, ohne daß er auf die Getriebeeinstellung zurückwirkt.
Es wurde wiederholt gezeigt (z. B. Abb. 1o und rZ), daß ein Wechselgetriebe mit vier Rädern vier Teilregelbereiche besitzt und daß bei Nachschaltung dieses Getriebes die Zugkrafthyperbel eingehalten wird. Das vorgeschaltete Wechselgetriebe hat im wesentlichen den Zweck, bei laufendem Antriebsmotor die Drehzahl der Abtriebswelle bis auf Null bzw. bis zu einer bestimmten Rückwärtsdrehzahl herabzusetzen. Die sich so ergebenden Teilregelbereiche gehören also im wesentlichen zum Anfahrbereich. Eine Verbesserung des bekannten Getriebes wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß das Verbindungsgetriebe für das vorgeschaltete Wechselgetriebe (z. B. 47, 48 in Abb. 8) fortfällt und eine Stufe des nachgeschalteten Wechselgetriebes die Aufgabe des Verbindungsgetriebes übernimmt. Der Stufensprung des nachgeschalteten Wechselgetriebes wirkt also auf das vorgeschaltete zurück. Durch besondere zusätzliche Maßnahmen wird auf diese Eigenart, insbesondere auf die Belastungsverhältnisse der elektrischen Hilfsmaschinen eingegangen, was an Ausführungsbeispielen erläutert wird.
Nach Abb. 35 ist den Umlaufrädergetrieben 3 und 4 das vierstufige Wechselgetriebe 49, 50, 101, 102 nachgeschaltet. Das dritte Glied 13 des Umlaufrädergetriebes 3 kann mittels Verzahnungskupplung sowohl mit dem Rad 49 als auch mit 102 sowie mit beiden Rädern gleichzeitig verbunden werden. Die Abtriebswelle 9 schließt sich fest an 102 an, wie das Dritte Glied 53 des Umlaufrädergetriebes 3 an Rad 5o. Die Räder 5o und ioi können durch eine Verzahnungskupplung miteinander verbunden werden. Das Verbindungsgetriebe dieses Wechselgetriebes besteht aus den Rädern 66 und 67. Das Rad 66 ist ständig mit dem Antriebsmotor (Ottomotor) verbunden.
Das vorgeschaltete Wechselgetriebe besteht aus den Rädern 56, 57 sowie der Bremse bzw. dem Gesperre 17. Mit Hilfe einer Wechselverzahnungskupplung wird das erste Glied 1i des Umlaufrädergetriebes 3 entweder mit der Bremse 17 oder mit den untereinander vereinigten Rädern 67, 56 verbunden. Das erste Glied 51 des Umlaufrädergetriebes 4 kann über eine Wechselverzahnungskupplung entweder mit Rad 57 oder Rad 66 gekuppelt werden. Der Umkehrtrieb 2 ist eine Konstantfeldmaschine eines Leonardantriebes, der mit dem Hauptmotor i ständig verbunden ist. Der Umkehrtrieb 2 treibt über das Rad 64 mit Reibungskupplung das Rad 15 des zweiten Gliedes des Umkehrgetriebes 3 oder über das Rad 65 mit Reibungskupplung das Rad 55 des zweiten Gliedes voll 4. Der Umkehrtrieb 2 kann entweder direkt oder über ein aus den Rädern 61, 63, 62, 58 bestehendes Schnellganggetriebe auf die Räder 64 bzw. 65 einwirken. Der Umkehrtrieb wird über eine Reibungskupplung entweder mit 58 oder über eine andere mit 61 verbunden. Sind beide Kupplungen eingeschaltet, so ist 2 abgebremst. Soll die Drehzahl des Umkehrtriebes z. B. durch Feldschwächung oder die Drehzahl von 65 durch Schnellganggetriebe so weit gesteigert werden, daß die Drehzahl von 15 des Umlaufrädergetriebes 3 zu hohe Drehzahlen annehmen würde, so ist zuvor die Verzahnungskupplung 11-67 auszuschalten.
Sämtliche Verzahnungskupplungen sind mit einseitigen Abweisflanken versehen, so daß das Wiedereinschalten dieser Kupplungen beim Übergang vom Teilregelbereich 6 auf 5 Schwierigkeiten bereitet, wenn nicht besondere Vorkehrungen getroffen sind. Wird die Verzahnungskupplung 1t-67 zusätzlich mit einer kleinen Reibungseinschaltkupplung versehen, wie sie im Automobilbau üblich ist, so würde bei dem vorliegend unbelasteten Einschalten eine immerhin gangbare Lösung gefunden sein. Weniger gut, aber in vielen Fällen noch ausreichend, ist die Maßnahme, die Reibungskupplung 2-64 dadurch zugleich als Synchronisierkupplung zu verwenden, daß sie beim Einschalten der Verzahnungskupplung nur ein sehr geringes für die Überwindung der Getriebereibung ausreichendes Moment übertragen kann. Weit vorteilhafter ist es jedoch, die einseitigen Abweisflanken beim jedesmaligen Einschalten wirksam zu machen. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Hilfsschnellganggetriebe 220, 221, 222 für beispielsweise 20°/, Drehzahlsteigerung auf das Rad 64 eipwirkt. Wird also 1o°/, vor Erreichen des Umkehrpunktes des Umkehrtriebes 2 die Verzahnungskupplung 11-67 eingeschaltet, so läuft das Rad 67 bereits schneller als die Eingangswelle 11. Die Abweisflanken verhindern ein Einfallen der Kupplung. Wird anschließend die bedeutend stärkere Reibungskupplung 64 eingeschaltet, so fällt die Kupplung i1-67 stoßlos ein. Hiernach ist die mit 20°/o schlüpfende Hilfskupplung 222 auszuschalten. Diese Anordnung kann auch in ähnlichen Fällen beispielsweise dadurch Anwendung finden, daß durch Hinzufügen eines weiteren Rades mit Reibungskupplung auch das Rad 65 in der Drehzahl zusätzlich gesteigert angetrieben werden kann. In dem vorliegenden Beispiel liegt nur der eine Anwendungsfall vor, da alle übrigen Verzahnungskupplungen stets von der gleichen Seite in Synchronismus gefahren werden.
In Abb.36 sind die Getriebekennlinien über der Fahrgeschwindigkeit v bzw. über dem reziproken Übersetzungsverhältnis für v = konstant aufgetragen. Von o bis ioo°/o gilt als Abszisse die Fahrgeschwindigkeit v. Von 5o bis ioo°/o ist diese mit identisch. Von ioo bis 400°/o ist die Fahrgeschwindigkeit konstant, nämlich = ioo°/o. Das reziproke Übersetzungsverhältnis steigt in demselben Maße wie die Antriebsdrehzahl des Ottomotors fällt. Die einzelnen Teilregelbereiche sind mit i, 2, 3, 4, 5, 6 bezeichnet. Die Kennlinien des Ottomotors sind NH = Leistung, nH = Drehzahl und MH = Drehmoment. Die Kennlinien des Umkehrtriebes sind N" die Leistung, n" = Drehzahl. Z ist die Zugkraftkurve.
Das Getriebe arbeitet wie folgt: Im Stillstand sind die Kupplungen 11-17, 51-57, 13-49 50-101, 2-58 und 58-64 eingeschaltet. Der Hauptmotor 1 arbeitet mit etwa 25°/o seiner Normaldrehzahl im Leerlauf. Läuft jetzt der Umkehrtrieb 2 an bei gleichzeitiger Steigerung der Hauptmotordrehzahl auf etwa ein Drittel Normaldrehzahl, so erreicht die Abtriebswelle 9 und damit die Fahrgeschwindigkeit v etwa 40/,. Anschließend wird 58-65 ein- und 58-64 ausgeschaltet. Die Energieübertragung hat sich von 3 auf 4 verlagert. Der Umkehrtrieb 2 setzt seine Drehzahl n" bis auf Null herab bei gleichzeitiger Steigerung der Hauptmotordrehzahl nH auf 40°/0. Bei dieser Drehzahl läuft der Umkehrtrieb in der anderen Drehrichtung hoch. Die Fahrgeschwindigkeit hat jetzt 18% erreicht.
In der letzten Phase wurde die Kupplung 11-17 aus-und 58-64 eingeschaltet. Die Kupplung 11-67 wurde auf »Ein« gesteuert; sie fällt am Ende des zweiten Teilregelbereiches ein. Nach Öffnen von 58-65 kann 51-57 ausgeschaltet werden. Vorher läuft der Hauptmotor bis zu seiner vollen Motordrehzahl nH = ioo0/, hoch. Die Fahrgeschwindigkeit beträgt v = 440/0. Durch anschließendes Reversieren des Umkehrtriebes 2 erreicht die Fahrgeschwindigkeit 670/0. Kurz vor Ende dieses dritten Teilregelbereiches wird 58-65 wieder geschlossen und 51-66 auf ».Ein« gesteuert. Nachdem diese Kupplung eingefallen ist, schaltet 58-64 aus. Durch Reversieren des Umkehrtriebes 2 wird der vierte Teilregelbereich durchfahren. Nach Null-Durchgang schaltet die Kupplung 13-49 aus. Kurz vor Ende dieses Teilregelbereiches wird 58-64 geschlossen und 13-1o2 auf »Ein« gesteuert. Bei ioo0/, Fahrgeschwindigkeit fällt diese Kupplung ein. Nachdem 68-65 ausgeschaltet wurde, kann der fünfte Teilregelbereich durchfahren werden. In dem gleichen Maße, wie sich die Übersetzung ändert, sinkt dieHauptmotordrehzahl nH, so daß die Fahrgeschwindigkeit konstant bleibt (v = 1oo°/°). Am Ende des fünften Teilregelbereiches wird 13-49 hinzugeschaltet, nachdem vorher 50-101 ausgeschaltet wurde. Die Schaltungen sind stets sinngemäß gleich. Während der Umkehrtrieb im sechsten Teilregelbereich die Null-Durchgangslage durchfährt, erfolgt ein Kupplungswechsel. 2-61 schaltet ein und anschließend 2-58 aus. Die Kupplung 58-64 muß in diesem Bereich ausgeschaltet bleiben, wenn nicht die Kupplung 11-67 herausgenommen wird. Hat der Umkehrtrieb seine der Drehzahl des Hauptmotors entsprechend größte Normaldrehzahl erreicht, so erfolgt eine weitere Drehzahlsteigerung durch Feldschwächung, bis die kleinste Übersetzung erreicht ist Von bis ist Schonbetrieb bei 1oo°/° v, d. h. Dauerbetrieb bei herabgesetzter Motordrehzahl.
Vom Teilregelbereich 1 ist der für die Rückwärtsfahrt vorgesehene Anteil noch nicht erwähnt worden. Während dieses Regelbereichteiles kann der Hauptmotor im Gegensatz zur Vorwärtsfahrt oberhalb ein Drittel Drehzahl nur mit Teillast umlaufen. Um hier eine Überlastung der elektrischen Hilfsmaschinen zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein Leistungsrelais vorgesehen, das bei Erreichen der Grenzlinie auf die Treibstoffzufuhr mindernd einwirkt. Dieses Leistungsrelais wird in an sich bekannter Weise sowohl durch den Strom als auch durch die Spannung beeinflußt.
Während der Vorwärtsfahrt wird die Hauptmotordrehzahl in Abhängigkeit von dem Stellwerk des Regelgetriebes begrenzt. In dieser Weise kann, da ja die Leistung des Hauptmotors eine Funktion seiner Drehzahl ist, eine Überlastung der elektrischen Maschinen vermieden werden. Das Leistungsrelais, das für die Rückwärtsfahrt vorgesehen wird, kann auch hier zusätzlich wirksam sein.
Aus dem Verlauf der Zugkraftlinie Z ist zu ersehen, daß von 44°% bis zur vollen Fahrgeschwindigkeit die Zugkrafthyperbel gewahrt wird. Um im zweiten Teilregelbereich die elektrischen Maschinen nicht zu überlasten, muß bei der Abwärtsregelung am Ende des dritten Teilregelbereiches die Hauptmotordrehzahl von Zoo auf 4o0/0 absinken. Infolge der ansteigenden und wieder fallenden Drehmomentlinie des Hauptmotors bleibt bis zu 3o0/0 die Abweichung von der Zugkrafthyperbel gering. Erst mit Beginn des zweiten Teilregelbereiches steigt die Zugkraft wieder an, um bei Null den fünffachen Wert zu erreichen. Während des Schonbetriebes bei ioo0/, v fällt bei ansteigendem zunächst die Zugkraftlinie wenig, dann stärker. Bei und nH = 4o0/0 hat der Motor wieder sein Normalmoment erreicht, das dann bis zum Ende des Regelbereiches auf Null abklingt.
Während der Rückwärtsfahrt wurde eine Überlastung der elektrischen Maschinen von maximal 2o0/0 als tragbar angesetzt. Eine größere Überlastung dürfte selbst mit Rücksicht auf den Generator nicht angängig sein. Dieser Wert ist ohne nennenswerten Belang, da die Größe der Anzugskraft hiervon praktisch unabhängig und die etwas kleinere Geschwindigkeit bei einer bestimmten Zugkraft für die Rückwärtsfahrt praktisch belanglos ist.
In Abb. 36 ist die Forderung berücksichtigt, daß die Drehzahl des Hauptmotors im Anfahrbereich also von o bis 4q.0/° v ständig ansteigt. Wird diese Forderung nicht gestellt, so ist in den Betriebspunkten, in welchen die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschinen keine Rolle spielt, bei voller Drehzahl des Hauptmotors die Zugkraft der Leistungshyperbel erreichbar.
Eine weitgehendere Annäherung an die Zugkrafthyperbel kann durch ein Verstärkergetriebe erreicht werden, wobei in erster Linie die letzte Hälfte des sechsten Teilregelbereiches erweitert wird, was eine relative Erhöhung der Zugkraft ergibt. Dasselbe Getriebe mit zwei zusätzlichen Wechselgetrieben erhöht ebenfalls die Zugkraft in der zweiten Hälfte des zweiten Teilregelbereiches größtmöglich und schließlich tritt für die Rückwärtsfahrt eine bedeutende Hebung der Zugkraftlinie ein. Das Verstärkergetriebe wirkt nur in der einen Drehrichtung des Umkehrtriebes. Hierdurch wird nieht nur das Verstärkergetriebe etwas vereinfacht, sondern vor allem die gesamte Schaltzahl für den Umkehrtrieb gegenüber einem ständig arbeitenden Verstärkergetriebe bedeutend herabgesetzt. Es muß jedoch in Kauf genommen werden, daß auch in der ersten Hälfte des dritten Teilregelbereiches das Verstärkergetriebe wirkt, wenn auf eine flüssige Schaltung Wert gelegt wird.
In dem Getriebe nach Abb. 37 ist der vorstehend angegebene Erfindungsgedanke verwirklicht. Das nachgeschaltete Wechselgetriebe entspricht genau dem nach Abb. 35. Das vorgeschaltete Wechselgetriebe ist so ausgebildet, daß Hauptmotor- und Abtriebswelle in einer Achse liegen. Die beiden Radpaare 56,57 und 66. 67 sind unmittelbar nebeneinander gelegt. Diese Anordnung kann baulich von Vorteil sein. Da die Wirkungsweise des Grundgetriebes bei gleichen Bezeichnungen mit der des Getriebe; nach Abb. 35 übereinstimmt, wird es nur notwendig sein, auf den Umkehrtrieb nebst Verstärkergetriebe einzugehen.
