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Antriebsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus
einem Turbowandler mit in ihrer Wirkung veränderlichen Turbinenschaufeln und einem
hinter dem Turbowandler angeordneten mechanischen Wechselgetriebe Die Erfindung
bezieht sich auf ein hydromechanisches Getriebe, besonders für Kraftwagenantriebe,
!bestehend aus einem Turbowandler mit durch Hilfskraft aus dem Kreislauf herausschie!bbaren
Turbinenschaufeln zur Trennung :der getriebenen Welle von dem Antrieb und aus einem
mechanischen Wechselgetriebe hinter dem Turbowandler. .
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Um bei derartigen Anordnungen für das Herabscha@lten oder für das
Einsalten eines (Ganges im ZVechselgetriebe, bei dem eine treibendz Hälfte einer
Schaltkupplung langsamer als die Gegenhälfte läuft, eine kurze Schaltzeit zu erreichen,
"verden, wie bekannt, besondere Beschleunigungsvorrichtungen verschiedener Art angeordnet;
z. B. wird vom Motor oder von der getriebenen Welle aus die Drehzahl der betreffenden
Teile auf die Einrizckdrehzahl erhöht und hierauf die neue Übersetzung eingeschaltet.
Diese Vorrichtungen sind umfangreich und umständlich, da sie besondere Hilfsübersetzungen,
Ein- und Wiederauss chalten der Hauptkupplung oder besondere Hilfskupplungen erfordern.
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Durch die Erfindung wird eine einfache Vorriehtung angegeben, die
das Turbinenrad oder umlaufende Teile hinter dem Turbinenrad durch Einrücken
der
Turbinenschaufeln in,den Kreislauf beschleunigt, so,daß diese in kurzer Schaltzeit
nach Erreichender Einrückdrehzalil mit den anzutreibenden Teilen, z. B. dem Fahrzeugantrieb,
gekuppelt werden können. Außerdem wird ein besonders rascher selbsttätiger Ablauf
des Schaltvorganges erreicht. Nach der Erfindung wird die Hilfskraft zurr. Einschieben
der Turbinenschaufeln in den Kreislauf in Abhängigkeit von -der Stellung der zu
schaltenden Kupplungsglieder im mechanischen Getriebe zugeführt. Sobald also nach
Ausrücken der vorher im Eingriff befindlichen Gangstufe die einzurückende verschiebbare
Schaltku@plungshälfte für den Eingriff bereitsteht, wird beim Einschieben der Turbinenschaufeln
eine rasche Erhöhung der Drehzahl der einzurückenden Kupplungshälfte, herbeigeführt,
so daß ein rückfreies Einschalten der zu verbindenden Kupplungsglieder im Wechselgetriebe
bei Gleichlauf oder beim Überholen gesichert ist.
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Vorteilhafterweise wenden die Tur'bineri@Srihaufelri vor dem Einrücken
der Schaltkupplung nur teilweise in den Kreisslauf eingeführt. Dadurch wird eine
beschränkte Leistung auf .die Turb.inens@charufelung übertragen, die für die Erhöhung
der Drehzahl der zu beschleunigenden Teile verwendet wird. Erfindungsgemäß wirken
ferner die zu schaltenden Kupplungsglie(der des mechanischen Getriebes über eine
Druckmittelvorriehtung auf die Hilfskraftvorrichtung ein, die zum Verschieben der
Turbinenschaufeln dient. Für das Einschieben der Turbinensch aufelung in den Kreislauf
kann eine besondere Steuerung vorgesehen sein, oder es kann die für das ohnedies
im Betrieb übliche Ein- und Ausrücken der Turbinengchaufeilung verwendete Steuerung
auch für diesen Zweck mit verwendet werden.
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Mit Vorteil kann auch eine Druckmittelsteuerung angewandt werden,
deren Steuerglied, das in beliebiger Weise durch -den Fahrzeugführer oder selbsttätig
bewegt werden kann, gegenüber dem Verschiebekolben so angeordnet ist, daß es sich
dein Steuerglied in bekannter Weise selbsttätig nachführt.
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Nach der Erfindung wird .die Steuerung für die Druckmittelvorrichtung
zum Verschieben der Turbinenschaufeln mit Vorteil so ausgeführt, daß diese unmittelbar
nach dem Einschieben dieser Schaufel.ung deren Wnederherausschieben bewirkt.
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Die Steuerung für das Verschiebender Turbinenschaufeln ist nach der
Erfindung so ausgebildet, daß zwei tei!l-vvense gegeneinander verdrehbare Ringglieder
durch ihre relative Verstellung Druckmittelkanäle in der erforderlichen Weise miteinander
verbinden oder gegeneinander abschließen und durch einstellbare Federspannung zwischen
den beiden Ringgliedern ,Maß und Geschwindigkeit des Einschiebers der Turbinenschaufeln
bestimmt werden können.
