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Zwei- oder mehrgängiges Schaltgetriebe in Verbindung mit einem hydraulischen
Doppelgetriebe, insbesondere für den Antrieb von Schienenfahrzeugen, nebst Schaltverfahren,
Die Erfindung bezieht sich auf zwei- oder mehrgängige Schaltgetriebe in Verbindung
mit einem hydraulischen Doppelgetriebe nebst Betriebsverfahren. Bei den bekannten
Getrieben dieser Art ist eine große Anzahl von Synchronisierungseinrichtungen erforderlich,
und zwar ist die Anzahl gleich dem Produkt aus der Zahl der Gangstufen und der Zahl
der einzelnen Getriebeeinheiten. Die Erfindung bezweckt, die Anzahl der erforderlichen
Synchronisierungseinriehtungen auf zwei herabzusetzen. Dieser Zweck wird in erster
Linie dadurch erreicht, daß zwischen Antriebs- und Abtriebswelle eine normale ein-
und ausschaltbare Kupplung vorgesehen ist, die zum Schalten von einem zu einem anderen
Gang dient, und daß die beiden Antriebswellen durch ein besonderes .Getriebe miteinander
gekuppelt werden können, das dem Gangsprung entsprechende Übersetzungsverhältpisse
aufweist und mit Synchronisierungseinrichtungen versehen ist. Bei einer solchen
Anordnung sind auch bei Getrieben mit mehr als zwei Gängen nur zwei Synchronisierungseinrichtungen
erforderlich.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i ein zweigängiges Schaltgetriebe,
Fig.
2 ein dreigängiges Schaltgetriebe .und Fig.3 eine Sonderausführung für zwei- oder
mehrgängige Schaltgetriebe.
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Es soll zunächst das Ausführungsbeispiel nach Fig. i erläutert werden.
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Zwei hydraulische Wandler i und 2 werden von einem nicht dargestellten
Motor angetrieben. Die Turbinenwellen 3 und 4 geben ihre Leistung an das nachgeschaltete
Wechselgetriebe ab, das aus je vier Zahnrädern 5, 6, 7, 8 und 9, to, i 1, 12 besteht.
Die Zahnräder 5 und 6 sowie 9 und io dienen für die langsame Gangstufe, während
die Zahnräder 7 und 8 sowie i i und 12 für die schnelle Gangstufe dienen. Hierbei
sei ein Gangsprung von 1:2 angenommen. Die beiden Abtriebswellen 13, 14 führen,
wie durch Pfeilspitzen angedeutet ist, zu den nicht dargestellten, einzeln angetriebenen
Achsantrieben oder Achsgruppenantrieben. Die auf den Turbinenwellen 3 und 4 befindlichen
Zahnräder 5 und 7 sowie 9 und ii sind frei drehbar gelagert und weisen auf den einander
zugekehrten Seiten Klauen auf. Zwischen den Zahnrädern 5 und 7 sowie 9 und i i befindet
sich je eine auf der zugehörigen Welle verschiebbar, aber urdrehbar gelagerte Doppelschaltklaue
15 und 16. Erfindungsgemäß ist nun auf den Wellen 3 und 4 je ein festes und ein
loses Kettenrad 17, 18 und i9, 20 gelagert. Das feste Kettenrad 17, 18 der einen
Welle ist mit dem gegenüberliegenden losen Kettenrad i9, 2o der anderen Welle durch
eine Kette verbunden. Entsprechend dem angenommenen Gangsprung 1: 2 ist die Übersetzung
von 17 zu 20 gleich i : i und die Übersetzung zwischen 18 und i9 gleich 1:2 festgesetzt.
Statt der Kettenräder können auch Stirnräder vorgesehen werden, wobei dann an Stelle
der Ketten je ein Zwischenrad genommen werden muß. Zur Synchronisierung ist zwischen
den losen Kettenrädern i9, 2o und der zugehörigen Welle auf dieser je eine
ein- und ausrückbare Kupplung 21 und 22 verschiebbar, aber urdrehbar gelagert.