Der Umkehrtrieb 2 wirkt in bekannter Weise über das Rad 64 mit Reibungskupplung auf das Rad 15 des Umlaufrädergetriebes 3 und über das Rad 65 mit Reibungskupplung auf das Rad 55 des Umlaufrädergetriebes 4. Der Umkehrtrieb kann jedoch ebenfalls über die eine Hälfte eines dreistufigen Verstärkergetriebes auf das Umlaufrädergetriebe 3 wirken. Für die erste halbe Stufe treibt der Umkehrtrieb 2 das Rad 64 über das Rad 2io mit Reibungskupplung über das im Schongebiet wirksame sonst durchgeschaltete Schnellganggetriebe 61, 63, 62, 58 ähnlich wie nach Abb. i über die Räder 217 und 218 mit Reibungskupplung. Hieran schließt sich der volle Teilregelbereich über das Umlaufrädergetiiebe 6. Das erste Glied dieses Getriebes wird ständig vom Rad 56 über die Räder 123 und 116 mit Reibungskupplung bzw. im Schongebiet. über die Räder 123, 215 und 216 mit Reibungskupplung angetrieben. Das zweite Glied des Umlaufrädergetriebes 6 erhält vom Umkehrtrieb 2 über das Rad 210 mit Reibungskupplung, das Schnellganggetriebe 61, 63, 62, 58 und die Räder 122, 121 und 120 seinen Antrieb. Der Abtrieb erfolgt über das dritte Glied des Umlaufr « dergetriebes 6 über die Reibungskupplung 69 auf das Rad 64. Je nachdem ob der Umkehrtrieb das Rad 64 direkt über ein Untersetzungsgetriebe oder über das Umlaufrä dergetriebe 6 treibt, sind die Kupplung zum Rad 64, die Kupplung zum Rad 21o nebst der zum Rad 218 oder die Kupplung zum Rad 210 nebst der Kupplung 69 eingeschaltet. Im Schongebiet werden gleichzeitig Mit 210, 216 statt 116 und das Schnellganggetriebe 61, 63, 62, 58 wirksam.
Wie aus Abb. 38 zu ersehen ist, wird bei gleicher Höchstleistung der elektrischen Maschinen eine bedeutend bessere Angleichung an die Leistungshyperbel erreicht. Der Sattel in der Zugkraftlinie geht von 70() über 45o auf 58o0/0. Das Schongebiet.bei ioo% v beginnt erst mit der zweiten Hälfte des fünften Teilregclbereiches. Um in der zweiten Hälfte des sechsten Teilregelbereiches die größte Streckung zu erzielen, muß die Übersetzung für das Verstärkergetriebe so gewählt sein, daß der Umkehrtrieb im ersten und zweiten Verstärkerregelbereich voll ausgelastet ist. In der letzten Hälfte des zweiten Verstärkerregelbereiches ist die Feldschwächung des Umkehrtriebes 4,25 fach.
Da für die Rückwärtsfahrt infolge des Verstärkergetriebes ohne ein weiteres Wechselgetriebe die mit Rücksicht auf die elektrischen Maschinen zulässigen Zugkräfte zu groß sind, erfolgt die weitere Treibstoffgrenzregelung in Abhängigkeit von einem Stromrelais. Dieses gestattet eine 6,5fache konstante Zugkraft über den ganzen Rückwärtsfahrbereich. Im Vergleich zu Abb. 36 dürften die Kennlinien nach Abb. 38 ohne weitere Erläuterungen verständlich sein.
In manchen Fällen kann der Sattel in der Zugkraftkurve störend sein. Auch ist eine bessere Ausnutzung der elektrischen Hilfsmaschinen vorhanden, wenn die maximalen Leistungsspitzen geringer, und zwar die positiven gleich den negativen sind. Hier ist auch noch entscheidend, daß der negative Leistungsbereich für den Umkehrtrieb größere Verluste hat. Weiter ist möglichst eine Zugkraftkurve einzuhalten, die eine große gleichmäßige Anfangsbeschleunigung gestattet und bei der die Dauerbetriebszugkraft nicht über den 2,5fachen Wert zu liegen braucht. Außerdem ist das Getriebe möglichst einfach zu gestalten.
Das Getriebe (Abb.39) erfüllt diese vorgenannten Bedingungen. Das Hauptgetriebe entspricht dem nach Abb. 37. Nur das vorgeschaltete Wechselgetriebe 56, 57 und das Verbindungsgetriebe 66, 67 haben nebst ihren Kupplungen eine andere, klarere Anordnung bekommen. Der Umkehrtrieb 2 arbeitet über ein Wechselgetriebe mit je zwei Stufen auf jedes der Umlaufrädergetriebe 3 und 4. Für das Rad 64 gelten die Übersetzungen 2o1, 2o2 mit Reibungskupplung sowie 203, 204 mit Reibungskupplung, für das Rad 65 die Übersetzungen 201, 207 mit Reibungskupplung sowie 203, 205 mit Reibungskupplung. Die Übersetzungen sind so gewählt, daß bei hyperbolischem Verlauf der Zugkraftlinie die maximalen und minimalen Leistungsspitzen für den Umkehrtrieb gleich werden.
Mit einer solchen Getriebeausbildung würde man die unerwünschte Sattelbildung, die in Abb. 40 punktiert von o bis 14% v verläuft, nicht beseitigen, wenn nicht auch die Steuerung der Kupplungen des Wechselgetriebes zum Umkehrtrieb neuartig erfolgen würde. Es wird zunächst von o bis 50% v die Drehzahl nH des Hauptmotors der Stelleinrichtung des Regelgetriebes zugeordnet. Außerdem wird von o bis 14% v bei Überlastung des Umkehrtriebes durch das bereits vorgeschlagene Leistungsrelais die den Umkehrtrieb jeweilig unterstützende Kupplung so stark eingeschaltet, daß die Grundbelastung des Umkehrtriebes 2 gewahrt bleibt. Im ersten Teilregelbereich von o bis 4% v ist es die Kupplung zu 207, im zweiten Teilregelbereich ist es die Kupplung zu 204 bzw. 205, welche eine unterstützende Wirkung ausüben.
Der Abb. 40 sind die Leistungen, die beim schwersten Anlauf von den Kupplungen zu liefern sind, als Differenz der Ordinaten N" + Nk - N" zu entnehmen. Die Schlupfarbeiten sind verhältnismäßig gering. Aus den Kennlinien der Zugkraftkurve Z im Vergleich zu den Leistungen N" und N" -f- Nk ist zu ersehen, daß mit geringen Kupplungsleistungen eine weitgehende Verbesserung der Zugkraftlinie entsteht. Während des Drehzahlwechsels des Hauptmotors bei v = 28% muß die Kupplung 202 eine geringe Schlupfarbeit leisten. Oberhalb dieses Geschwindigkeitswertes bieten die Kennlinien nichts Neues. Die Streckung der zweiten Hälfte des sechsten Teilregelbereiches erfolgt nur durch Feldschwächung des Umkehrtriebes. Beim Übergang vom ersten zum zweiten Teilregelbereich besteht eine rein mechanische Übertragung. Die Schaltung könnte auch so gewählt werden, daß von diesem Punkt aus ohne Änderung der Übersetzung die Hauptantriebsmaschine hochfährt. Bei etwa 12% v wäre dann die Umschaltung ähnlich wie bei 28% v. Der Rückwärtsfahrbereich gestattet eine Anzugskraft von 700%, die praktisch kaum ausgenutzt wird.
Bei Schienenfahrzeugen sind niedere Anzugskräfte ausreichend, auch werden dort in der Regel Dieselmaschinen bevorzugt. Schließlich muß ein Schienenfahrzeug in beiden Fahrtrichtungen gleiche Fahreigenschaften besitzen, so daß ein Wendegetriebe vorzusehen ist. Dieses Wendegetriebe kann sowohl vor als auch hinter dem Regelgetriebe liegen. Das Getriebe muß vor allem ein anderes vorgeschaltetes Wechselgetriebe erhalten als in den behandelten Beispielen gezeigt wurde. Die Leistung des Umkehrtriebes ist infolge des kleineren Gesamtregelbereiches geringer, so daß das Getriebe zum Umkehrtrieb einfacher zu gestalten ist als in Abb. 39.
Abb. 41 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Getriebe für ein Schienenfahrzeug. Während des ersten Teilregelbereiches wirken im vorgeschalteten Wechselgetriebe die Räder 56, 57, 217, 218 auf das erste Glied ii des Umlaufrädergetriebes 3, im zweiten Teilregelbereich die Räder 56, 57, 217 auf 51 des Umlaufrädergetriebes 4. Im dritten und fünften Teilregelbereich wirkt der Hauptmotor i direkt auf ii und im vierten und sechsten Teilregelbereich über das Verbindungsgetriebe 66, 67 auf 51. Das übrige Getriebe wurde bereits in den früheren Abbildungen gezeigt.
Aus Abb. 42 sind die zugehörigen Kennlinien zu ersehen. Die geringste Übersetzung beträgt, da die Leerlaufdrehzahl des Dieselmotors 5o0/0 der Volllastdrehzahl beträgt, Die Spitzenleistung der elektrischen Maschinen ist N" = 140/0 im positiven und 21% im negativen Bereich als Abstützleistung. Da die Verluste auch abstützend wirken, genügt es, den Leonardantrieb für 1/,; der Dieselleistung zu bemessen. Im Anfahrbereich müssen die beiden Kupplungen zu den Rädern 64 und 65 als Hilfsreibungskupplungen gesteuert durch ein Leistungsrelais kurzzeitig eingeschaltet werden, wenn schweres Anfahren vorliegt. Da der Dauerbetrieb bereits bei der 2,8fachen Zugkraft beginnt, ist es wohlpraktisch ausgeschlossen, daß im Anfahrbereich die Triebwerkanlage für längere Zeit voll ausgefahren wird. Die Schaltung kann jedoch so getroffen sein, daß beim Ansprechen des Leistungsrelais der Stellmotor des Regelgetriebes so weit abwärts steuert, bis die Überlastung aufhört, z. B. von 350/0 v auf 280/0 v. Von diesem Wert ab steigt die Zugkraft bis zum vierfachen Wert. Die Hilfsreibungskupplungen wirken also nur beim Anfahren, d. h. während der Beschleunigung des Fahrzeuges.
Da es bei diesem Getriebe nicht möglich ist, während des sechsten Teilregelbereiches die Eingangswelle des Umlaufrädergetriebes 3 auszuschalten, um einen zu großen Drehzahlanstieg von i5 zu unterbinden, wie es in Abb. 35 gezeigt wurde, müssen die Räder des Wechselgetriebes anders angeordnet sein. Vom Hauptmotor i aus gesehen ist zunächst das Verbindungsgetriebe 66, 67 anzuordnen, dann folgen die Räder 56, 57 und schließlich 218, 217. Die eine Wechselverzahnungskupplung liegt zwischen den Rädern 67 und 57, die andere zwischen 218 und 56. Im sechsten Teilregelbereich ist dann die Kupplung ii, 218 ausgeschaltet. Für das sichere Wiedereinschalten ist, wie in Abb. 35 gezeigt wurde, ein Hilfsgetriebe 220, 221, 222 mit Reibungskupplung vorzusehen.
Durch die Hilfsreibungskupplungen können auch Notgänge gebildet werden. Wenn die elektrische Einrichtung gestört ist, kann das Getriebe, falls gegewünscht, bis zur vollen Fahrgeschwindigkeit hoch geregelt werden. Außer den beiden Kupplungen zu 64 und 65 wird zweckdienlich noch die zum Umkehrtrieb gehörige Bremse für die Stufenbildung herangezogen.
Um die schwere Belastung des Umkehrtriebes nicht so häufig auftreten zu lassen, kann durch eine Begrenzung der Fortschaltgeschwindigkeit des Stellantriebes für das Regelgetriebe nach oben die Anfahrzugkraft wesentlich herabgesetzt werden.
Bei allen Getrieben ist die Fahrgeschwindigkeit weit über ioo°j° bei voller Leistung steigerbar. Dieses kann u. a. bei Straßenfahrzeugen, sofern die gesetzlich zulässigen Geschwindigkeiten höher liegen, von großem Vorteil sein. Aus wirtschaftlichen Gründen (Reifenfrage) ist diese Geschwindigkeitssteigerung nur eine vorübergehende, d. 1i. kurzzeitige Maßnahme, z. B.,beim Überholen anderer Fahrzeuge.
Mit diesen Beispielen sind die Getriebskombinationen keineswegs erschöpft. Das vorgeschaltete wie auch das nachgeschaltete Getriebe können andersartig, z. B. vielteiliger sein. Diese nachgeschalteten Wechselgetriebe haben bei Radpaaren n Stufen, die wahlweise kontinuierlich ohne Energielücken zu schalten sind, d. h. also bei vier Rädern vier Stufen, bei sechs Rädern sechs Stufen, bei acht Rädern acht Stufen und so fort. Nach der Erfindung kann bei der gleichen Anzahl der Räder die Stufenzahl dadurch erhöht werden, daß eine oder mehrere Stufen mit einem ganzen Vielfachen des sonst gleichen Stufensprunges ausgeführt werden. Diese Stufen sollen '.Multiplikationsstufen, das übrige Wechselgetriebe Grundwechselgetriebe genannt werden. Mit Hilfe einer solchen Multiplikationsstufe kann der Bereich des Grundwechselgetriebes zweimal durchlaufen werden, und zwar einmal mit dieser Stufe und einmal ohne dieselbe. Hierbei ist die Multiplikationsstufe gleich der Gesamtübersetzung des Grundwechselgetriebes. Weist das nachgeschaltete Wechselgetriebe beispielsweise sechs Räder auf, so besitzt das Grundwechselgetriebe bei vier Rädern vier Stufen. Mit einer Multiplikationsstufe ergeben sich dann acht Stufen für das gesamte Wechselgetriebe.
Nach Abb. 43 besteht das Getriebe aus den Rädern 49, 50, 101, 102, 107, io8. Das Getriebe wird abwechselnd über die Umlaufrädergetriebe 3 und 4 von den Wellen 13, 53 angetrieben. 9 ist die Abtriebswelle. Die Welle 13 kann entweder mit dem Rad 49 oder mit dem Rad 102 verbunden werden. Die Welle 53 ist ständig mit dem Rad 5o und die Welle 9 ständig mit dem Rad io8 verbunden. Zwischen den Rädern 5o und ioi, 102 und 107 sowie 101 und io8 liegt je eine Kupplung. Es gibt folgende acht Schaltungen 1. 13, 49, 50, 1o1, 1o2, 1o7, 1o8, 2. 53, -, 50, 1o1, 1o2, 1o7, 1o8, 9; 3. 13, -, , -, 1o2, 1o7, 1o8, 9; 4. 53, -. 50, 49, 1o2, 1o7, 1o8, 9; 5. 13, 49, 50, 1o1, -, -, 1o8, 9; 6. 53, -, 50, 1o1, -, -, 1o8, 9; 7. 13, -, , -, 1o2, 1o1, 1o8, 9; 8. 53, -, 50, 49, 1o2, 1o1, 1o8, 9.
Dieses Getriebe hat jedoch nicht die Eigenart, daß sich alle Stufen lückenlos aneinanderreihen. Zwischen der vierten und fünften Stufe muß die Kupplungsschaltung bei Energieunterbrechung durchgeführt werden. Die Zeitlücke kann bei geeigneter Schalteinrichtung den Bruchteil einer Sekunde betragen, da Antriebs- und Abtriebswelle die für die Kupplung richtige Drehzahl aufweisen. Diese Lücke fällt weg bei sechs Stufen, wie es bereits in Abb. 15 gezeigt wurde. Die Multiplikationsstufe fällt hier weg, weil diese Stufe nur den Stufensprung des Grundwechselgetriebes aufweist. Es ist also ein nachgeschaltete Vielstufenwechselgetriebe mit sechs Rädern. Gegenüber Abb. 15 ist jedoch die Zahl der Verzahnungskupplungen auf sechs herabgesetzt worden, von denen. fünf mit einseitigen Abweisflanken auskommen, da sich beim Kupplungsschalten die eine Kupplungshälfte stets von der gleichen Richtung der anderen Hälfte nähert. Die sechste Kupplung, welche die Welle 13 mit dem Rad 107 verbindet, ist als Doppelkupplung auszuführen oder mit anderen Hilfsmitteln so zu gestalten, daß die Kupplung, gleichgültig ob sie von der einen oder anderen Richtung der Synchronlage gesteuert, stets sanft einschaltet.