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In der Zeichnung sind zwoi Ausfühi-ungsbeispielle von Antriebsvorrichtungen
nach der Erfindung schematisch, größtenteils im Schnitt, dargestellt.
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Abb..i zeugt einen Längsschnitt durch einen Turbowandler sowie ein
hinter diesem angeordnetes Zahnräderwechselgetriebe zusammen mit einer Druckmittel-,
z. B. Drucköl-, Verschiebevorrichtung für die Turbinenschaufelung und mit der zugehörigen
Steuerung; Abb. 2 und 3 zeigen verschiedene Stellungen des Hauptsteuergliedes der
Abb. i; A'bb.4 zeigt ein weiteres eines hydraulischen Strömungsgetriebes nach der
Erfindung mit der zuggehörigen Druckm.itte1-verschiebevorrichtung ; Abb.5 und 6
zeigen verschiedene Stellungen einzelner Teile der Vorrichtung nach der Abb. 4 in
einem Querschnitt nach der Linie A-A der Abb. :4.
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In AbUi bedeutet i die Antriebswelle, 2 die Abtriebswelle dies hydraulischen
Strömungsgetriebes, 3 isst ein Rollenlager, mit dem beide W el'len ineinander lagern.
4 ist das P'umpenrard, 5 das Turbinenrad, 6 das Leitwerk des Getriebes. Die Antriebswelle
wird durch das Zahnrad 7 angetrieben. 8 ist ein an das Leitwerk anschließender Krüimmer,
an den der Gehäusedeckel 9 sich anschließt, in dessen Nabe i o ein auf der Welle
2 urverschiebbar und urdrehbar befestigter Mitnehmer ri gelagert isst. 13 ist die
den Kranz des Turbinenrade@s 5 mit einer Nabe 14 verbindende Scheibe. Der Mitnehmer,iii
und der mit der Scheibe 13 verbundene Zylinder 24: sind,durch eine Klauen- oder
Zahnverbindung 15, 16 miteinander auf Drehen gekuppelt, jedoch so, daß das Turbinenrad
5 in der Achsrichtung verschoben werden kann. In der Scheibe 13 sind Löcher 17.
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In der Bohrung der Welle i ist ein Verlängerungsstück 2o der Welle
2 angeordnet, in dessen Innerem ein Rohr 21 liegt. Der Ringraum 22 zwischen dem
Rohr 2i und dem Weillenstück 20 sowie der Raum 23 innerhalb des Rohres oi dienen
zur Druckmnttelzufuhr zu dem Zylinder 24 durch die Bohrungen 25 und 2.6, die mit
den Räumen links bzw. rechts von dem Scheibenkolben gii in Verbindung stehen, der
mit dem Wellenstück 2o. verbunden ist. 27 ist eine auf der Welle 2io befestigte
Scheibe-, an deren äußerem Rand eine Dichtungsfläche 12$ vorgesehen ist, gegen die
sich die Dichtungsfläche 29 an der Scheibe 13 des Turbinenrades 5 legen kann. In
dem Lager 30 ist das Wellenstück 2o gelagert. An dieses Lager schließen die Leitungen
31 und 32 an, die in Ringnuten 33 und 3.4 münden. Auf diese Ringnuten weisen Bohrungen
35 und 36 in dem Endzapfen des Wellenstückes 2o.
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Die Leitungen 31 und 32 schließen in ihrem oberen Teil an das Gehäuse
@3'8 eines Ste@uerschiesbexs 4o an, der in der Bohrung 39,dieses Gehäuses verschiebbar
und durch eine Feder 41 an seinem rechten Ende belastet ist. 42 ist der Zylinderraum
am linken Ende des Gehäuses 4.0, in dem ein kleiner Kolben 43 mit einem Stift 44
verschiebbar ist. 45# 46# 47 sind Leitungen, die Drucköl zuführen, 48, 4 50, 51
sind, -die einzelnen Scheiben des Schiebers 40. 53, 54, 55 sind, Bohrungen zur Verbindung
mit der Außenluft. 96 ist ein Gehäuse für einen Steuerschieber 57, an das
.die Leitungen 46 und 58 anschließen. Die Leitung 47 ist mit der Leitung 58
verbunden.
Der Schieber 5.7 kfinn durch einen Nocken 511 eingestellt werden.
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Die Leitung 45 schließt an der Nabe 6,1 eines Schaltzylinders 6o an,
von dem zwei Leitungen 62 und 63 ausgehen. Der in dem Zylinder 69 verschiebbare
Kolben ,64 ist mit dem rechten Teil 65 seiner Kolbenstange mit einem Hebel 66. verbunden,
durch die zwei Schaltmuffen 67 und 68 mit den Kupplungshälften 69 und 7ro bewegt
werden. Die Kupplungshälften6g und 710 arbeiten mit Kupplungshälften 711
und .72 an den Zahnrädern, 73 und 74 zusammen. Das Rad 74 ist auf ,der Welle
2 befestigt. Die linke Kolbenstange 76 des Kolbens. 64 hat Nuten 77 und 78. In der
Nabe 61 ist ein Winkelkanal 79, in dem unteren Teil der Nabe 61 eine Bohrung 8o.
