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Turbomechanische Antriebsübertragung für Fahrzeuge, insbesondere Schienentriebwagen
Die Erfindung bezieht sich auf eine turbomechanische Antriebsübertragung für Fahrzeuge,
insbesondere Schienentriebwagen, über ein leistungsteilendes Getriebe, das eine
den Schaltmöglichkeiten dieses Getriebes entsprechende wechselnde Zahl von Achsen
einzeln treibt und zusammen mit zwei als Umsteuergetriebe dienenden Zahnrädersätzen
bewirkt, daß im Falle der Übertragung der gesamten Leistung durch eine einzige Achse
bei Fahrtrichtungswechsel eine andere, vorteilhaft die nachlaufende Achse die gesamte
Leistung aufnimmt.
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Bei den bekannten turbomechanischen Antriebsübertragungen dieser Art
sind zwei Turbokreisläufe vorgesehen, nämlich ein Anfahr- und ein Fahrwandler. Hidrbei
bildet der Anfahrwandler das leistungsteilende Getriebe. Er ist als vierteiliger
Wandler ausgebildet und leitet sein Drehmoment über zwei Turbinenräder auf zwei
Zahnräder weiter. Der Fahrwandler ist ein normaler dreiteiliger Wandler, der das
gesamte Drehmoment über einen einzigen Turbinenteil an ein Zahnrad weitergibt. Diese
bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß für zwei Geschwindigkeitsstufen zwei Turbowandler
notwendig sind, von denen außerdem der eine, nämlich der leistungsteilende Anfahrwandler
in anomaler Bauart mit zwei voneinander unabhängigen Turbinenrädern ausgebildet
werden muß.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Mangel zu beheben
und eine Antriebsübertragung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der drei
Geschwindigkeitsstufen mit nur einem normalen Wandler erreicht werden können. Diese
Aufgabe wird in erster Linie dadurch gelöst, daß die beiden Zahnrädersätze von einem
als mechanisches
Getriebe ausgebildeten leistungsteilenden Getriebe
angetrieben werden, dem ein einziges, für sämtliche Geschwindigkeitsstufen gemeinsames,
mit einem in allen Betriebsfällen dauernd fest-5 stehenden Leitapparat ausgerüstetes,
also normales hydraulisches Strömungsgetriebe vorgeschaltet ist. Damit ergibt sich
der Vorteil, daß unter Verwendung nur eines einzigen baulich einfachen und bewährten
normalen hydraulischen Strömungsgetriebes und baulich einfacher Getriebeteile ein
großer Fahrbereich erzielt wird, daß durch die beiden Zahnrädersätze die Änderung
der Fahrtrichtung bewirkt und hierbei die nachfolgende Achse angetrieben wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer turbomechanischen
Antriebsübertragung gemäß der Erfindung scheniatisch in Abb. i bis 3 @dargestellt.
Abb. 2 ist der Querschnitt nach Linie II-11 der Abb. i. Abb. 4 stellt stark schematisiert
eine konstruktive Ausgestaltung des Beispiels von Abb. 3 dar.
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Zur Erleichterung des Verständnisses deuten in sämtlichen Abbildungen
Pfeile die Drehrichtung an, und zwar solche mit vollen Linien die Vorwärtsfahrt
und solche mit gestrichelten Linien die Rückwärtsfahrt. In der gleichen Weise ist
auch die Stellung der Getriebeteile wiedergegeben. Die Ordnungszahl des jeweiligen
Ganges ist ferner durch eine entsprechende Zahl von Pfeilspitzen veranschaulicht.
Pfeile mit einer Spitze stellen daher den i., Pfeile mit zwei und drei Spitzen den
2. oder 3. Gang dar. Die Größe der Drehzahl der Räder ist durch entsprechende Bemessung
der Pfeile versinnbildlicht.
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Beim ersten Beispiel (Abb. i und 2) treibt ein nicht dargestellter
Motor (Verbrennungsmotor oder Dampfturbine), der seine Drehrichtung nicht umkehren
kann, ein Strömungsgetriebe i an, dessen Sekundärwelle 2 mit dem Steg 3 eines als
Umlaufkegelradgetriebe ausgebildeten Ausgleichsgetriebes 4 zwangsläufig verbunden
ist. Im Steg 3 sitzen lose drehbar Planetenräder 5, die in dauerndem Eingriff mit
zwei Sonnenrädern 6 und 7 stehen. Auf der Welle 8 des einen Sonnenrades 6 sitzt
über einem Freilauf 9 ein Zahnrad io, das mit einem gleich großen Zahnrad i i im
Eingriff steht. Das Rad 11
ist undrehbar, aber verschiebbar auf einer Kardanwelle
12 gelagert, die über ein Kegelradpaar 13, 14 mit der bei der Vorwärtsfahrt vorderen
Achse 15 in zwangsläufiger Verbindung steht. Auf einer die Welle 8 umgebenden Hohlwelle
16 des zweiten Sonnenrades 7 ist ein Zahnrad 17 befestigt, das mit einem Umkehrrad
18 in dauerndem Eingriff steht, in das wiederum ein Zahnrad i9 einzugreifen vermag.