Die Wirkung der Multiplikationsstufe ist größer, wenn ein Grundwechselgetriebe mit sechs Rädern um eine Multiplikationsstufe ergänzt wird. Diese Multiplikationsstufe verdoppelt die Stufenzahl dann auf zwölf. Der Stufensprung muß jedoch sehr nahe an i liegen, wenn die Multiplikationsstufe noch praktisch mit zwei Rädern herstellbar sein soll. Wichtiger ist das Getriebe mit lückenloser Stufenfolge. Auch hier ist es notwendig, auf zwei Stufen zu verzichten. Durch diesen Verzicht ist es in allen Fällen möglich, die um zwei Potenzen kleineren Multiplikationsstufen auszuführen, wie es in Abb. 44 gezeigt wird.
Die Gesämtstufenzahl läßt sich wie folgt errechnen: n ist gleich der Stufenzahl des Grundwechselgetriebes multipliziert mit 2 minus 2, d. h. n = 6 - 2 - 2 = 10 Stufen. Die Multiplikationsstufe hat eine Übersetzung die gleich der dritten Potenz der Übersetzung der einzelnen Wechselstufe ist. Wie aus der Abb. 2 zu ersehen ist, lassen acht Räder und zehn Kupplungen zehn Schatstufen zu. Die nachfolgende Aufstellung gibt die für die einzelnen Schaltstufen wirksamen Räder an 1. 13, 49, 50, 101, 102, 107, io8, 141, 142, 9; 2. 53, --, 5o, 101, 102, 107, 108, 141, 142, 9- 3. 13, -, -, -, 102, 107, 108, 141, 142, 9; 4. 53. -. --, --, -. 141, 142, 9; 5. 13, 49, 50, 101, 102, 107, -, -, 142, 91-6. 53, -, 50, 101, 102, 107, -, -, 142, 9; 7. 13, -, -, -, 102, 107, - -, 142, 9; 8. 53, -. -. --, -, -, 108, 107, 42, 9; 9. 13, -, -, -, 102, 101, 108, 107, 142, 9; io. 53, -, 50, 49, 102, 101, 108 108, 142, 9. Nach dem gleichen Verfahren sind noch vieheiligere Getriebe aufzubauen. Die Aufgabe wird stets 11 vereinfacht, wenn eine oder zwei Lücken in Kauf genommen werden. Wird beispielsweise an das Getriebe nach Abb. 44 noch ein weiteres Multiplikationsgetriebe mit der Chersetzung gleich der Gesamtübersetzung nach Abb 44 angereiht, so ist bei zwanzig Stufen nur eine Lücke vorhanden, die, falls gewünscht, durch eine Stützwelle in an sich bekannter Weise kurzzeitig überbrückt sein kann. In diesem Falle würde keine Energielücke auftreten.
Die bisher aufgeführten Beispiele lassen bereits erkennen, daß der Getriebeaufbau sich weitgehend nach dem Verwendungszweck und insbesondere nach der Lastkennlinie richtet. Die Lastkennlinie gibt das Lastgrenzdrehmoment über dem reziproken ü1> >-setzungsverhältnis an. Ist die Hauptmotordrehzahl konstant, so ist die Abszisse gleichzeitig die Lastdrehzahl n. Aus den praktisch ermittelten Lastkennlinien heben sich vier Kennlinien heraus.

In diesen Gleichungen können n1 und n2 beliebig vorgegebene Werte sein. Meist sind sie ohne Nachteile geringfügig änderbar. n1 kann auch negative Werte haben und insbesondere Null sein.
Aus den Beispielen ist zu ersehen, daß sich der Hauptregelbereich aus Teilregelbereichen und dieser meist aus Halbbereichen zusammensetzt. Zwei Halbbereiche eines Teilbereiches können gleich oder verschieden groß sein. Meist stehen die Halbbereiche und die Teilbereiche in einem solchen mathematischen Verhältnis zueinander, daß es leicht möglich ist, durch eine zusammengesetzte arithmetische und geometrische Reihe den Getriebeaufbau in seiner Stufung festzulegen.
Da bei den vorwiegend interessierenden Getrieben im Höchstfall die Weiten von vier aufeinanderfolgenden Teilregelhalbbereichen mathematisch unabhängig voneinander sein können, sollen diese wie folgt bezeichnet werden. Die Halbbereiche des ersten Teilregelbereiches a1, a2 und die des folgenden a3, a4.
Hat ein Teilregelbereich zwei gleiche Halbbereiche, so ist seine Weite 2 a. Alle anderen Teilregelbereiche dieses Getriebes sind dann gleich oder um den einfachen bzw. um den vielfachen Stufensprung q der nachgeschalteten Wechselgetriebestufen größer, wobei die Übersetzungen der Umlaufrädergetriebe und die maximalen Käfigdrehzahlen untereinander gleich sein müssen.
Werden die toten Bereiche, in denen ohne Schlupf keine Übersetzungen gebildet werden, mit b bezeichnet, so sind alle Symbole der Aufbaugleichung genannt worden, die in der jedesmalig gültigen Zusammensetzung die Summe i ergeben müssen.
Es folgen einige Beispiele: L.K.i a + 2 a = i (Abb. 21) ; a + 2 a + 2 a = i (Abb. 8 und 9 Verstärkergetriebe) ; 2a +2a +2a=i; b + 2a + 2a + 2a + 2a = i. L. K. 2 b + (a1 + a2) + (a3 + a4) = i (Abb. 18 und i9). L. K. 3 b + 2 a + 2 a - q = i (vor- und nachgeschaltete Wechselgetriebestufe) ; b + 2a + 2a # q + 2a - q2 + 2a . q3 = i (Abb. io und ii ohne o); L. K. 4 2a +2a +2a-q=1; a + 2a + 2a + 2aq = i; 2a +2a +2a+2aq=i; a +2a +2a +2a+2aq=i; a-q+2a+2a-q=i; 2a-q+2a+2a-q=i; a + 2a - q + 2a + 2a # q = i.
Die Gleichungen mit den beiden Unbekannten a und q sind analitisch zu lösen, wenn noch eine 2. Gleichung, die aus den Hyperbelbeziehungen abzuleiten ist, aufgestellt wird. Diese lautet für das letzte Beispiel weil die Maximalleistungen des Umkehrtriebes in den letzten Teilregelbereichen gleich sein sollen. Mit a = ';',, und q = 1,5 sind die beiden Gleichungen gelöst und die Getriebestufung dieses Beispiels festgelegt.
Bei der Ermittelung der a1-, a,-, a,-, a4 Werte der L.-K.-2-Linie ist zu beachten, daß die Drehmomentlinie angenähert eine Parabel ist.

Einige Gleichungen für verschiedene Halbbereiche lauten:

(a1 + a2) + (a1 + a2) + q (a1 + a2) = 1

(8,35 + 16,7) + (8,35 + 16,7) + 2 - (b,35 + 16,7) = 100°/o

(a1 + a2) + (a1 + a2) + (a1 + a.) + q (a1 + a2) = 1

(8,9 + 13,3) + (8,9 + 13,3) + K9 + 13,3) + (13,3 + 20) --- 100°/u

a2 ' q + (a1 + a2) + q (a1 + a2) = 1 ; R = q ' a1

29,6 + (8,7 + 16) + 1,85 (8,7 + 16) = ioo°/o; R - 16°/n

a2 + q (a1 + a2) + (a1 + a2) + q (a1 + a.) = i ; R = a1

13,i + 1,49 (8,8 + 13.1) + (8,8 + 131) + (13,1 + 19,5) = ioo°/o; R = 8,8

Die rechts herausgestellte Gleichung gilt für den Rückwärtsbereich.

Wie aus den Lösungen zu ersehen ist, wurde a2 = a1 - q gewählt, um den Umkehrtrieb möglichst gut auszunutzen. Wird auf eine bessere geometrische Abstufung größerer Wert gelegt, so wird a2 = a1 - q1 gesetzt, wobei q12 = q ist. Hierbei wird, wie bereits früher gezeigt, der Räderaufwand für den Umkehrtrieb größer.
Bei Einschaltung eines Verstärkergetriebes zeigen die Aufbaugleichungen beispielsweise folgendes Bild: b+3-2a+3-2a-q+3-2a.q2+3-2a-q3=i(Abb.16 und 17), d. h. 3 - 2 Halbbereiche bilden einen Teilregelbereich.
Wird an Stelle eines Umkehrtriebes ein Hilfstrieb gewählt, der einseitig von der Drehzahlnullinie arbeitet, so würde sinngemäß an Stelle von 2a nur a treten. Hierbei ist zu beachten, daß die Größe des Hilfsregelbereiches bei der Größenbestimmung der Hilfsleistung eine wenn auch meist praktisch zu vernachlässigende Rolle spielt. Um so mehr, da der Regelbereich z. B. beim Leonardantrieb immer etwas größer gewählt wird, damit die Drehzahllinien sich schneiden und die Verzahnungskupplungen mit Abweisflanken sicher zum Eingriff kommen.
Die bisher aufgeführten Gleichungen gelten für eine kontinuierliche Regelung. Ist die Regelung z. B. infolge Wahl eines polumschaltbaren Drehstrommotors als Hauptantrieb diskontinuierlich, so wird dieses zweckmäßig durch vertikale Trennstriche in der Aufbaugleichung gekennzeichnet. Sind für den stationären Betrieb Lücken vorhanden, die durch Drehzahlsenkung, Kupplungsschlupf o. dgl. überbrückt werden, so sind diesen entsprechende b-Werte ein zusetzen.
Wird die Käfigdrehzahl in einem Halbbereich oder häufiger geändert z. B. durch Schnellganggetriebe, Hilfswechselgetriebestufen, Feldschwächung o. dgl., so kann die Aufbaugleichung folgendes Aussehen erhalten: a +2a+(a+a-q)=i; R=a, wobei q' der Drehzahlverstärkungsfaktor ist. Eine Aufstellung der 'Maximalhilfsleistungen gibt die notwendige Ergänzung, um auch ohne graphisches Schema einen Überblick über das zu planende Getriebe zu erhalten.
Es würde zu weit führen, alle notwendigen Ergänzungen (z. B. Berücksichtigung der Schonbereiche) aufzuführen, die für die Aufstellung einer umfassenden Getriebesystematik erforderlich sind. Die bisher gemachten Angaben reichen aus, um mehr als tausend Getriebekombinationen aufzustellen. Kleine Abwandlungen sind oft von großer Bedeutung.
Da die vorliegenden Regelgetriebe für fast alle Kraft-, Arbeits-, Schiffs-, Fahrzeug- und sonstigen Maschinen mit umlaufender Welle wegen ihrer weitgehenden Anpassungsmöglichkeit in Frage kommen können, sollen auch die bevorzugten Maschinen nicht aufgezählt werden. Es wird nur noch ein Blick in die Schwungradantriebe ge«,orfen.
Der reine Schwungradantrieb ist ti. a. vorteilhaft für Rangier- und Grubenlokomotiven, Schlepper, Lastkarren, Stadtomnibusse, Trieb-, Post- und Lieferwagen, Fährschiffe und Hilfshebezeuge auf Karren u. dgl.
Ein stationärer Motor, ein Zwischenspeicher oder eine ähnliche Einrichtung ladet in der vorgegebenen Zeit den Schwungradspeicher wieder auf. Für diese Zwecke sind die vorliegenden Regelgetriebe besonders gut geeignet. Die Regelgetriebe müssen den Kraftfluß sowohl nach der einen als auch nach der anderen Seite bei bestem Wirkungsgrad führen. Es wird eine gute Regelfähigkeit verlangt. Getriebeüberlastungen dürfen nicht auftreten. Das Getriebe ist häufig die Verbindung von zwei großen Massen. Auf keinen Fall darf der Schwungradspeicher überladen werden.
In Betriebe- und regeltechnischer Hinsicht ist die Pufferschaltung des Schwungradspeichers außerordentlich interessant. Die Pufferspeicherung ist u. a. bei den folgenden Fahrzeugen, Kraft- und Arbeitsmaschinen besonders wirtschaftlich: Rangier- und Grubenlokomotiven, Triebwagen, Stadtomnibusse, Windkraftanlagen, Walzwerke, Hebezeuge und Zentrifugen. Die Getriebeanlage eines Stadtomnibusses soll an drei Beispielen kurz betrachtet werden.
Drei Regelgetriebe sind nach Abb. 46 wie folgt eingesetzt: Das 3lotorregelgetriebe RM zwischen dem Motor i und einer Zwischenwelle ZW.
Das Speicherregelgetriebe RS zwischen der Zwischenwelle ZW und dem Schwungradspeicher Sp.
Das Fahrregelgetriebe RF zwischen der Zwischenwelle ZW und den Treibrädern T.
Am einfachsten liegen die Verhältnisse, wenn die Zwischenwelle ZW stets angenähert die gleiche Drehzahl behält.
Das Motorregelgetriebe RM muß dann für die wirtschaftlichste Fahrweise (konstantes Grenzdrehmoment) eine negative Lastkennlinie i erhalten. Die Hauptleistung ist maximal ioo%. Die Getriebeaufbaugleichung 2(a + 2a + 2a = i führt zu einem Umkehrtrieb mit einer Leistungsfähigkeit von 16,7% der maximalen Hauptleistung.
Der Motor kann jederzeit stillgesetzt und vom Speicher wieder angeworfen werden. Er dient auch als Motorbremse, wenn der Speicher die Bremsenergie nicht aufnehmen soll oder kann. Da die Verbrennungskraftmaschine i elastisch ist, sind an dieses Getriebe keineholien Regelanforderungen zu stellen, so daß auch ein Stufenumkehrtrieb zur Wahl steht.
Für das Speicherregelgetriebe RS ist infolge der konstanten Grenzleistung und des kleinen Gesamtregelbereiches die Lastkennlinie 3 zu wählen. Um eine hohe Bremsenergie aufnehmen zu können, ist das Getriebe für 2000/0 Maximalleistung auszulegen. Im normalen Betrieb erstreckt sich der Regelbereich von 0,7 bis i. Auf längeren Steigungen kann der Speicher weiter abgesenkt werden, was natürlich die Leistungsfähigkeit der Verbrennungskraftmaschine mindert. Die untere Grenze soll daher zwischen 5o und 6o liegen.
Aus der Aufbaugleichung b+a.+a.q+a-q2+a.q3=i 70 -f- 6,5 + 7.1 -f- 7,8 -f- 8,6 = ioo% ist zu entnelinien, daß der Hilfstrieb für das Speicherregelgetriebe 8,6% des Regelnennwertes leistet. Da dieses Getriebe auch schnell regelbar ist, kann es auch ein stufengeregeltes Fahrgetriebe RF regeltechnisch unterstützen. Hat das Regelgetriebe RS seine untere Stellung erreicht, so erfolgt die weitere Drehzahlsenkung des Speichers bei festem Übersetzungsverhältnis.
Das Fahrregelgetriebe RF ist ebenfalls für Zoo 0/0 Maximalleistung, jedoch nach der Lastkennlinie 4 auszulegen. Der hyperbolische Abschnitt ist hier jedoch klein, weil der Speicher und die Verbrennungskraftmaschine zusammen über das Fahrregelgetriebe beschleunigend auf das Fahrzeug einwirken. Die maximale Antriebsleistung ist für RF zu groß. Es soll daher die Verbrennungskraftmaschine i möglichst immer mit ihrer wirtschaftlichsten Drehzahl bzw. Leistung fahren. Hierbei liefert der Speicher Sp die bis zur Nennleistung des Getriebes RF fehlende Energie.
Die Aufbaugleichung lautet

Das Verstärkergetriebe setzt die Leistung des Umkehrtriebes auf 4 - 1,67 = - 6,5°/o herab. Das Fahrregelgetriebe soll jedoch nicht für das i,67fache, sondern für das 2- bis 2,5fache Anfahrmoment ausreichend dimensioniert sein. Der Umkehrtrieb wird maximal 1,2- bis i,5fach überlastet. Ein zeitabhängiges Lastrelais verhindert, daß das Regelgetriebe längere Zeit mit hochbelastetem Umkehrtrieb arbeitet. Die maximale Rückstellung beträgt nur wenige Prozent der normalen Fahrgeschwindigkeit. Mit dem hier besonders geeigneten Umkehrleonardantrieb von 6,5% und einer halbselbsttätigen Steuerung ist der Omnibus leicht, elastisch und wirtschaftlich zu betreiben.