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Die Schaltweise bei der erläuterten Einrichtung ist folgende: Im Stillstand
des Fahrzeuges sei der erste. Gang eingeschaltet gewesen, d. h. die Schaltklauen
15 und 16 seien im Eingriff mit denen der Zahnräder 5 und 9. Nach Erreichen der
Höchstgeschwindigkeit in der ersten Gangstufe, bei der die beiden Synchronisierkupplungen
21 und 22 ausgeschaltet waren, wird die Kraftübertragung des Wandlers 2 in bekannter
Weise unterbrochen, z. B. entweder durch Senkung der Pumpendrehzahl auf minimale
Drehzahl bei Zwischenschaltung von Reibungskupplungen zwischen die vom Motor angetriebenen
Zahnräder und die von diesen getriebenen Pumpenwellen der Wandler oder auch bei
verstellbaren Pumpenschaufeln durch Schließen der Schaufeln. Danach wird die Klaue
16 aus den Klauen des Rades q herausgezogen in die gezeichnete Mittelstellung, wobei
zugleich die Kupplung 2i eingeschaltet wird. Hierdurch wird die Drehzahl der Turbinenwelle
4 beim Stufensprung 2: i auf die Hälfte derjenigen der Welle 3 gebracht, so daß
damit die Schaltung der Muffe 16 nach dem Zahnräd i i möglich wird. Mit dem Einkuppeln
wird die Kupplung 2i gelöst und bei Beibehaltung der herabgesetzten Drehzahl der
Turbinenwelle 4 auf den Wandler 2 wiederum Kraft gegeben, entweder durch Erhöhen
der Pumpendrehzahl oder durch Öffnen der verstellbaren Pumpenschaufeln. Danach wird
beim Wandler i, der bislang in seiner Leistung nicht unterbrochen war, die Kraftübertragung,
unterbrochen, die Schaltmuffe 15 vom Zahnrad 5 getrennt und in Mittelstellung gebracht
sowie die Kupplung 22 der Synchronisierung eingerückt, wodurch die Turbinenwelle
3 an die herabgesetzte Drehzahl der Welle 4 mittels der Kette i : i gebracht wird,
so daß die Schaltmuffe 15 nach dem Zahnrad 7 unter Freigabe der Kupplung 22 geschaltet
werden kann. Demnach sind nunmehr beide Getriebe auf den schnellen Gang umgeschaltet,
wenn wieder Kraft auf den Wandler i abgegeben wird.
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Das Herunterschalten vom zweiten Gang in den ersten Gang erfolgt sinngemäß
ähnlich dem Hoch-. schalten, wobei zuerst der Wandler i weggenommen und die Kupplung
21 benutzt wird, um die Klaue 15 von 7 nach 5 ziehen zu können. Erst dann, wenn
der Wandler i wieder eingeschaltet ist, wird der Wandler 2 weggenommen und mit Hilfe
der Kupplung 22 der Gleichlauf bei beiden Turbinenwellen mit i : i erzielt, so daß
die Schaltung der Muffe 16 von i i nach 9 erfolgen kann.
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Ein weiterer Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß, wenn beide
Wandler i und 2 mit verstellbaren Schaufeln ausgerüstet sind, diese beiden Wandler
vom gleichen Motor angetrieben werden können, ohne daß die Synchronisierungskupplungen
in ihrem möglichen Übertragungsmoment sehr groß ausgelegt werden müssen, z. B. nur
für 20 bis 300/0 des größten Übertragungsmoments der Turbinenwelle.
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Mit dieser Anordnung ist zugleich auch sichergestellt, daß bei einer
Umschaltung keine vollständige ZugkraftuntAArbrechung eintritt, welch letzteres
bei Lokomotiven und Triebwagen bei der Umschaltung unerwünscht ist. In jedem Falle
ist aber sichergestellt, daß 50% der Leistung minimal dauernd übertragen werden.
Dieser Wert kann aber noch gesteigert werden, wenn der Antriebsmotor kurzzeitig
während des Umschalters auf eine um io% höhere Drehzahl gebracht wird, so daß dann
die Leistung von 5o% auf etwa 650% wächst und damit nur eine Minderung von hÖchstens
35% auftritt.
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Wird die Pumpendrehzahl so weit erhöht, daß die Pumpenschaufeln in
verstellbarer Anordnung bei hoher Turbinendrehzahl noch nicht voll geöffnet sind,
so läßt sich die Minderung noch weiter herabsetzen.
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Sind nun z. B. in einem Fahrzeug zwei solche beschriebenen Einheiten
untergebracht und wird der Umschaltprozeß nacheinander vorgenommen, wobei die jeweils
unberührte Einheit kurzzeitig um io% überlastet wird, so ist, wie Versuche ergeben
haben, die Leistungsminderung nur knapp 12 bis 13%, was für den Lauf des Zuges fast
unbetnerkbar
bleibt, so claß auch durch die nacheinander erfolgenden
Schaltungen etwas mehr Zeit in Anspruch genommen werden kann.
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Weiterhin ist die Schaltung der Schaltmuffen dadurch erleichtert,
claß bei gebremsten Antrieben zu einzelnen Achsen oder Achsgruppen damit gerechnet
«erden kann, daß die beiden Turbinenwellen 3 und 4 bei wenig verschiedenen Fahrzeugraddurchinessern
eine relativ leichte Drehung der Zähne gegeneinander gestatten, bevor die Schaltinuffen
aus der Mittelstellung in die Zahnklauen der Räder geschoben werden, so daß ein
anhaltendes Zahnaufzahnstehen vermieden wird.