Dieses hat dieselbe Größe wie das Zahnrad i i und ist in gleicher Weise undrehbar,
aber verschiebbar auf einer Kardanwelle 2o gelagert, die über ein Kegelradgetriebe
21, 22 zwangsläufig mit der bei der .Vorwärtsfahrt hinteren Achse 23 -verbunden
ist.
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Zur Erzielung der Rückwärtsfahrt werden die Zahnräder ii und i9 entgegengesetzt
so verschoben, daß das Zahnrad i i in Eingriff mit dem Umkehrrad 18 und dadurch
in zwangsläufige Verbindung mit Zahnrad 17 kommt, während das Zahnrad i9 unmittelbar
in das Zahnrad io eingreift. Um einen gleichzeitigen Eingriff des Rades i i in das
Umkehrrad 18 und in das Zahnrad 17 unmöglich zu machen, hat dieses etwas kleineren
Durchmesser als das Zahnrad io. ' Auf dem freien Ende der Innenwelle 8 ist ferner
eine Bremse 24 befestigt, die ein Festhalten des Sonnenrades 6 ermöglicht.
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Mit dem dargestellten Getriebe sind je zwei Gänge für Vor- und Rückwärtsfahrt
möglich. -Im i. Gang (A) werden beide Achsen 15, 23 unabhängig voneinander (Einzelachsantrieb)
getrieben. Im 2. Gang (B) wird nur eine Achse, und zwar die nachlaufende, aber mit
doppelter Drehzahl getrieben. Im 2. Gang treibt also bei der Vorwärtsfahrt die Achse
23, bei der Rückwärtsfahrt die Achse 15. Im i. Gang beim Anfahren werden durch die
beiden gleichzeitig getriebenen Achsen 15 und 23 zusammen doppelt so hohe Zugkräfte
erreicht wie im 2. Gang. Im einzelnen ist .zu den Gangschaltungen noch folgendes
zu sagen. A. i. Gang ' a) Vorwärts Die Bremse 24 ist gelöst. Die Sonnenradwellen
8 und 16 drehen sich mit der gleichen Drehzahl wie der Steg 3 bzw. die Sekundärwelle
2 des Strömungsgetriebes i und im gleichen Sinn. Die Kraft wird über die Teile 9
bis 14 auf die Achse 15 sowie über die Teile 17 bis 22 auf die Achse 23 übertragen.
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b) Rückwärts Die Räder i i und i9 werden entgegengesetzt in die gestrichelte
Lage geschoben. Die Wellen 8 und 16 arbeiten dann auf die entgegengesetzten Achsen
23 und 15. Von der Welle 8 verläuft die Kraft über die Teile 9, io und i9 bis 22
auf die Achse 23. Von der Hohlwelle 16 wird die Kraft über die Teile 17, 18 und
i i bis 14 äuf die Achse 15 übertragen.
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B. 2. Gang a) Vorwärts Die Räder i i und i9 werden wieder in die voll
ausgezogene Lage zurückgeschoben. Die Bremse 24 wird angezogen. Die Welle 8 mit
dem Sonnenrad 6 steht also fest. Infolgedessen läuft das Sonnenrad 7 doppelt so
schnell um wie der Steg 3, der die Drehzahl der Turbinenwelle 2 des Strömungsgetriebes
i hat.
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Die Hohlwelle 16 treibt die Achse 23. Die Achse 15 läuft leer mit.
Dabei wird das Zahnrad io mitgenommen, überholt den Freilauf 9 und dreht sich somit
löse über ihn hinweg. b) Rückwärts Die Räder i i und i9 werden in die gestrichelte
Lage geschoben. Die Hohlwelle 16 treibt die Achse-i5, die Achse 23 läuft
leer mit, und das Zahnrad i9 überholt den Freilauf 9.
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Beim zweiten Beispiel (Abb. 3) ist wieder dem Ausgleichsgetriebe 4
ein Strömungsgetriebe i vorgeschaltet.
Im Gegensatz zum ersten Beispiel
wird aber von der Sekundärwelle 2 des Strömungsgetriebes i das Sonnenrad 6 getrieben.