Aber auch dann wenn das mit Pufferschwungradspeicher ausgerüstete Fahrzeug nur zwei Regelgetriebe erhält, sind wirtschaftliche Lösungen möglich.
Wird das Motorregelgetriebe RM durch einen Freilauf ersetzt, so kann der Motor entweder mit seiner Nenndrehzahl bei allen Belastungen laufen, oder er läuft mit seiner Leerlaufdrehzahl leer. Wird er während der Fahrt stillgesetzt, so muß er durch einen Anwurfmotor wieder in Gang gesetzt werden. Für die Motorbremsung ist der Freilauf zu sperren.
Wird das Speicherregelgetriebe RS durch eine schaltbare Kupplung ersetzt, so ist es angezeigt, bei vergrößertem Schwungradspeicher die normale Drehzahlsenkung nur bis auf o,8 zuzulassen. Da die Zwischenwelle ZW die Speicherdrehzahländerungen mitmacht, sind die Übersetzungen des Motor- und des Fahrregelgetriebes so zu ändern, daß der Motor auch bei niedriger Speicherdrehzahl genügend leistet und die Fahrgeschwindigkeit groß genug bleibt. Die Speicherkupplung soll im normalen Betrieb nur selten bedient werden. Bei dieser Lösung muß das Fahrregelgetriebe hochwertiger ausgebildet werden, so daß die durch den Fortfall des Speicherregelgetriebes erzielten Ersparnisse stark schwinden.
Bei allen drei Lösungen kann der Schwungradspeicher mit dem gezeigten Getriebeaufwand nicht vom Stillstand aus aufgeladen werden.
Am einfachsten ist eine besondere stationäre oder fahrbare Ladevorrichtung, mit der kurz vor Inbetriebnehme des Fahrzeuges der Speicher bis zur Leerlauf- ; drehzahl des Verbrennungsmotors aufgeladen wird. Ist ein Speicherregelgetriebe vorhanden, so erleichtert dieses den Ladevorgang.
Eine andere, von äußeren Hilfsmitteln unabhängige Lösung, ist die Benutzung des Fahrregelgetriebes als Ladegetriebe. Ein Rückführgetriebe, das meistens nur aus zwei Rädern besteht, sowie einer Trenn- und einer Wechselverzahnungskupplung, verbindet den Speicher bzw. das Speicherregelgetriebe mit der Sekundärseite des Fahrregelgetriebes. Nachdem dieses Regelgetriebe von den Treibrädern getrennt ist, wird der Speicher voll aufgeladen.
Bei den stationären Antrieben treten grundsätzlich gesehen keine neuen Probleme auf. Ist die Hauptmotordrehzahl konstant, so fällt das Motorregelgetriebe forf. Sind zwei Arbeitsmaschinen vorhanden, die wechselweise arbeiten, so genügt ein kleiner Speicher, der die Energiedifferenzen ausgleicht. Der Getriebeaufwand ist dann ein Speicherregelgetriebe und zwei Fahr- oder hier besser gesagt zwei Arbeitsregelgetriebe. Bei den Windkraftanlagen ermöglicht das Regelgetriebe die wirtschaftliche Ausbeutung der Schwachwinde sowie die Drehzahlsenkung des Rades im Sturm bei konstanter Generatordrehzahl. Die pulsierenden Energieströme, die bei böigem Wind auftreten, werden durch Schwungradspeicher geglättet.
Nachdem neue Vorschläge über den Getriebeaufbau und über die Anwendung der Regelgetriebe gemacht wurden, folgen Ausführungen über die einzelnen Getriebeteile.
Wenn auch die Hauptantriebsmaschine selbst nicht zum Getriebe gehört, so beeinflußt sie doch wesentlich den Getriebeaufbau. Bei Fahrzeugen ist der Verbrennungsmotor als Otto-, Diesel- oder Generatormotor am meisten verbreitet. Er läuft schlecht an und besitzt häufig keine große Drehzahlregelfähigkeit. Auf seine Eigenarten sowie die der Dampf- und Gasturbine wurde bereits eingegangen. Während es bereits üblich war, zwischen Turbine und Arbeitsmaschine ein Getriebe mit fester Übersetzung zu schalten, um jede Maschine mit ihrer wirtschaftlichen Drehzahl laufen zu lassen, ermöglicht das neue Regelgetriebe, die Übersetzung stets so einzustellen, daß in jeder Arbeitsphase der wirtschaftlichste Betrieb gewährleistet ist. Geringe Getriebeverluste und gute Regelfähigkeiten sind die Voraussetzungen hierzu. Die Dampfkolbenmaschine erhält in der Regel kein Regelgetriebe. Sollte es zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit doch vorgesehen werden, so wird es äußerst einfach, beispielsweise so, wie es bereits für die Dampfturbine vorgeschlagen wurde.
Schwankt das Wassergefälle bei Wasserturbinen in weiten Grenzen, wie z. B. bei Ebbe-Flut-Kraftwerken, so kann ein Regelgetriebe wesentlich zur Rentabilität der Anlage beitragen. Die Verhältnisse liegen in einigen Punkten ähnlich wie bereits bei den behandelten Windkraftanlagen.
Der Elektromotor hat je nach der gewählten Bauart recht verschiedene Eigenarten. Die größte Überlastungsfähigkeit und die besten Anlaufeigenschaften besitzt der Gleichstrommotor. Auch ist seine Regelfähigkeit gut. Trotzdem kann in vielen Fällen ein Regelgetriebe sowohl beim Gs-Hauptstrommotor als auch beim Nebenschlußmotor die Wirtschaftlichkeit oder die Regelfähigkeit beträchtlich verbessern. Häufiger ist der Drehstromasynchronmotor., der auch als polumschaltbarer Motor bei Regelantrieben gewählt wird. Da seine Überlastungsfähigkeit gering ist, wird ein Regelgetriebe nicht nur zur Überbrückung der großen Stufen, sondern häufig auch zur Drehmomentsteigerung benötigt. Wenn die regeltechnischen Anforderungen nicht sehr gering sind, liegt die Aufgabe so, daß bei Wahl eines Motors mit konstanter Antriebsdrehzahl sowohl ein nachgeschaltetes als auch ein vorgeschaltetes Wechselgetriebe zur Anwendung kommt. Es ist alternativ zu untersuchen, ob das vorgeschaltete Wechselgetriebe eingespart werden kann bei Wahl eines polumschaltbaren Drehstrommotors. Beim Synchronmotor kann unter Umständen eine Anfahrkupplung vorteilhaft sein.
Soll die elektrische Fernbahn aus dem allgemeinen Versorgungsnetz gespeist werden, so sind die bei z62/3-bewährten Kommutatormotoren nicht zu verwenden. Hier kann das neue Regelgetriebe helfen. Der Einphasenwechselstrom von beispielsweise 50- wird auf dem Fahrzeug durch einen Spaltphasentransformator in Drehstrom gleicher Frequenz verwandelt, welcher den als Hauptantriebsmaschinen verwendeten Synchron- bzw. Asynchronmotoren zugeführt wird. Alternativ kann auch ein Einphasenmotor in Erwägung gezogen werden, wobei jedoch ein größeres Regelgetriebe zu berücksichtigen ist.
Akkumulatorfahrzeuge gewinnen durch das Regelgetriebe, weil die Antriebsmotoren dann stets mit ihren wirtschaftlichsten Drehzahlen laufen und auch hier die Energierückgewinnung keinen zusätzlichen Aufwand erfordert. Bei kürzerer Entladezeit ist der Schwungradspeicher vorzuziehen.
Für den Hilfsregeltrieb, der die Cbersetzungsänderung innerhalb der Teilregelbereicheverursacht, wurde die allgemeine Bezeichnung Hilfstrieb gewählt, weil jede Antriebsmöglichkeit bei änderbarer Drehzahl in veredelnder Weise nutzbar gemacht werden kann. Erfolgt die Drehzahländerung des Hilfsregeltriebs sowohl auf der einen als auch auf der anderen Seite der Nullinie, so wird er Umkehrtrieb genannt, um den Drehrichtungswechsel zu kennzeichnen. Meist wird die Bezeichnung Hilfstrieb nur dann gewählt, wenn die Drehzahländerung nur auf der einen oder nur auf der anderen Seite der Nullinie vor sich geht.
Das mechanische Stufengetriebe und der polumschaltbare Ds-Kurzschlußläufermotor geben in vielen Fällen eine genügend feinstufige Chersetzungsänderung. Bei höheren Ansprüchen werden stufenlos regelbare Hilfsantriebe hydraulischer, elektromotorischer oder sonstiger Bauart gewählt. Reibrad-, Schaltwerk-und andere Hilfsregelgetriebe sind auch geeignet. Es darf jedoch nicht verkannt werden, daß sich die Eigenarten dieser Getriebe in der Charakteristik des Hauptgetriebes ausprägen. Ein lastabhängig arbeitender Hilfstrieb macht auch das Hauptgetriebe last- bzw. grenzlastabhängig. Um hierbei die Umschaltungen von einem Teilregelbereich zu dem anderen möglichst einfach vornehmen zu können sind zwei oder mehrere Hilfs- bzw. Umkehrtriebe vorzusehen, von denen jeweils nur einer arbeitet. Dieses ist natürlich dann nicht erforderlich, wenn die Zuordnung von Kraftflußrichtung und Drehrichtung bequem änderbar ist wie bei elektrischen Antrieben, insbesondere wie beim Leonard-, Metadynantrieb o. dgl.
Muß der Regelbereich des Leonardumkehrtriebes außerordentlich groß sein, so ist die Hintereinanderschaltung von zwei Leonardantrieben, also die Wahl einer Haupt- und einer Feinumkehrmaschine, angezeigt.
Am naheliegendsten erscheint der Aufbau, die Umkehrmaschine über ein Differentialgetriebe auf den Käfig des Umlaufräderregelgetriebes arbeiten zu lassen und durch eine Hilfsmaschine, die ebenfalls auf das Differentialgetriebe einwirkt, die Drehzahllinie so weit herabzusetzen, daß auch Null angefahren werden kann. Bei Durchgang durch Null müssen gleichzeitig Umkehrmaschine und Hilfsmaschine reversiert werden. Eine auch sonst vorteilhafte Bremse, die als Fliehkraftsicherheitsbremse wirkt, sorgt durch ihre Einschaltung bei Null für den ordnungsgemäßen Drehzahlausgleich. Nachteilig ist jedoch, daß beim Betrieb um Null herum die beiden Maschinen fortwährend reversieren müssen und daß hiermit ein Zeitverlust verbunden ist. Das ständig eingeschaltete Differentialgetriebe muß obendrein in Kauf genommen werden.
Es ist deshalb vorteilhaft, Haupt- und Feinumkehrmaschine über eine Wechselkupplung wahlweise arbeiten zu lassen. Die Wechselkupplung wird bei gleicher Drehzahl der beiden Maschinen betätigt. Die hierzu erforderlichen Mittel sind bekannt. Die Feinumkehrmaschine läuft vorzugsweise dauernd, während die Hauptumkehrmaschine im Feinbereich still steht und erst kurz vor der zu erwartenden Schaltung wieder anläuft. Am vorteilhaftesten ist in den meisten Fällen der nachfolgende Erfindungsvorschlag, welcher an einem Beispiel nach Abb. .47 erläutert werden soll.
DieHauptumkehrmaschine UHstehtständigmit dem Käfig des Umlaufräderregelgetriebes in Verbindung. Die Feinumkehrmaschine UF wird nur im Feinregelbereich hinzugeschaltet. Es muß dafür gesorgt werden, <laß unabhängig davon, ob Motor- oder Generatorbetrieb vorliegt, die beiden Maschinen nicht gegeneinander arbeiten. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß bei geschlossenen Ankerstromkreisen die Feinumkehrmaschine in ihrem Wirkungsbereich die Betriebsart angibt und die Leistung der Hauptumkehrmaschine um Null herum pendelt. Zu diesem Zweck besitzt die Hauptleonardmaschine LH außer dem fremd erregten Hauptfeld FLH und sonstigen hier nicht angezeigten Hilfsfeldern ein sehr schwaches Kompoundfeld FHF, das vom Ankerstrom des Feinantriebes UF-LF zeitweise durchflossen wird. Ein Vibrationsrelais RV steuert diesen Feldstrom. Die Feinleonardmaschine LF besitzt, wie üblich, das fremd erregte Feld FLF. Der Stellwiderstand WF regelt den Feldstrom. Für das Hauptfeld FLH ist der Stellwiderstand WH vorgesehen. Der Stellmotor M stellt die Widerstände ein, wobei das Getriebe GW dafür sorgt, daß nur im Feinbereich WF verstellt wird. Ähnliche Getriebe sind zur Genüge bekannt. Der Umschalter S U erwirkt die Reversierung der Felder FLH und FLF. Bei 36o° Drehung des Stehwiderstandes werden diese Felder der Leonardmaschine von Null aus zunächst positiv verstärkt bis zum Maximum, dann wieder herabgesetzt bis auf Null, weiterhin bis zum negativen Maximum verstärkt und anschließend wieder bis auf Null vermindert. RH und RF sind Stromrichtungsrelais für die Steuerung des Vibrationsrelais RV und für die Schwächung des Feldes FLH in Reihenschaltung mit dem Kupplungskontakt SK und Widerstand W. Die Kupplung K wird eingeschaltet, wenn der Widerstand WF beginnt, sich zu bewegen aus der positiven oder negativen Maximumstellung gegen Null. Diese Einschaltung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Stellung des Stellwiderstandes WH erfolgen, jedoch besser bei Erreichen des Gleichlaufens der beiden Kupplungshälften K. Die Kupplung wird wieder gelöst, wenn WF seine negative oder positive Maximumstellung (Umkehrpunkt) erreicht hat. Die Kupplung K wirkt also wie eine Freilauf- oder Überholkupplung, jedoch mit dem Unterschied, daß es gleichgültig ist, ob UF als Motor oder als Generator arbeitet. Mit dem Betätigungsschalter SM, der auch ein Regelgerät sein kann, wird der Stellmotor M rechts- oder linkslaufend gesteuert.
Um die Wirkungsweise dieser Einrichtung zu verstehen, müssen vier Betriebszustände beachtet werden. Die Maschinen UH und UF arbeiten nach der Stellung der Stehwiderstände WH und WF zusammen rechtsdrehend oder linksdrehend, und bei jeder Drehrichtung kann die Maschine UF entweder als Motor oder als Generator arbeiten. Letzteres hängt von äußeren Lastverhältnissen ab. Die vier Betriebszustände geben folgendes Bild: UF rechtsdrehend arbeitet als Motor: Der Ankerstrom von LF über RF nach UF. Die Relaiskontakte von RF sind, wie gezeichnet, nach rechts gelegt. Die Kompoundwicklung FHF schwächt das Feld FLH, bis der Generator LH zum Motor wird und der Ankerstrom umkehrt. Der Relaiskontakt RH bewegt sich dann von rechts nach links; in demselben Augenblick bekommt die Relaisspute RV Strom und FHF wird kurzgeschlossen. Die Wicklung FLH erzeugt ohne'die Gegenwirkung von FHF ein zu starkes Feld, so daß LH wieder zum Generator wird und der umkehrende Strom den Relaiskontakt wieder, wie gezeichnet, nach rechts bewegt. RV fällt ab, und dieses Spiel beginnt von neuem.
UF rechtsdrehend arbeitet als Generator: Der Ankerstrom fließt von UF über RF nach LF. Die Relaiskontakte liegen entgegen der Zeichnung links. Es fließt zu FLH ein Parallelstrom über SK und W. Durch die Wicklung von FLH fließt also ein kleinerer Strom bei sonst gleichen Verhältnissen. Da der Strom in FHF jetzt eine Feldverstärkung bewirkt, wird der Motor LH zum Generator. Der Relaiskontakt RH geht dann in die gezeichnete Stellung, die Spule RV bekommt Strom und FHF wird kurzgeschlossen. LH arbeitet wieder als Motor und RH schaltet nach links, RV fällt ab, und das Spiel beginnt von neuem.