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Wird die Synchronisiereinrichtung gemäß Fig. i nicht finit einem Übersetzungsverhältnis
i : i bzw. i : 2 ausgeführt, sondern finit Verhältnissen, die bis zu etwa ioo/o
von den vorgenannten Werten abweichen, so hat beim Synchronisieren die Schaltnitiffe
gegenüber dem zu kuppelnden Zahnrad einen geringen Drehzahlunterschied, und zwar
können die Klauen der Muffe bis zu io°/o gegenüber den Klauen des Zahnrades voreilen
oder nacheilen, je nachdem, welches der beiden Getriebe zu schalten ist. In beiden
Fällen wird dadurch das Einrücken der Schaltklauen wesentlich erleichtert. Wie die
1?rfahrung früher ausgeführter Getriebe gezeigt hat, erfolgt dabei das Einschalten
der Klauen absolut stoßlos.
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bei dein .ltisfiiliriiiigslreisl>iel nach Fig. 2 handelt es sich.
wie bereits erwähnt ist, um ein dreigängiges Schaltgetriebe. Zu den Zahnradpaaren
der l,' ig. i sind hier noch die Zahnradpaare 23, 24 und 25, 26 hinzugekonnneie.
Die Doppelschaltmuffen 15 und i6 der Fig. i sind ersetzt durch Einzelklauenmuffen
27, 2<8, 29 und 30. 31, 32. Wird der Gangsprung wieder zu 1:2 angenommen,
so verhalten sich die Gänge wie 1:2:4. Die beiden Synchronisierungseinrichtungen,
die die gleichen Bezugszeichen wie bei Fig. i erhalten haben, müssen sich auch in
diesem Fall wie i:i und 1:2 verhalten. Auch hier sind nur zwei Svichronisierungseinrichtungen
erforderlich.
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Die Schaltweise ist vorn ersten zum zweiten Gang die gleiche wie bei
dem ersten Ausführungsbeispiel. Nach weiterer Steigerung der Geschwindigkeit wird
vorn zweiten auf den dritten Gang wieder in der gleichen Reihenfolge geschaltet
wie vom ersten zum zweiten Gang.
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Statt der bei den beiden ersten Ausführungsbeispielen verwendeten
Synchronisierungseinrichtungen kann z. 13. auch ein Ausgleichgetriebe gewählt werden,
wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Von den beiden Turbinenwellen 3 und 4 sind nur
die freien Enden gezeichnet, da die übrige Anordnung die gleiche wie Teei den beiden
ersten Ausführungsbeispielen ist. Es ist nun auf der Turbinenwelle 3 ein Kettenrad
33 befestigt. Dieses steht Tiber eine Kette mit einem gleich großen, auf einem Differentialgehäuse
34 sitzenden Zahnkranz 35 in Verbindung. Das Ditterential Besteht aus dem fest auf
der Welle 4 sitzenden Sonnenrad 36 und dem fest auf der Hohlwelle 37 sitzenden Sonnenrad
38 sowie aus den Trabanten 39 und 40. Auf die Hohlwelle 37 kann eine Bremse 41 und
eine mit der Welle 4 nie Verbindung stehende Kupplung 42 einwirken: Die Übersetzungsverhältnisse
sind wieder so gewählt, daß mittels des Ausgleichgetriebes von der Welle 4 auf die
Welle 3 ein Verhältnis i : i oder i : 2 geschaltet werden kann. Ist die Kupplung
42 eingeschaltet, so besteht' eine Verbindung der Welle 3 mit der Welle 4 mit Übersetzung
i : i, ist dagegen die Bremse 41 angezogen, so ist die Übersetzung 1::2. In diesem
Fall bilden die Bremse 4i und die Kupplung 42 die Synchronisierungseinrichtungen.
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Die Erfindung ist auch anwendbar bei Getrieben, bei denen die bei
Vorwärtsfahrt zum ersten Wandler gehörende Achsgruppe bei Rückwärtsfahrt mit der
zum zweiten Wandler gehörenden Achsgruppe vertauscht wird. Desgleichen dann, wenn
zwischen dem ersten und zweiten Gang Wandler und Achsen analog vertauscht werden.
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Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wird die Schaltung
auf der Turbinenwelle vorgenommen. Es läßt sich aber die Anordnung auch so treffen,
daß die Zahnräder auf den Turbinenwellen fest und auf den Abtriebswellen lose gelagert
werden, wobei dann die Schaltung auf den Abtriebswellen erfolgt. Es können die Schaltmuffen
auch geteilt werden, so daß die eine Schaltung auf der Turbinenwelle und die andere
Schaltung auf der Abtriebswelle erfolgt.
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Statt der in der Zeichnung dargestellten Konuskupplungen können natürlich
auch Lamellenkupplungen oder andere Synchronisierungseinrichtungen verwendet werden,
die vor dem Durchschalten der festen Schaltzähne den Eingriff erleichtern.
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Damit keine Fehlschaltungen vorkommen können, werden zweckmäßig z.
B. die beiden Schaltmuffen 15 und 16. so gegeneinander verriegelt, daß die eine
Schaltmuffe nur dann verschoben werden kann, wenn die andere voll im Eingriff steht,
und umgekehrt.