Das andere Sonnenrad 7 sitzt fest auf einer Innenwelle 26. Der die Planetenräder
5 tragende Steg 3 endet in einer die Welle 26 umgebenden Hohlwelle 27. Auf der Hohlwelle
27 ist ein Zahnrad 28 befestigt, das mit zwei beiderseits angeordneten gleich großen
Zahnrädern 29, 30 in dauerndem Eingriff steht, die lose drehbar auf
den Kardanwellen 12 bzw. 20 sind. Auf der Welle 26 sitzt ein Zahnrad 31, das auch
mit zwei beiderseits angeordneten Zahnrädern 32, 33 in dauerndem Eingriff steht,
die gleichfalls lose drehbar auf den Kardanwellen 12 und 20 sitzen. Das Zahnrad
31 sitzt außerdem unter Vermittlung eines Freilaufes 34 auf der Welle 26. Während
das Zahnrad 28 ebenso groß ist wie die Losräder 29 und 30, ist das Zahnrad 31 mir
halb so groß wie seine Losräder 32 und 33. Die Losräder 29, 30 übertragen daher
die Drehung der Hohlwelle 27 ohne Übersetzung (i : i), während die Losräder 32,
33 die Drehzahl der Welle 26 im Verhältnis 1 :2 ins Langsame übersetzen. Zwischen
den gleichachsigen Losrädern 29, 33 und 30, 32 sitzen auf den Wellen 12 bzw. 20
verschiebbar, aber undrehbar Kupplungsmuffen 35, 36, die mit Gegenklauen der Losräder
29, 33 bzw. 30, 32 in'Eingriff treten können. Ferner ist an dem freien Ende der
Welle 26 eine Bremse 37 angeordnet, die ein Festhalten des Sonnenrades 7 gestattet.
Zwischen den Zahnrädern 28 und 31 sitzt außerdem eine Lamellenkupplung 38, die eine
starre Verbindung der Wellen 26 und 27 herzustellen vermag. Die Kardanwellen 12
und 20 sind wieder über Kegelradpaare i3, 14 1>zw. 21, 22 mit den Achsen 15 und
23 verbunden. Die Tellerräder 14 und 22 sind jedoch im Gegensatz zur ersten Ausführung
auf der anderen Seite der Kegelritzel 13 und 21 angeordnet.
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In dem Getriebe nach Abb. 3 sind in jeder Fahrtrichtung drei Gänge
(C, D, E) möglich. Im ersten Gang (C) mit den größten Zugkräften werden beide Achsen
15, 23 mit einem Viertel der Drehzahl
der Sekundärwelle 2 des Strömungsgetriebes i getrieben. Im 2. und 3. Gang (D und
E) wird nur eine Achse, nämlich die in der Fahrtrichtung nachlaufende, getrieben,
und zwar im 2. Gang (D) mit der hallen Drehzahl
der Sekundärwelle 2, im 3. Gang (E) mit der gleichen Drehzahl (n).
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C. i. Gang a) Vorwärts Beide Achsen 15 und 23 werden getrieben. Die
Bremse 37 und die Kupplung 38 sind gelöst, so daß sowohl der Steg 3 als auch das
Sonnenrad 7 unabhängig voneinander über die Wellen 27 itnd 26 Leistung abgeben können.
Nach den bekannten Gesetzen der Ausgleichsgetriebe treibt dann der Steg 3 die Hohlwelle
27 mit dem Zahnrad 28 mit einem Viertel der Drehzahl des Sonnenrades 6 bzw. der
Sekundärwelle
2 des Strömungsgetriebes i. Das Sonnenrad 7 und die Welle 26 mit dem Zahnrad 31
werden dabei mit der halben Drehzahl
der Sekundärwelle 2, aber im entgegengesetzten Sinne getrieben. Da die Losräder
32, 33 die Drehzahl des Zahnrades 31 infolge der Zahnradübersetzung i : 2 weiter
auf die Hälfte verringern, drehen sich die Losräder 32, 33 ebenso wie die Losräder
29, 30 mit dem vierten Teil der Drehzahl der Sekundärwelle 2.
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Durch Verschieben der Muffe 35 nach rechts und der Muffe 36 nach links
werden das große Losrad 33 reit der Kardanwelle 12 und das kleine Losrad
30 mit der Kardanwelle --o zwangsläufig verbunden und die Vorwärtsfahrt erzielt.
b) Rückwärts Durch Verschieben der Muffen 35, 36 in entgegengesetztem Sinne entsteht
die Rückwärtsfahrt. Dann stehen das kleine Losrad 29 mit der Kardanwelle 12 und
das große Losrad 32 mit der Kardanwelle 20 in zwangsläufiger Verbindung.