UF linksdrehend arbeitet als Motor: Der Ankerstrom fließt von LF über UF und RF nach LF zurück. Die Relaiskontakte liegen links. Die wirksamen Stehwiderstände WH und WF sowie die Umschalter SV befinden sich ebenfalls in der linken Hälfte der Kontaktbahn. Das Kompoundfeld FHF schwächt das Feld FLH und so fort. Der Vorgang verläuft sinngemäß wie beim rechtsdrehenden Motor.
UF linksdrehend arbeitet als Generator: Hierbei ist die Erregung durch den Parallelstromkreis über W geschwächt und FHF wirkt verstärkend, wie bereits sinngemäß dargestellt.
Die lastabhängige Beeinflussung der Feldsteuerung LH ist in vielen Fällen sehr vorteilhaft. Es ist natürlich auch möglich, direkt durch Einwirkung auf FLH die gewünschte Feldbeeinflussung herbeizuführen. Auch kann durch ein Nullstromrelais, das an Stelle von RH tritt, ohne RF das Feld von LH in dem gewünschten Sinne beeinflußt werden. Diese und ähnliche Nullstromregelschaltungen sind an sich bekannt.
Die Stellwiderstände für die Leonardumkehrtriebe müssen so wirken, daß bei absolut größter Drehzahl die neu zusammenzuschaltenden Kupplungshälften synchron laufen. Bei Reibungskupplungen spielen geringe Unterschiede keine Rolle. Bei formschlüssigen Kupplungen sind jedoch gewisse Vorkehrungen zu treffen, die neu sind. Am einfachsten ist es, den Stehwiderstand so weit zu bewegen, bis die Kupplungshälften synchron laufen und selbsttätig einschalten. Diesen Schaltzustand benutzt man, um die Umkehrbewegung des Stellwiderstandes herbeizuführen. Soll der Stellmotor im gleichen Sinne weiterlaufen, so ist eine Umkehrkupplung zwischenzuschalten. Bei schnellen Drehzahländerungen kann sich die Feldträgheit hierbei störend bemerkbar machen.
Durch Hilfseinrichtungen wird erwirkt, daß trotz des ständig in einer Drehrichtung umlaufenden Abgriffes am Stellwiderstand die Leonardmaschine auch in ihren Umkehrpunkten richtig erregt ist. Die Umkehrmaschine erhält so auf jeden Fall ihre richtige absolute Höchstdrehzahl. Die verschiedenen Antriebsdrehzahlen des Hauptmotors i, die verschiedenen Temperaturen der Wicklungen und sonstige praktisch schwer zu vermeidende Unregelmäßigkeiten werden dabei ausgeglichen. Die Hilfseinrichtung Abb.48 arbeitet grundsätzlich so, daß der eigentliche Stellwiderstand WL einen zu großen Erregerstrom geben würde und deshalb ein Zusatzstellwiderstand WZ vorgesehen wird, der den Strom soweit schwächt, daß die Umkehrmaschine U im Umkehrpunkt des Steilwiderstandes (der Abgriff geht natürlich weiter) ihre richtige Höchstdrehzahl erreicht. Um dieses feststellen zu können, wird einerseits durch einen Vergleichswiderstand Ü'V in Nähe des Umkehrpunktes die jeweilige Entfernung bis zum Umkehrpunkt ermittelt, und andererseits wird mit Hilfe eines Differentialgetriebes und eines Meßgenerators G die jeweilige relative Drehzahldifferenz festgestellt. Sind beide Werte Null, so ist sowohl für den Stehwiderstand als auch für die Drehzahl der Umkehrmaschine der Umkehrpunkt erreicht. Bevor die Schaltung näher betrachtet wird, soll das Getriebe, das für den Antrieb des Meßgenerators erforderlich ist, erläutert werden.
Bekannt sind aus den früheren Beispielen die Umlaufrädergetriebe 3 und 4, die Verbindungsgetriebe 66, 67 und die ersten Räder 49, 5o des nachgeschalteten Wechselgetriebes. Die Kupplungen 13-49 und 53-5o sind zwei beliebig herausgegriffene Schaltkupplungen in Form von Verzahnungskupplungen.
Die Umkehrmaschine U ist der sonst mit 2 bezeichnete Umkehrtrieb. Sie wirkt über die Räder 64, 65 und die Wechselkupplung 14o auf die Räder 15 und 55 der Käfige der Umlaufrädergetriebe 3 und 4 ein. Mit den Rädern 15 und 55 sind noch die beiden Hilfsräder 130 und 132 fest verbunden, die jedoch einen etwas kleineren Teilkreis besitzen. Ihre Gegenräder 129 und 131 laufen bei ausgeschalteter Wechselkupplung 140 lose auf ihrer Welle zwischen Rad 64 bzw. 65 und Wechselkupplung 140. Wird 14o nach rechts eingeschaltet, so wird sowohl das Rad 64 als auch das Hilfszahnrad 129 mit der Umkehrmaschine verbunden. Das Rad 129 kann jedoch nur ein bestimmtes Grenzdrehmoment übertragen, da es als Rutschkupplung ausgebildet ist. Eine innere Begrenzungshülse o. dgl. sorgt dafür, daß das Rad trotz der Spreizfedern bei ausgeschaltetem Zustand frei läuft. Mit den Rädern 64, 65 stehen die beiden Antriebsräder 133, 135 in Verbindung, und zwar das eine über 134 zur Drehrichtungsumkehr. In die Sonnenräder 136, 137 greift das Planetenrad 138 hinein, welches über den Planetenstern nebst Welle 139 den Meßgenerator G antreibt. Der Generator G wird also stets mit der Differenzdrehzahl der Räder 15 und 55 angetrieben.
Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende: Die Wechselkupplung ist nach rechts geschaltet. Das Umlaufrädergetriebe 3 ist wirksam. Die Umkehrmaschine läuft von Null ab hoch. Das Rad 55 dreht sich schneller als 15. Der Generator G zeigt eine ansteigende Spahnung, die neu hinzuzuschaltende Verzahnungskupplung 53-5o fällt ein, bevor die Umkehrmaschine U ihre höchste Drehzahl erreicht hat. Von diesem Punkt ab wird trotz Steigerung der Drehzahl von U die Differenzdrehzahl kleiner. Das Rad 129 beginnt zunehmend zti schlüpfen. Die Drehzahl des Generator; G nimmt ab; sie ist Niill, wenn der Umkehrpunkt erreicht ist. Die Wechselkupplung 140 schaltet schlupflos um. Das Rad 131 schlüpft, bis die Verzahnungskupplung 13-49 ausschaltet. Die Gencratorspannung von G steigt zunächst bis zum Ausschaltpunkt der Kupplung 13-49 schnell an, um dann wieder bei sinkender Dreiezahl von U abzunehmen.
Dieser Generator G arbeitet auf eine Wicklung des Differentialrelais RD, die andere Wicklung wird von dem Generator 1. über einen Vergleichswiderstand YY'Y' gespeist. Der Erregerstrom <liescr Wicklung ist also abhängig von der Drehzahl U und von der Entfernung des Widerstandsabgriffes vom Umkehrpunkt. Das Differentialrelais RD steuert über den Stellmotor :11Z den Zusatzwiderstand 11'Z so, daß zu jeder bestimmten Stellung des Steilwiderstandes 11'L eine ganz bestimmte Relativdrehzahl von U gehört.
Über diese Steuerung hinaus k(»encel noch verschiedene Zusatzeinrichtungen getroffen werden. So kann beispielsweise der Stellmotor @11 zusätzlich oder übergeordnet beeinflußt werden, wenn der Einschaltpunkt der Verzahnungskupplung mit dem Einsetzabgriff des Vergleichstellwiderstandes 11'1' nicht weitgehend genug übereinstimmt. Wirkt der Vergleichswiderstand am ganzen Umfang, so übt 11'7_ dauernd seinen erwünschten Ausgleich aus. Abb. 11 zeigt nur ein Beispiel für den grundsätzlichere Aufbau. Bei ;ehr schnellen Regelvorgängen muß eine Röhrensteuerung gewählt werden, die an sich bekamnt ist. Die Querfeldmaschine kann auch in Frage kommen.
Auch bei vereinfachten Steuerungen kann die Ausbildung des Getriebes zwischen dem Umkehrantrieb U und den zweiten Gliedern der Umlaufrädergetriebe 3 und 4 beibehalten werden. Das selbsttätige Einschalten der Verzahnungskupplungen wird dann dazu benutzt, nach Zurücklegen eines bestimmten Zusatzweges am Steilwiderstand 11'L (evtl, mit verringerter Geschwindigkeit) gleichzeitig die Wechselkupplung 140 umzuschalten und die Ab griffeinrichtung des Steilwiderstandes über eine Umschaltkupplung zu reversieren.
Nockensteuerwerke oder ähnliche Schalteinrichtungen, die für die Steuerung der Schaltkupplungen, also für die Programmsteuerung notwendig sind, können hier als bekannt vorausgesetzt werden. Es genügen daher einige grundsätzliche Ausführungen.
Die Schalteinrichtungen einschließlich Feldregler für den Umkehr- bzw. Hilfstrieb werden infolge der zyklischen Betätigung auch bei stetigem Fortschalten mehrfach genutzt. Die Wiederholung richtet sich nach dem Grundaufbau des Getriebes. Für die Schaltung der Verbindungs- und Wechselgetriebe ist in der Regel eine Programmwalze erforderlich, die sich von der einen Endlage bis zur anderen weniger als einmal dreht. Beide Schalteinrichtungen sind durch ein Getriebe verbunden, das häufig ein schaltbares Stufengetriebe mit zwei verschiedenen Übersetzungen sein muß. Bei kleinen Regelgetrieben werden bevorzugt rein mechanische Nocken-, Kurven- oder Kulissensteuerungen verwendet, die unmittelbar mit dem Regelgetriebe zusammengebaut sind. Größere und kompliziertere Getriebe werden auch elektromagnetisch, hydraulisch, elektrohydraulisch, elektromotorisch oder mit anderen Hilfsmitteln der Steuertechnik gesteuert. Von Fall zu Fall ist zu entscheiden, ob schleichende oder sprungweise Betätigung richtig ist.
Das schnelle und vor allem sichere Einschalten von Verzahnungskupplungen muß gewährleistet sein. Verriegelungen an sich bekannter Art verhindern nicht ordnungsgemäße Fortschaltung.
Pulsierende Einschaltkräfte stellen das Einschalten der Verzahnungskupplungen auch bei fehlenden Abweisflächen sicher. Stoßen die abgerundeten Seitenflächen der Zähne so ungünstig aufeinander, daß sie bei konstantem Einschaltdruck weder ineinandergleiten noch aneinander vorbeigleiten, so wird infolge der Pulsationen der abstützende Gleichgewichtszustand gestört und die Verzahnungskupplung mit Sicherheit eingeschaltet.
Die Druckpulsationen können durch einen mechanischen oder magnetischen Vibrator erzeugt werden, der bei hydraulischen Steuerungen über eine Balgmembran auf das hydraulische Gestänge einwirkt. Elektromagnetisch betätigte Kupplungen werden sinngemäß durch einen pulsierenden Erregerstrom geschaltet.
Bei Raupenfahrwerken und mitunter auch in anderen Fällen ist eine besonders schnelle Steuerung (Eilsteuerung) notwendig. Das wiederholte Reversieren des Umkehrtriebes ist zu zeitraubend. In Verbindung mit Reibungsschaltkupplungen kann an Stelle des beispielsweise siebenfachen Reversierens innerhalb eines Teilregelbereiches durch einmaliges Reversieren der ganze Teilregelbereich in außerordentlich kurzer Zeit durcheilt werden. Abb. 49 zeigt als Schema ein Ausführungsbeispiel. Die gezeichnete Linie n" zeigt den bekannten normalen Drehzahlverlauf des Umkehrtriebes. Die Umschaltung erfolgt in jeder Spitze. Bei der Eilsteuerung wird während des Drehzahlüberganges auf Null bereits die zweite Schaltkupplung K$ des Verstärkergetriebes eingeschaltet, rasch folgen ihr die dritte bis fünfte. Bei Einschaltung von K6 beginnt der Umkehrtrieb hochzulaufen. Während des Hochlaufens wird die siebente Schaltkupplung eingeschaltet.
Eine andere Schaltung wird bei einem fünfstufigen Verstärkergetriebe an Hand von Abb. 50 gezeigt. Hier gehört, wie man ohne weiteres erkennen kann, bei der Eilsteuerung zu jeder Schaltkupplung auch eine bestimmte Drehzahl.
Kupplung K1 n" = - ioo%; Kupplung K, n" = - - 30%; Kupplung K3 nu = o ; Kupplung K4 n" _ + 30°/o; Kupplung K, n" _ + iooo/o.
Diese Schaltung ergibt ein gleichmäßigeres Arbeiten. Auch ist das die Schaltwalzen verbindende Schaltgetriebe, welches die Aufgabe der wechselweisen Normal-und Eilsteuerung erfüllt, leichter herzustellen.
Für die Lenkung der Raupenfahrwerke mit Zwillingsgetrieben muß das Übersetzungsverhältnis der einzelnen Getriebe leicht und sinnfällig eingestellt werden können. Das im Automobilbau bekannte Lenkrad kann auch hier Eingang finden. Häufig ist es jedoch besser, einen Kugelschalter mit acht Stellungen nach Abb.5i vorzusehen. Es wird mit diesem Schalter lediglich die gewünschte Änderungsrichtung in der Getriebeübersetzung und die Änderungsgeschwindigkeit angegeben. Der Schalter steuert gleichzeitig die beiden Stellmotoren, welche für die beiden Nockensteuerschaltwerke des rechten und des linken Regelgetriebes, die im Gegensatz zu Abb. io in getrennten Wannen untergebracht sein können.
In Abb. 51 bedeutet Fahrhebel in Fahrtrichtung A beide Regelgetriebe werden gleichmäßig hinaufgeschaltet. Fahrhebel entgegen der Fahrtrichtung B heißt: beide Getriebe werden gleichmäßig herabgeschaltet. Fahrhebel nach rechts G bewirkt: das linke Getriebe wird hinauf-, das rechte herabgeschaltet. Beim Fahrhebel nach links G werden die Getriebe entgegengesetzt gleichmäßig beeinflußt. Schalthebel halbrechts oben B bewirkt, daß nur das linke Getriebe hinaufgeschaltet wird, während in der Stellung halblinks oben H das rechte Getriebe aufwärtsschaltet. Schließlich sind noch die Stellungen halbrechts unten D und halblinks unten F möglich, die bewirken, daß das rechte Getriebe bzw. das linke Getriebe herabgeschaltet wird, damit die entsprechende Fahrkurve entsteht.
Die Steuerungsimpulse können mechanisch, hydraulisch oder elektrisch zu den beiden Stellmotoren weitergegeben werden. Als Ausführungsbeispiel soll die elektrische Steuerung gewählt werden, weil bei ihr nicht nur die Steuerkanäle am bequemsten und sichersten zu verlegen sind, sondern weil auch leicht mehrere Steuerstellen bei geringstem Bauaufwand einzurichten sind. In der Form eines in der Elektroindustrie bekannten Kugelschalters mit acht Arbeitsstellungen ist im wesentlichen der Fahrschalter gegeben. Der Einfachheit wegen sollen die vier Steuerleitungen, die für die beiden Stellmotoren notwendig sind, an vier Kontaktsegmenten i', 2', 3', 4' angeschlossen sein. Die Steuerleitung i' bewirkt Linkslauf des linken Stellmotors, die Steuerleitung 2' Rechtslauf des gleichen Motors. Die Steuerleitungen 3' und 4' gelten für die Links- bzw. Rechtsaufstellung des rechten Stellmotors. Linkslauf des Stellmotors bedeutet Geschwindigkeitssteigerung des Regelgetriebes, so daß oben die Fahrtrichtung bei Vorwärts- i fahrt liegt. Oben und unten ist noch je ein Schaltkontakt vorgesehen, der das Einschalten eines Verbindungsgetriebes der beiden Nockensteuerschaltwerke veranlaßt, um die synchrone Verstellung der beiden Regelgetriebe herbeizuführen. Rechts und links können ebenfalls je ein Kontakt vorgesehen sein, der das Einschalten eines weiteren, entgegengesetzt wirkenden Verbindungsgetriebes veranlaßt, um bei Rückstellung ohne Korrektur des einen oder anderen Getriebes wieder die Geradeausfahrt herbeizuführen. Praktisch ist dieses jedoch nicht von Bedeutung, da häufig beim Rückstellen der Lenkung gleichzeitig eine Geschwindigkeitsänderung herbeigeführt wird.