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D. 2. Gang a) Vorwärts Nur eine Achse, nämlich die nachlaufende Achse
23, wird getrieben. Die Vorderachse 15 läuft leer mit. Die Bremse 37 ist angezogen,
so daß das Sonnenrad 7 fest steht. Bei unveränderter Drehzahl (n) der Sekundärwelle
2 wird dann der Steg 3 mit der halben Drehzahl im gleichen Sinn getrieben. Über
die nach links
geschobene Kupplungsmuffe 36 werden daher die Kardanwelle 20 und die hintere Achse
23 gleichfalls mit der halben Drehzahl
getrieben. Die nach rechts geschobene Kupplungsmuffe 35 und das Zahnrad 33 werden
von der Vorderachse 15 über die Kardanwelle 12 mitgenommen. Das in das Losrad 33
eingreifende Zahnrad 31 wird leer über den Freilauf 34 hinweggedreht. .
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b) Rückwärts Die Kupplungsmuffe 35 wird nach links geschoben und treibt
.über die Kardanwelle 12 die bei der Rückwärtsfahrt nachlaufende Achse 15 wieder
mit der halben Drehzahl
an. Die nach rechts geschobene Kupplungsmuffe 36 überträgt die Drehung der leer
mitlaufenden Achse 23 über die Kardanwelle 2o auf das Losrad 32. Das mit diesem
,in dauerndem Eingriff stehende Zahnrad 31 dreht sich wieder mittels des Freilaufes
34 frei über der Welle 26.
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E. 3. Gang a) Vorwärts Es wird wie beim 2. Gang jeweils nur eine Achse
getrieben. Die Bremse 37 wird gelöst. Die Kupplung 38 wird geschlossen, so daß der
Steg 3 und das Sonnenrad 7 zu gemeinsamer Drehung verbunden sind. Das Ausgleichsgetriebe
wirkt dann
lediglich wie eine Schwungmasse. Sowohl die Welle 26
als auch die Hohlwelle 27 drehen sich mit der Drehzahl (n) der Sekundärwelle 2 des
Strömungsgetriebes i. Durch Verschieben der Kupplungsmuffe 36 nach links und der
Kupplungsmuffe 35 nach rechts wird wie beim 2. Gang vom Zahnrad 28 die Antriebskraft
auf die nachlaufende Achse 23 geleitet, während die vorlaufende Achse 15 leer mitläuft.
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b) Rückwärts Durch entgegengesetztes Verschieben der Muffe 35 nach
links und der Muffe 36 nach rechts wird die vom Zahnrad 28 übertragene Antriebskraft
auf die jetzt nachlaufende Achse 15 geleitet, während die Achse 23 leer mitläuft
und das Zahnrad 31 sich mittels des Freilaufes 34 frei über der Welle 26 d reht.
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Das Konstruktionsbeispiel von Abb. 4, das eine weitere Ausgestaltung
der Anordnung von Abb. 3 zeigt, läßt die besonders günstige Anordnung und Unterbringung
der Teile erkennen. Die Ausführung eignet sich besonders gut, wenn sie bei einem
Drehgestell angewendet werden soll. Auf der einen Seite des mittleren Querträgers
6o kann der Motor 61 mit dem Schwungrad 62 angeordnet werden. Auf der anderen Seite
können im Raum zwischen der von einer Verlängerung 63 derMotorwelle 64 angetriebenen,
ins Schnelle übersetzenden Vorschaltstufe 65, 66 und dem mittleren Querträger 6o
das Strömungsgetriebe i und das Ausgleichsgetriebe 4 angeordnet werden. Unterhalb
des Querträgers 6o findet das Gehäuse 67 für die Losräder 29, 30, 32, 33 seinen
Platz. Die die Losräder tragenden Wellenstücke werden hohl ausgebildet, so daß die
Kardanwellen 12, 2o durch sie hindurchgeführt und daher verhältnismäßig lang ausgebildet
werden können.
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Die Erfindung ist für Triebwagen oder Triebgestelle von solchen Fahrzeugen
besonders geeignet, die gleich gut in entgegengesetzter Richtung fahren müssen.
Es ist nicht notwendig, die Ausgleichsgetriebe 4 oder die Getriebe 13, 14 bzw. 21,
22 als Kegelradgetriebe auszubilden, sie können auch als Stirnradgetriebe ausgeführt
werden. An Stelle der Freiläufe 9, 34, 47 können andere lösbare Kupplungen verwendet
werden, die gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Fahrtwendung selbsttätig geschaltet
werden können.