Unterhalb des Kugelschalters ist ein Druckknopf 5' vorgesehen, bei dessen Betätigung die Stufengetriebe in den beiden Schaltwerken durchschalten, d. h. die Übersetzungen von beispielsweise 5 : i in i : i ändern, um die Normalsteuerung auf Eilsteuerung umzuschalten. Die Wechselkupplungen sind so ausgeführt, daß die Kupplung nur in der richtigen Stellung erfolgt, damit beim Übergang von einem Stufenbereich zum anderen die korrespondierenden Reibungskupplungen eingeschaltet sind.
Ein Schwenkhebel 6' (Abb. 51) dient zum Einstellen der Stellmotorgeschwindigkeit, wenn der Kugelschalter nicht so ausgebildet ist, daß mit stärkerer Auslenkung des Schalthebels die Stellgeschwindigkeit wächst. Der getrennte Hebel hat den Vorteil, daß bei einmaliger Einstellung stets die gewünschte Stellgeschwindigkeit vorhanden ist. Es genügen meist drei Geschwindigkeiten, z. B. große Geschwindigkeit 3fach, normale Geschwindigkeit ifach und kleine Geschwindigkeit 1/4fach. Der Fahrer kann dann besser auf die Fahrbahn achten, und bei stoßreicher Fahrbahn sind die Fehlsteuerungen seltener. Die Stellung des Geschwindigkeitshebels ist jederzeit frei wählbar. Ein ähnlicher Hebel könnte vorgesehen sein, um die Solldrehzahl des Hauptmotors anzugeben. Durch diesen Hebel sind auch die Fahrbremse sowie die beiden Haltebremsen zu betätigen, so daß für die gesamte Steuerung ein leicht bedienbarer Fahrschalter vorhanden ist.
Aber nicht nur die , Steuerung, sondern auch die Anzeige der jeweiligen Getriebeschaltung ist für die Brauchbarkeit eines Getriebes von Bedeutung. Bei einem Raupenfahrzeug, das mit Zwillingsgetriebe arbeitet, müssen mit einem Blick sowohl die relativen als auch die absoluten Übersetzungsverhältnisse zu erkennen sein, wie es an dem Beispiel nach Abb. 51 der Fall ist. Diese Darstellung gilt für ein Getriebe nach Abb. 12, 13 und 5o. Da vier Teilregelbereiche zu beachten sind und für zwei Stufen des Verstärkergetriebes der Stellwiderstand eine Umdrehung macht, müssen für jedes Getriebe neben der Stellung des Stellwiderstandes zehn verschiedene Schaltungen angezeigt werden. Die Stellungen der beiden Stellwiderstände werden auf einer kreisförmigen Skala A, durch die beiden Zeiger Z1; und Z,e angezeigt. Die zwei mal zehn verschiedenen Schaltstellungen ill bis ioll und i,, bis ioe werden auf einem Tableau angegeben. Da es noch von Vorteil ist, schnell und eindeutig erfassen zu können, ob das "linke oder das rechte Getriebe eine höhere Übersetzung hat, wird durch die Felder B1; und B,, z. B. durch Leuchteffekt angegeben, welche Raupe schneller läuft. Auf Grund dieser Angaben ist es möglich, ein solches Anzeigegerät zu bauen. Die elektrischen Übertragungseinrichtungen dürften bevorzugt werden.
Besitzt jedes der beiden Regelgetriebe eine Stufen-Umkehrtrieb mit Verstärkergetriebe, so ist die A,1-zeigevorrichtung nach Abb. 53 zweckmäßiger. Es sind in erster Linie die Schaltstellungen der Kupplungen des Umkehr- und Verstärkergetriebes zu beachten. Am übersichtlichsten ist die schachbrettartige Darstellung nach Abb. 53. Die Horizontalen S1 bis S,, bedeuten die Kupplungen des Verstärkergetriebes, die Vertikalen K1 bis K,, bedeuten die Kupplungen des Umkehrtriebes. Da es sich in diesem Beispiel um jeweils fünf Kupplungen handelt, entsteht ein Feld von fünf mal fünf Streifen. Der Schnittpunkt dieser Streifen ist dann die Schaltstellung, z. B. S, K3. Da das menschlich-- Auge ohne Abzählen auf den ersten Blick erkennt, ob es die erste, letzte, zweiterste, zweitletzte oder mittlere Linie ist, die beispielsweise matt aufleuchtet, kann der Fahrer sich nicht irren, um so mehr, da er beim Zwillingsraupenfahrwerk zwei unmittelbar nebeneinander stehende Tafeln vergleicht, die bei Geradeausfahrt gleich aussehen müssen. Die Tafeln können natürlich auch spiegelbildartig aufgebaut sein. Durch die beiden Tafeln werden unter Berücksichtigung von sechs Teilregelbereichen in der beschriebenen Form dreihundert verschiedene Stellungen sinnfällig kenntlich gemacht. Die Teilregelbereiche werden durch Springziffern, Leuchtbuchstaben o. dgl. in einem Feld oder in mehreren Feldern angezeigt. Aus Raumersparnisgründen wird die Einfelddarstellung bevorzugt. Ob in Abhängigkeit von der Kupplungsstellung oder von der Stellung der Nockenschaltwerke, ob elektrisch, mechanisch oder sonst irgendwie die Schaltstellungsanzeige vorgenommen wird, ist hier gleichgültig, da es ungezählte Ausführungsmöglichkeiten gibt.
Bei stationären Getrieben ist häufig eine Regelung in Abhängigkeit von einer geeigneten Regelgröße notwendig, so z. B. in Abhängigkeit von dem Primärdrehmoment. An Stelle der bekannten Einrichtungen kann bei diesen Getrieben auch in Abhängigkeit vom Ankerstrom der Umkehrmaschine geregelt werden, deren Maß für die Größe des Drehmomentes ist. Gegebenenfalls müssen zusätzlich die Stellung des Stehwiderstandes und die Schaltstellungen der Kupplungen berücksichtigt werden. Hilfstriebe mit eigener Grenzlastcharakteristik wurden bereits erwähnt.
Das Umlaufrädergetriebe ist für den wirtschaftlichen Bau des Regelgetriebes von größter Bedeutung. Um eine kurze Baulänge zu erhalten, müssen die Umlaufrädergetriebe nebeneinander gelegt werden. Ihr Achsabstand ist gleich dem der vor- und nachgeschalteten Getriebestufen und somit maßgebend für die Breite und Höhe des Regelgetriebes. Nur mit räumlich kleinen Umlaufrädergetrieben sind preiswerte Regelgetriebe zu fertigen. Der Getriebe-Baustoff ist dann gut ausgenutzt, wenn eine Vielzahl von Planetenrädern parallel arbeitend angeordnet ist. Falls irgend angängig, wird aus Herstellungsgründen das Getriebe aus Stirnrädern zusammengesetzt, wobei gerad- oder schrägverzahnte Räder in Frage kommen. Da es nicht möglich ist, mathematisch genaue Getriebe zu bauen, sind Kunstmittel anzuwenden, um alle Planetenräder gleichmäßig zum Tragen zu bringen. Auch ist die einwandfreie Lagerung sowie Schmierung ein besonders zii beachtendes Problem.
Nach der Erfindung wird bei einem Umlaufrädergetriebe mit mehreren Doppelplanetenrädern das gleichmäßige Tragen der Planetenräder dadurch erreicht, daß jedes Rad aus zwei gegeneinander verdrehbaren Teilrädern besteht, von denen jedes doppelt gelagert ist und deren äußere Naben durch eine nicht auf Biegung beanspruchte Drehstabfeder miteinander verbunden sind.
Ausführungsbeispiele für diesen Erfindungsgedanken und für weitere Erfindungsvorschläge sind in der Zeichnung dargestellt.
Nach Abb. 54 treibt das Sonnenrad 1'i über fünf Doppelplanetenräder 1'.I das Sonnenrad 13 an. Die Räder 14 sind in dem mit Zahnkranz 15 versehenem Käfig 12 gelagert. Mit Hilfe des Ritzels 16 kann dem Käfig eine beliebig wählbare Drehzahl gegeben werden. ,Jedes Doppelplanetenrad 14 besteht im wesentlichen aus dem Zapfenritzel 1430, dem Hohlritzel 1431 und der Drehstabfeder 1434. Das Zapfenritzel besitzt drei Lagerstellen 1432, die als Preßstoffwickellager ausgebildet sind. Die beiden Lagerstellen auf dem Zapfen liegen in dem geschliffenen Hohlritzel. Die dritte Lagerstelle sowie die gleichartig ausgebildete Lagerstelle 1432 des Hohlritzels lagern das Doppelplanetenrad im Käfig 12. Um die beiden Ritzel mit der Drehstabfeder verbinden zu können, sind die äußeren Ritzelenden als Klemmnaben 1433 ausgebildet. Bei dem Zapfenritzel sorgt ein Schrumpfring 1435, bei dem Hohlritzel eine schwachkonische Spannmutter 1436 für den Spannungsschluß. In den Spannaben sind noch sechs bis acht axiale Schlitze 1437 eingestoßen, die sowohl den Spannungsschluß erleichtern, als auch das Schmiermittel in und durch das Doppelplanetenrad treten lassen. Bohrungen 1438 sind für die Schmierung der Zapfenlagerstellen vorgesehen. Die Lagerscheiben 1439 begrenzen die Axialbewegungen des Doppelplanetenrades. Während die Preßstoffwickel bei dem Zapfen des Ritzels 1430 direkt auf dem Zapfen aufgebracht werden können, müssen für die Lagerung im Käfig Stahlbüchsen mit Preßstoffwickel verwendet werden.
Der Käfig 12 besteht im wesentlichen aus den beiden Flanschbuchsen 1240 und dem verbindenden Käfigmantel 1242 mit Zahnkranz 15. In jedem Flansch sind für die Lagerung der fünf Doppelplanetenräder fünf gehärtete Stahlbuchsen eingepreßt. Die mit den Flanschbuchsen 1240 fest verschraubten Käfigdeckel 1243 bilden Schmiermittelräume, die für eine sichere Schmiermittelversorgung sämtlicher Lagerstellen notwendig sind. Ölbohrungen 1245 gestatten den Ein- und Austritt des Schmiermittels. Die Befestigungsschrauben 1244 sind der Gewichtsersparnis wegen durchgehenden Schraubenbolzen vorgezogen. Der dargestellte Käfig bildet einen außerordentlich starren Körper und stellt äußerlich gesehen ein Zahnrad dar, in das das Ritzel 16 eingreift.
In den Flanschbuchsen 1240 sind die beiden Sonnenradwellen 1'i und 13 gelagert. Aus Gewichts und Raumgründen sind auch hier Preßstoffwickellager iiii und 1321 vorgesehen. Um die Schmierung der Verzahnung sicherzustellen, sind in den Ritzeln iiio und 1320 Schmierräume 1112 und 1322 angeordnet, von denen radiale Schmierbohrungen 1114 und 1324 zu den Zahnlücken gehen. Die zur Aufnahme eines Axialschubes geeigneten Lagerscheiben 11'i3 und 1323 schließen die Schmierräume ab. Die eine Lagerscheibe 1323 trägt ein Überleitungsrohr, um bei der hier gezeigten einseitigen Schmiermittelzufuhr das Schmiermittel von dem einen S2hmierrauni in den anderen überzuleiten. Die Durchführung durch die Scheibe 1113 muß labyrinthartig wirken, um bei nicht belasteten Lagerscheiben den Öldurchtritt klein zu halten.
Das Gehäuse besteht aus dem Gehäusekörper 66o und dem doppeltzentrierten Deckel 661. Für die Lagerung sind Wälzlager 662 vorgesehen. Die gesamte Schmiermittelzufuhr erfolgt bei 664, die Abfuhr bei 666. Die Dichtungsringe 665 verhindern den unerwünschten Olabfluß am Flanschstutzen des Käfigs. Der Oldurchtritt an den Lagerstellen iiii ist gering, weil die Preßstoffwickellager mit außerordentlich kleiner Lagerluft angefertigt werden. Es ist ohne weiteres möglich, auch am Gehäusedeckel eine Schmiermittelzufuhr anzubringen. Dann werden zweckmäßig beide Schmierräume 1112 und 1322 direkt gespeist.
Die Preßstoffwickellager können natürlich auch durch andere Gleitlager ersetzt werden, weil die neuartige Käfiggehäusedeckelschmierung eine starke Schmierung und Wärmeabfuhr sicherstellt. Wenn die Abmessungen es zulassen, können auch Wälzlager in Betracht gezogen werden. Die neuartige schleierartig wirkende Strahlschmierung für die Verzahnung ist am vorteilhaftesten, wenn die größtmögliche Zahl von Planetenrädern vorgesehen ist.
In einigen Fällen kann es angezeigt sein, die beim Betrieb auftretende Federungsarbeit in den Drehstabfedern zu dämpfen. Hierfür ist in erster Linie die Reibungsdämpfung zu wählen. Der einfachste Reibungsdämpfer wird dadurch gewonnen, daß der Hals des Zapfenritzels 1430 stark reibungsschlüssig in das Hohlritzel 1431 eingeführt wird. Eine dünnwandige, axial geschlitzte Zylinderfeder wird durch einen keilrückenartigen Ansatz am Zapfenritzel reibungsschlüssig drehend im Hohlritzel bewegt. Es entsteht eine Bandreibung. Es können auch mehrere derartiger Zylinderfedern neben- oder ineinander vorgesehen werden. Die Reibungsdämpfung kann ebenfalls so wirken, daß sie mit dem Verdrehungswinkel zunimmt.
Die Umlaufrädergetriebe nach der Erfindung können sehr verschiedenartig aufgebaut sein, wie aus folgendem Beispiel zu ersehen ist.
Abb. 55 zeigt schaubildlich, daß bei Anwendung eines dreiwangigen Käfigs alle vier Lagerstellen des Doppelplanetenrades unmittelbar im Käfig liegen können. Das Ritzel 1430 ist in der rechten Wange (Flanschbuchse 1240) und in der mittleren Wange 1246 gelagert, das Ritzel 1431 sinngemäß gleich in 1246 und 1240. 1430 und 1431 sind durch die Feder 1434 miteinander verbunden.
Eine weitere Bauart entsteht, wenn die linke Lagerstelle vom Ritzel 1430 im Ritzel 1431 vorgesehen wird unter Beibehaltung des dreiwangigen Käfigs. Bei einem zweiwangigen Käfig können alle Lagerstellen unmittelbar im Käfig liegen, wenn die Ritzel 1430 und 1431 nur außen doppelt gelagert, nach innen also fliegend angeordnet werden.
Abb. 56 zeigt das eine Sonnenrad 13 als Hohlrad, d. h. mit Innenverzahnung. Während bei den bekannten Getrieben ähnlichen Aufbaues ein Planetenrad die Verbindung von Sonnenrad ii zu 13 herstellt, müssen hier Doppelräder genommen werden. Diese Räder können gleich oder verschieden sein. Das Sonnenrad ii greift in das Hohlritzel 1431, das in dem zweiwangigen Käfig 1240 zweimal gelagert ist. Das Zapfenritzel 1430 ist fliegend angeordnet und zweimalig im Hohlritzel 1431 gelagert. Eine Drehstabfeder 1434 verbindet die beiden Ritzel 1430 und 1431. @ In die Ritzel 1430 greift das Sonnenrad 13.
Es wurde bereits angegeben, daß durch Schrumpfringe oder Spannmuttern eine feste oder eine lösbare Verbindung zwischen Planetenradritzel und Stabfeder herstellbar ist. Möglich ist auchjede andere Verbindung, wenn sie geeignet ausgeführt wird. Selbst Stift-, Schweiß- und Lötverbindungen sind neben den verschiedenartigsten Preßverbindungen wählbar. Die verschiedensten Verzahnungsverbindungen können neben Klemmverbindungen vorgesehen werden. Auch ist es nicht notwendig, daß die Spannflächen axial ganz oder teilweise geschlitzt werden, um eine genügend drehfeste Verbindung zu erhalten.
An Stelle einer einzigen Drehstabfeder können auch mehrere Federn vorgesehen werden, die gruppenförmig angeordnet, wie eine einzige Feder wirken. Bei der Gruppenanordnung ist es leicht, an Stelle der geradlinigen eine parabelähnliche Federkennlinie zu erhalten. Durch Anschläge kann die maximale Verdrehung begrenzt sein.
Mittlere und kleine Umlaufrädergetriebe sind einfacher zu gestalten.
Die Doppelplanetenradräder werden in Käfigwangen gelagert, die ganz aus Kunststoff hergestellt sind. Eine dieser Wangen trägt die Verzahnung 15. Mantel 1242 des Käfiggehäuses ist außen glatt. Die Wellen i i und 13 sind ebenfalls direkt in den Kunststoffwangen gelagert. Die Käfigdeckel 1243 tragen die Lagerstutzen für die Kugellager 662. Eine ringförmige Öffnung nimmt das frei gegen die Sonnenwellen gespritzte 01 auf, um es den Öltaschen in den Käfigwangen und damit den Planetenrädern zuzuleiten. Das aus diesen Rädern austretende Öl wird durch Winkelbohrungen im Zahnkranz 15 in das Getriebegehäuse zurückgeschleudert.
Als Reibungskupplungen werden Scheiben-, Konus-oder Lamellenkupplungen bevorzugt. Diese Kupplungen sind häufig im Zahnradkörper untergebracht und besitzen meist eine mechanische, hydraulische oder elektromagnetische Betätigung.
Die Kupplungen sind klein, da die zu übertragenden Leistungen klein, die Reibflächenpressungen groß und die Drehzahlen verhältnismäßig hoch sind. Jede Kupplung muß so ausgelegt sein, daß sie die Schlupfarbeit mit Sicherheit bewältigen kann. Diese Schlupfarbeit wird um so kleiner, je geringer der durch die Schaltung zu überbrückende Leistungssprung und je geringer die S,7 hlupfzeit ist. Für die Schlupfzeit sind vor allem drei Faktoren maßgebend, die maximale Schlupfdrehzahl, die größte Drehbeschleunigung für die hinzuzuschaltende Kupplungshälfte und ein Anteil der Einschaltzeit der Kupplung. Die größtzulässige Drehbeschleunigung hängt -nicht in erster Linie von der Kupplungshälfte selbst ab, sondern von dem Verhalten sämtlicher Getriebeteile, die primär und sekundär durch die Kupplungsschaltung beeinflußt werden. Ist der zu überwindende Stufensprung klein und der Ungleichförmigkeitsgrad der Kupplung verhältnismäßig groß, so kann die Schaltzeit fast beliebig kurz sein, weil der Hauptmotor in seiner Drehzahl rasch nachgibt. Hierbei unterstützt die Drehelastizität der Zwischenglieder den Einschaltvorgang. Die Sekundärwelle kann unter dieser Voraussetzung während der Kupplungszeit mit konstanter Drehzahl weiterlaufen., und die Schlupfarbeit wird sehr klein. Praktisch ist sie dann im wesentlichen von der Kupplungseinschaltzeit abhängig. Ausschlaggebend ist demnach die Betätigungsart der Reibungskupplungen. Bei größeren Leistungen kommen hydraulische oder elektromagnetisch gesteuerte Kupplungen in Frage. Nach dem augenblicklichen Entwicklungstand sind die hydraulisch betätigten Kupplungen zu bevorzugen. Die Einschaltzeit kann bei geeigneter Ausführung unter o,oi Sekunden liegen.
Die Wärmeentwicklung ist häufig so klein, daß eine praktisch beliebig hohe Schalthäufigkeit zugelassen werden kann, um so mehr, wenn mehrere Kupplungen mehr oder weniger zyklisch abwechselnd die jeweilige Schlupfarbeit aufnehmen.
Sollen die Kupplungen im Synchronismus geschaltet werden, so können neuartige Klemmkupplungen Anwendung finden. Diese Kupplungen ähneln einem umschaltbaren, .also in beiden Richtungen wirksamen Kugelfreilaufgesperre mit dem Unterschied, daß an Stelle des Außenzylinders ein Kegelmantel tritt, so daß die zueinander geneigten inneren Sperrflächen in axialer Richtung im Vergleich zum Kegelmantel keilartig verlaufen. 111t Hilfe eines mit Federn bestückten Käfigs werden die Sperrkugeln in die auch beim üblichen Freilauf bekannte Freilaufstellung gebracht. Der Käfig wird in axialer Richtung nicht ganz eingeschaltet, so daß die Sperrkugeln durch die Federn geführt, auf dem Kegelmantel abwälzend die gleichgerichteten inneren Sperrflächen berühren. Will die Kupplung durch den Synchronismus gehen, so sperren die Kugeln die entgegengesetzte Differenzdrehzahl. Jetzt kann der Käfig ganz einschalten, so daß die Sperrkugeln an allen Sperrflächen anliegen und das Gesperre in beiden Richtungen wirksam ist. Fällt die axial wirkende Einschaltkraft fort, tritt eine entgegengesetzt wirkende Ausschaltkraft auf, oder weicht der Kegelmantel aus, so wird die Sperrung aufgehoben. Es ist vorteilhaft, die Einschaltkraft mit abnehmender Differenzdrehzahl ansteigen zu lassen. Hierfür stehen elektrische und hydraulische Hilfsmittel zur Verfügung. Da es vor dem Einschalten der Kupplung feststeht, aus welcher Richtung sie sich dem Synchronismus n:iliert, können die Sperrkugeln stets auf den gichtigen Sperrflächen in die Freilaufstellung gebracht werden. Braucht der Freilauf nur in einer Drehrichtung zu wirken, so wird die Kupplung einfacher. Die Vorteile dieser Klemmkupplung sind: Sie sperren aus der vorgegebenen Freilaufstellung selbsttätig im richtigen Augenblick und sind unter allen Belastungsverhältnissen auszuschalten. Schlupfarbeit brauchen und können solche Kupplungen nicht aufnehmen.
Die üblichen Verzahnungskupplungen haben Zähne mit axialen Flanken, um eine geringe Betätigungsarbeit aufwenden zu müssen. Sind Abweisflanken vorhanden, so schaltet die Kupplung nach Vorsteuerung bei einseitiger Annäherung an den synchronen Lauf selbsttätig. Erfolgt die Annäherung sowohl aus der einen als auch aus der anderen Richtung, so sind geeignete Hilfssteuerorgane vorzusehen.
Diese .bekannten Verzahnungskupplungen sind wenig gut geeignet, wenn. die Annäherung an die Synchronschaltstellung sehr rasch erfolgt und infolgedessen sehr schnelles Einschalten notwendig ist. Besteht Gewähr, daß die beiden Kupplungshälften erst bei sehr kleinem Schlupf einander genähert werden, so ist eine Verzahnungskupplung besser geeignet, deren tragende Flanken schräg verlaufen ähnlich wie bei der Verzahnung der Kronenräder. Die tragenden Flanken sollen etwa so geneigt sein, daß gerade Selbsthemmung auftritt. Es sind kleine Zähne zu wählen, um eine kleine Teilung und einen geringen Kupplungshub zu erhalten. Durch diese Maßnahmen werden die beim Schalten auftretenden Stoßkräfte weitgehend gemindert. Die Einschaltverhältnisse werden noch günstiger, wenn etwa umgekehrt abhängig von der Größe des Schlupfes die Einschaltkraft wächst. Dieses ist sowohl bei hydraulischen als auch bei elektromagnetisch betätigten Verzahnungskupplungen ausführbar. Recht vorteilhaft ist es, bei elektromagnetischen Kupplungen den Kraftfluß über die Verzahnung zu leiten. Bei Gleichstromerregung ist der Kraftfluß und damit die Einschaltkraft am größten, wenn die Zähne voll ineinandergreifen. Der Verzahnungskranz muß aus einem Stahl gefertigt werden, dessen Remanenz klein ist, um für das Ausschalten keine starken Federkräfte o. dgl. zu benötigen.
Aus den aufgeführten Beispielen ist zu ersehen, welche Probleme zu lösen waren, um vielseitig verwendbare Regelgetriebe zu schaffen. Den Fachleuten dürften die Hinweise genügen, um die einzelnen Getriebeglieder den Anforderungen entsprechend zu entwerfen und unter Heranziehung weiterer bekannter Elemente neue Getriebekombinationen zu bilden. Die Steuer- und Regeleinrichtungen konnten nicht außer acht gelassen werden, weil ohne diese die Regelgetriebe häufig wertlos sind. Auf einige Anwendungsgebiete mußte etwas näher eingegangen werden, da hier weniger auf bekannte Einzelheiten verwiesen werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Regelgetriebe, bestehend aus Wechselgetrieben, Stufengetrieben und Umlaufräderregelgetrieben, die hintereinander geschaltet sind und bei welchen das erste Glied dieser Umlaufräderregelgetriebe bevorzugt mit konstanter Drehzahl fremd oder direkt bzw. über ein Wechselgetriebe vom Hauptmotor, das zweite Glied durch einen in seiner Drehzahl regelbaren Hilfstrieb angetrieben wird und das dritte Glied direkt oder über ein Wechselgetriebe mit der Abtriebswelle verbunden ist, wobei der Gesamtregelbereich aus mehreren Teilregelbereichen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Umlaufrädergetriebe mit Hilfe von Schaltkupplungen derart mit der An-und Abtriebswelle verbunden werden, daß bei gleicher Hauptantriebsdrehzahl und gleichsinnig fortschreitender Drehzahländerung der Abtriebswelle die Drehzahländerung des Hilftriebes in zwei benachbarten Regelteilbereichen in einander entgegengesetztem Sinne erfolgt.
2. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einem Umlaufräderregelgetriebe (3) ein Wechselwendegetriebe (18 bis 23) vor- und ein Wendegetriebe (24 bis 29) nachgeschaltet ist oder umgekehrt (Abb. i).
3. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Umkehrtrieb (2) über ein Wendegetriebe (118 bis 122) auf das zweite Glied des Umlaufräderregelgetriebes (6) arbeitet und daß gleichzeitig mit der Stufenschaltung des dem Umlaufräderregelgetriebe vorgeschalteten (123 bis 125) oder nachgeschalteten Wechselgetriebes das Wendegetriebe umschaltet (Abb. 16).
4. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umlaufräderregelgetriebe (3) sowie ein oder mehrere Stützwellen (33, 35) im Nebenschluß zu dem Umlaufräderregelgetriebe vorgesehen sind, wobei die Stützwellen nur im Augenblick des Wechselns von einem Regelbereich zum anderen den Energiefluß aufrechterhalten (Abb. 2).
5. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei wechselweise arbeitende Umlaufräderregelgetriebe (3 und 4) vorgesehen sind, deren zweite Glieder (12, 52) von einem gemeinsamen Hilfs- bzw. Umkehrtrieb (2) regelbar angetrieben werden (Abb. 3 und 5.) 6. Regelgetriebe nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs- bzw. Umkehrtrieb (2) über ein Wechselgetriebe (58 bis 63) auf die Umlaufräderregelgetriebe (3 und 4) einwirkt (Abb.6). 7. Regelgetriebe nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfs- bzw. Umkehrtrieb für die Umlaufräderregelgetriebe (3 und 4) ebenfalls ein Regelgetriebe nach Anspruch i vorgesehen ist, bei dem vorzugsweise ein vom gleichen Hauptmotor (i) angetriebenes, den Umlaufrädergetrieben (6 bzw. 6 und 7) vorgeschaltetes Wechselgetriebe (Verstärkergetriebe 5) Verwendung findet (Abb. 8, io, 16). B. Regelgetriebe nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der zweiten Glieder (15 und 55) der Umlaufräderregelgetriebe (3 und 4) über Wechselreibungskupplungen (93-64 und 93-65) erfolgt, wobei die jeweilig für die Leistungsübertragung nicht wirksame Kupplung vorzugsweise während des Einschaltens der Wechselgetriebekupplungen (13-49 50-l01, 53-1o1, 49-1o2, 53-5o) nur ein geringes Drehmoment übertragen kann (Abb. io). 9. Regelgetriebe nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Umlaufräderregelgetrieben (3 und 4) ein Wechselgetriebe nachgeschaltet ist, das bei n Radpaaren zwei n Stufen aufweist; die wechselweise kontinuierlich ohne Energielücke zu schalten sind (Abb. io). io. Regelgetriebe, insbesondere für Raupenfahrzeuge, nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe als Zwillingsgetriebe ausgebildet ist, das über eine Wendekupplung (82-85) vom gemeinsamen Hauptmotor (i) angetrieben wird, daß jedes Getriebe eine Hauptkupplung (87) und eine Bremse (17) besitzt und daß über die Wendekupplung direkt ein Verstärkergetriebe (5) angetrieben wird (Abb. io). i i. Regelgetriebe nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe als Gruppengetriebe ausgebildet ist, bei dem mehrere Getriebe nach Anspruch i über eine elektrische Zwischenübertragung mit der gemeinsamen Hauptantriebsmaschine verbunden sind. 12. Regelgetriebe nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der zweiten Glieder der Umlaufrädergetriebe (3 und 4) als Hilfs- oder Umkehrtrieb ein Getriebe mit lastabhängiger Charakteristik vorgesehen ist. 13. Regelgetriebe nach Anspruch i bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der zweiten Glieder der Umlaufräderregelgetriebe (3 und 4) als Umkehrtrieb neben einer Bremse (iio) ein Stufengetriebe (iii bis 115, 15, 16, 55) wirkt, daß über seine Schaltkupplungen (114-115) von den ersten Gliedern (11, 51) der Umlaufräderregelgetriebe angetrieben wird. (Abb. 15). 14. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs- bzw. Umkehrtrieb während eines oder mehrerer Teilregelbereiche von den nicht wirksamen Umlaufrädergetrieben abgekuppelt ist, wogegen er mit dem jeweilig wirksamen Umlaufrädergetriebe über ein Schaltgetriebe gekuppelt ist und über dieses dasUmlaufrädergetriebe im vorgegebenen Ausmaß beeinflußt. 15. Regelgetriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von zwei Umlaufrädergetrieben die ersten bzw. die dritten Glieder untereinander durch Wechsel- oder Verbindungsgetriebe ohne lösbare Kupplungen verbunden sind (Abb. 18). 16. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umlaufrädergetriebe mechanisch überbrückbar ist, um bei Drehzahlanstieg der Hauptmaschine eine Überlastung des Getriebes zu vermeiden. 17. Regelgetriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von zwei Umlaufrädergetrieben die dritten Glieder der Umlaufrädergetriebe miteinander unmittelbar, also ohne Getriebe, verbunden sind (Abb. 20). 18. Regelgetriebe nach Anspruch 1, 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Umlaufrädergetriebe wegfällt und in diesem Bereich der Hilfs- bzw. Umkehrtrieb über ein Getriebe mit nicht umlaufenden Achsen auf die Abtriebswelle unmittelbar einwirkt (Abb. 21). i9. Regelgetriebe nach Anspruch 1, 14, und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Umlaufrädergetriebe mehr als zwei beträgt (Abb. 22). 2o. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgeschaltete Wechsefigetriebestufe durch die Polumschaltbarkeit des Hauptmotors ersetzt ist (Abb. 25). 21. Regelgetriebe nach Anspruch i und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs- bzw. Umkehrtrieb als Leonardmotor von einem Generator gespeist wird, der über ein Schalt- oder Regelgetriebe so mit dem Hauptmotor verbunden ist, daß er trotz Drehzahländerung des Hauptmotors die gleiche Drehzahl behält (Abb. 25). 22. Regelgetriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein vielgängiges Schaltgetriebe für den Hilfs- bzw. Umkehrtrieb vorgesehen ist (Abb. 18 und 23). 23. Regelgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs- bzw. Umkehrtrieb in Verbindung mit einem dreistufigen Verstärkergetriebe stets mit dem zweiten Glied des Verstärkerumlaufgetriebes unlösbar gekuppelt ist (Abb. 33)-24. Regelgetriebe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Umkehrtrieb als Stufengetriebe ausgebildet ist (Abb. 34). 25. Regelgetriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das den Umlaufrädergetrieben nachgeschaltete Wechselgetriebe für vier Teilregelbereiche aus vier Rädern mit drei Schaltkupplungen besteht (Abb. 23, 27, 29, 31, 33 und 34). 26. Regelgetriebe nach Anspruch 14 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zusätzlich vorgeschaltete Wechselgetriebestufe während des ersten Teilregelbereiches die Drehzahl des ersten Gliedes stärker herabgesetzt wird (Abb. 27). 27. Regelgetriebe nach Anspruch 14 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Wechselverzahnungskupplung bzw. Gesperre das erste Glied des einen Umlaufrädergetriebes zur Gewinnung eines weiteren vorgeschalteten Teilregelbereiches festgehalten werden kann (Abb. 29). 28. Regelgetriebe nach Anspruch 22, dadurch gei kennzeichnet, daß die Schaltkupplungen des Schaltgetriebes mit den Umlaufrädergetrieben baulich vereinigt sind (Abb. 23). 29. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des für das vorgeschaltete Wechselgetriebe wirksamen Verbindungsgetriebes das nachgeschaltete Wechselgetriebe oder ein Teil desselben die Funktion des Verbindungsgetriebes übernimmt und damit der Stufensprung des nachgeschalteten Wechselgetriebes auf das vorgeschaltete Wechselgetriebe zurückwirkt, wobei zusätzliche Mittel vorgesehen sind, welche eine durch den Wegfall des Verbindungsgetriebes im vorgeschalteten Wechselgetriebe zwangsläufig bedingte Überlastungsmöglichkeit beheben. 30. Regelgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stufe (@lultiplikationsstufe) hinzugefügt ist, deren Stufensprung ein Vielfaches des Grundwechselgetriebes ist (Abb. 43, 44). 31. Regelgetriebe nach Anspruch 3o, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtstufenzahl gleich der Stufenzahl des Grundwechselgetriebes multipliziert mit 2 minus 2 ist, um sämtliche Stufen ohne Energielücken aneinanderzureihen. 32. Regelgetriebe nach Anspruch 30 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Multiplikationsstufen angereiht sind. 33. Regelgetriebe nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Stützwelle die sonst vorhandene Lücke beim Ausschalten der Multiplikationsstufe überbrückt wird. 34. Regelgetriebe nach Anspruch 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Getriebe, von denen jedes aus einem Grundwechselgetriebe mit einer oder mehreren Multiplik;itionsstufen bestellt, hintereinandergeschaltet sind. 35. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenaufbau des Getriebes unter Beachtung der jeweilig in Frage kommenden Lastkennlinie an Hand einer zusammengesetzten arithmetischen und geometrischen Reihe erfolgt ist (Abb. 45). 36. Anordnung von Regelgetrieben nach Anspruch i und 35, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schwungradspeicherantrieben jeder der mit veränderlichen Drehzahlen arbeitenden Energieumformer, wie Motor, Speicher und Treibräder ein seiner Lastkennlinie entsprechendes Regelgetriebe besitzt (Abb. 46). 37. Anordnung von Regelgetrieben nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motorregelge triebe für konstantes Grenzdrehmoment, ein Speicherregelgetriebe für konstante Leistung und ein Fahr- oder Arbeitsregelgetriebe für konstante Leistung mit vorgeschaltetem konstantem Grenzdrehmoment vorgesehen ist. 38. Fahr- oder Arbeitsregelgetriebe nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß es ein einschaltbares Rückführgetriebe besitzt, um den Speicher anfahren zu können. 39. Regelgetriebe nach Anspruch i bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der zweiten Glieder der Umlaufräderregelgetriebe (3 und 4) als Hilfs- bzw. Umkehrtrieb ein Leonardantrieb vorgesehen ist, dessen mit veränderlicher Erregung arbeitende Maschine vom Hauptmotor angetrieben ist und dessen Hilfs- bzw. Umkehrinaschine mit konstantem Feld arbeitet. 40. Regelgetriebe nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Hilfs- bzw. Umkehrmaschine, die normal mit konstantem Feld arbeitet, das Feld geschwächt wird, wenn das Drehmoment dieses zuläßt und bzw. oder die Drehzahl des Hauptmotors herabgesetzt wird (Abb. 7). 41. Regelgetriebe nach Anspruch 39 und 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs- bzw. Umkehrmaschine als Doppelmaschine ausgeführt ist (Abb 12 und 13). 42. Regelgetriebe nach Anspruch 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß der Leonardantrieb als Doppelantrieb, bestehend aus Haupt- und Feinantrieb, ausgebildet ist. 43. Regelgetriebe nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinumkehrmaschine im Feinbereich mit der Hauptumkehrmaschine mechanisch gekuppelt wird und bei geschlossenem Hauptankerkreis dieser Ankerstrom auf angenähert Null geregelt wird (Abb. 47). 44. Regelgetriebe nach Anspruch 42 und 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptumkehrmaschine eine vom Ankerstrom des Feinantriebes durchflossene Kompoundwicklung besitzt, daß durch ein in Abhängigkeit von den Stromrichtungen in beiden Ankerkreisen wirkendes Vibrationsrelais diese Kompoundwicklung intermittierend kurzgeschlossen wird und daß in Abhängigkeit von Strom- und Drehrichtung der Feinumkehrmaschine das Hauptfeld der Hauptumkehrmaschine durch einen Nebenschluß geschwächt wird (Abb.47). 45. Regelgetriebe nach Anspruch i bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche bei Erreichen des synchronen Laufes der neu zusammenzuschaltenden Kupplungshälften des Wechselgetriebes das Reversieren des Stehwiderstandes (Abgriff desselben) veranlaßt. 46. Regelgetriebe nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stellmotor und dem von ihm angetriebenen Stellwiderstand eine Wendekupplung eingeschaltet ist. 47. Regelgetriebe nach Anspruch 45 und 46, gekennzeichnet durch eine selbsttätige Schaltvorrichtung, die beim Einfallen der neu zusammenzuschaltenden Kupplungshälften den Stellwiderstand reversiert. 48. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Hilfsantrieb die neu zusammenzuschaltenden Kupplungshälften vorsynchronisiert werden und daß bei ihrem Einfallen das Reversieren des Stellwiderstandes vorbereitet wird. 49. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlich fortschreitendem Abgriff des Stehwiderstandes ein Zusatzstellwiderstand vorgesehen ist, der für das Erreichen der richtigen Umkehrdrehzahl der Umkehrmaschine sorgt (Abb. 48). 5o. Regelgetriebe nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Stellwiderstand ein Vergleichswiderstand gekuppelt ist, der im Vergleich zum jeweiligen Drehzahlwert der Umkehrmaschine auf den Zusatzstellwiderstand einwirkt (Abb. 48). 51. Regelgetriebe nach Anspruch 5o, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Vergleichsdrehzahlwertes der Umkehrmaschine ein Meßgenerator vorgesehen ist, der über ein Hilfsgetriebe so von der Umkehrmaschine angetrieben wird, daß seine Spannung von Null beginnend bis zur Vorsynchronisierung der einzuschaltenden Kupplungshälften ansteigt, um dann bis zur Umkehrdrehzahl bis auf Null abzunehmen (Abb. 48). 52. Regelgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten der für das vorgeschaltete Wechselgetriebe vorgesehenen Kupplungen der Umkehrtrieb innerhalb des ganzen Teilregelbereiches nur einmal reversiert (Abb. 49, 50). 53. Regelgetriebe nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß das über den Vorsynchronisierungshilfsantrieb laufende Drehmoment verhältnismäßig niedrig begrenzt und pulsierend ist, wobei gegebenenfalls der Stellwiderstand fortfällt. 54. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen für die Kupplungen und den Umkehrtrieb durch einen, gegebenenfalls in seiner Drehzahl einstellbaren Stellmotor betätigt werden. 55. Regelgetriebe nach Anspruch 52 und 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen wahlweise dekadenartig hintereinander oder synchron wirken und daß vorzugsweise die synchrone Betätigung nur während des Abwärtsschaltens oder bei selbsttätig verminderter Leistung erfolgt. 56. Regelgetriebe nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herbeiführen einer gleichmäßigen Verstellung der beiden Schaltwerke für ein Zwillingsregelgetriebe ein Verbindungsgetriebe zwischen den beiden Stellmotoren vorgesehen ist, 'das nur während der gewünschten gleichmäßigen Verstellung wirksam ist. 57. Regelgetriebe nach Anspruch 55 und 56, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ein- und Ausschalten der beiden Stellmotoren ein gemeinsamer Steuerschalter mit acht Arbeitsstellungen vorgesehen ist, mit dem sämtliche Übersetzungsänderungen in sinnfälliger Weise eingestellt werden (Abb. 51). 58. Regelgetriebe nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die Stehgeschwindigkeit durch die Größe des Ausschlages am Steuerschalter angegeben wird. 59. Regelgetriebe nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgeschwindigkeit durch einen besonderen Schalter angegeben wird, der vorzugsweise drei Stellungen für normale, schnelle und langsame Stellgeschwindigkeit besitzt (Abb. 51). 6o. Regelgetriebe nach Anspruch 54 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Drehzahl des oder der Hilfs- bzw. Umkehrtriebe durch eine Rundskala und die Schaltstellungen durch ein Tableau angegeben werden (Abb. 52). 61. Regelgetriebe nach Anspruch 54 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungen der Verstärker- und Umkehrtriebkupplungen durch sich kreuzende Anzeigestreifen angezeigt werden, von denen vorzugsweise die senkrechten Streifen die Stellung der Verstärkerkupplungen, die waagerechten Streifen die Stellungen der Umkehrtriebkupplungen wiedergeben, und daß zusätzlich die Teilregelbereiche durch Springziffern, Leuchtbuchstaben o. dgl. angezeigt werden. 62. Regelgetriebe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mittel von Einrichtungen gebildet werden, die in Abhängigkeit von der Stelleinrichtung des Regelgetriebes während der ersten Teilregelbereiche die höchst zulässige Drehzahl des Hauptmotors nach oben begrenzen oder fest zuordnen. 63. Regelgetriebe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mittel aus einem Leistungsrelais bestehen, welches die Belastung und Drehzahl des Hilfs- bzw. Umkehrtriebes berücksichtigend auf die Energiezufuhr zum Hauptmotor regelnd einwirkt. 64. Regelgetriebe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches :Mittel ein Verstärkergetriebe dient, das in den Teilregelbereichen, in denen bei direkter Einwirkung des Hilfs- bzw. Umkehrtriebes auf das zweite Glied des betreffenden Umlaufrädergetriebes dieser überlastet würde, eingeschaltet wird. 65. Regelgetriebe nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkergetriebe auch bei Verwendung eines Umkehrtriebes nur bei einer Laufrichtung des zweiten Gliedes des Umlaufrädergetriebes einschaltbar ist. . 66. Regelgetriebe nach Anspruch r und 29, bei dem der Hilfs- bzw. Umkehrtrieb über ein vielstufiges Wechselgetriebe mit Reibungskupplungen auf die zweiten Glieder der Umlaufrädergetriebe einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Mittel ein Leistungsrelais vorgesehen ist, das die Reibungskupplungen oder einen Teil derselben vorzeitig oder zurückgreifend, z. B. in Abhängigkeit von der Belastung und Drehzahl des Hilfs-bzw. Umkehrtriebes zur Unterstützung desselben einschaltet. 67. Regelgetriebe nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsrelais bei beginnender Überlastung nur dann die Reibungskupplungen einschaltet, wenn sich der angetriebene Teil, z. B. das Fahrzeug, beschleunigt bzw. die Stelleinrichtung des Regelgetriebes aufwärts schaltet, und daß das Leistungsrelais bei anhaltender Überlastung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant ist bzw. die Stelleinrichtung ruht, diese abwärts schaltet. 68. Regelgetriebe nach Anspruch i und 29, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Mittel eine Einrichtung dient, die die Fortschaltgeschwindigkeit des Stellantriebes für das Regelgetriebe nach oben begrenzt, so daß der Umkehrtrieb nicht so häufig schwer belastet wird. 69. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Umlaufrädergetrieben mehrere Doppelplanetenräder angeordnet sind, die aus je zwei gegeneinander verdrehbaren Teilrädern bestehen, von denen jedes doppelt gelagert ist und deren äußere Naben paarweise durch eine nicht auf Biegung beanspruchte Drehstabfeder miteinander verbunden sind (Abb. 54, 55 und 56). 7o. Regelgetriebe nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (i432) jedes der beiden Teilräder (143o und 1431) teils im Getriebekäfig (12) und teils in dein anderen Teilrad angeordnet sind. 71. Regelgetriebe nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilräder (143o, 1431) je zweimal unmittelbar im Käfig (12) gelagert sind. 72. Regelgetriebe nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilräder nach innen fliegend in den Außenwangen (124o) des Käfigs (12) gelagert sind. 73. Regelgetriebe nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilräder (143o, 1431) je einmal in den Außenwangen (124o) und je einmal in der Mittenwange (1246) des Käfigs (12) gelagert sind (Abb. 55). 74. Regelgetriebe nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Teilräder (143o, 1431) nur mittelbar in der Mittenwange (1246) des Käfigs (12) abgestützt ist, indem es in dem anderen von der Mittenwange unmittelbar abgestützten Teilrad gelagert ist. 75. Regelgetriebe nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teilrad (1431) unmittelbar zweilagerig in dem Käfig (12), das andere (1430), ebenfalls zweilagerig in diesem Teilrad gelagert ist' (Abb. 56). 76. Regelgetriebe nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilrad (143o, 1431) außen in einem zweiwangigen Käfig (12) innen das eine Teilrad (143o) in dem anderen (1431) zweimal gelagert ist (Abb. 54). 77. Regelgetriebe nach Anspruch 69 bis 76, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstabfeder (1434) in dem einen Teilrad (143o) durch Schweißen, Löten, Pressen, Schrumpfen o. dgl. unlösbar, in dem anderen Teilrad (1431) ebenfalls verdrehungssicher, jedoch durch Spannmutter, Spannschraube, Verzahnungen o. dgl. lösbar verbunden ist. 78. Regelgetriebe nach Anspruch 69 bis 76, dadurch gekennzeichnet, daß die Naben (1433) zum Verbinden der Teilräder (143o, 1431) mit der Stabfeder (1434) innen Axialnuten (1437) besitzen. 79. Regelgetriebe nach Anspruch 69 bis 77, dadurch gekennzeichnet, daß die Wangen des Käfigs (12) als Flanschbuchsen (124o) mit Käfigdeckeln (1243) ausgeführt sind. 8o. Regelgetriebe nach Anspruch 69 bis 79, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen der Teilräder (143o, 1431) als Gleitlager, insbesondere als Preßstoffwickellager (1432) ausgebildet sind. 81. Regelgetriebe nach Anspruch 69 bis 8o, dadurch gekennzeichnet, daß das außen verzahnte Sonnenrad (111O, 132o) einen gleichmittigen Schmierraum (1112, 1322) besitzt, von dem radiale Schmierlöcher (1114, 1324) zu den Zahnlücken führen. 82. Regelgetriebe nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Teilrädern (143o, 1431) Reibungsdämpfer vorgesehen sind. 83. Regelgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kupplungssynchronismus einschaltenden Kupplungen Klemmkupplungen sind, deren Sperrkugeln in der Einschaltstellung vor dem Synchronismus frei laufen und deren Sperrflächen so keilartig einander zugeordnet sind, daß sie bei jeder Belastung eine Ausschaltung der Kupplung zulassen. 84. Regelgetriebe nach Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, um die Einschaltkraft mit abnehmender Kupplungsdifferenzdrehzahl ansteigen zu lassen. 85. Regelgetriebe nach Anspruch i bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Verzahnungskupplungen für die Wechselgetriebe die Verzahnung derselben annähernd wie die Verzahnung der Kronenräder ausgebildet ist und gegebenenfalls an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, um eine pulsierende Einschaltkraft zu erhalten. 86. Regelgetriebe nach Anspruch 85, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektromagnetischer Betätigung der Verzahnungskupplungen der magnetisierende Kraftstrom über die Verzahnungeri fließt.