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In der Abb. ,2 ist der Steuerschieber 4o, in der Stellung gezeigt,
in der er sich befindet, wenn das Turbinenrad 5 aus dem Kreislauf des Strömungsgetriebes
bis in seine rechte Endstellung herausgeschoben ist. Wem das Turbinenrad 5 in den
Kreislauf des Strömungsgetriebes voll eingeschoben ist, steht der Steuerschieber
40 in der in der Abb. 3 gezeigten rechten Endstellung. Diese Stellung wird dadurch
herbeigeführt, daß durch den Nocken 59 der Schieber 57 in. seine uniere Endstellung
verschoben wird, so daß von der Leitung 58 hier Drucköl durch .die Leitung 46 vor
die linke Endfläche der Scheibe 48 -des Schiebers 40 gelangt, diesen nach rechts
verschiebt und in seiner rechten Endstelliung hält. In dieser Stellung kann Drucköl
aus der Leitung 47 in die Leitung 32 und von .dort durch die Nut 34, die Bohrungen
36., den Raum 22 und die Bohrungen 25 in den Raum des Zylinders 24 vor dein Kolben
31 gelangen. Durch dieses Drucköl wird der Zylinder 24 und mit ihm .das Turbinenrad
5 nach links bis in die voll eingerückte Stellung verschöben und auch in dieser
gehalten.
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Zur Einleitung eines Gangwechsels an dem Zahnräderwechselgetriebe
hinter dem hydraulischen Strömungsgetriebe wird der Nocl<en 59 in die in der
Abb. i gezeigte Stellung verdreht, so daß der Schieber 57 seine obere, ebenfalls
in der Abb. i gezeigte Endstellung einnimmt, in der kein Drucköl in die Leitung
46 geführt wird. Der Schieber 40 nimmt also unter dem Druck der Feder 4;1 die Stellung
nach Abb. 2 ein.
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Wenn durch die nicht besonders dargestellte Steuerung für die Schaltvorrichtung
des Wechselgetriebes Drucköl durch die Leitung 62 links vor den Kolben 64
gegeben wird, wird dieser nach rechts verschoben. Dadurch wird die Kupplung 69,
71 ausgerückt, der Kolben 6'4 und die Kupplungshälften 69 und 70 gelangen
in die Stellung nach Abb. i, in der die Kupplungshälfte 7-o sich unmittelbar vor
dem Eingriff in die Kupplungshälfte 72 befindet. Die Klauenzäh:ne der Kupplungshälften
69, 7o, 71, 72L können mit abgeschrägten Stirnflächen versehen sein, so daß sie
sich vor dem Erreichen der Überholungs,drehzahl abweisen. In der gezeigten Stellung
ist .der Raum des Zylinders 60 links vordem -Kolben 64 durch den Winkelkanals 79
und die Ringnut 78 mit der Leitung 45 verbunden. Deshalb gelangt das in dem Zylinder
6o wirksame Drucköl auf diesem Wege in den Raum 42, verschiebt den Kolben, 43 und
mit ihm den Schieber 4o nach rechts in die Stellung nach Abb. i.
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Durch die an die Leitung 58 anschließende Leitung 47 gelangt Drucköl
in ,den Raum zwischen den beiden Scheiben 49 und 5o des Schiebers 40. Der Schieber
40 ist durch die oben beschriebene Druckölzufuhr zu dem Raum 42 nur so weit nach
rechts verschoben worden, daß durch die linke Kante der Scheibe 5o das Drucköl durch
einen kleinen gedrosselten Spalt in die Leitung 52 gelangen kann. Es wird also von
der Leitung 32 aus über die Nut 34, die Bohrung 36, den Raum 22 und die Bohrungen
25 ein gedrosselter Druck,dem Raum links von dem Scheibenkoliben 3:1 zugeführt.
Dadurch verschiebt sich der Zylinder 24 und mit diesem das Turbinenrad 5 etwas nach
links. Entsprechend dem zugeführten geringen Druck wird das Turbinenrad nicht sofort
voll in den Kreislauf eingeschoben, sondern gelangt zunächst in die Stellung nach
Abb. i, in der nur eine Teilbreite der Turbinenschaufelung in den Kreislauf eingerückt
ist. Dementsprechend wird von dem hydraulischen Kreislauf eine beschränkte Leistung
auf d!as Turbinenrad übertragen. Durch -diese wird die Welle 2 und mit ihr die Kupplungshälfte
72 so weit beschleunigt, daß die Einrück drehzahl für die Kupplung 70, 72 erreicht
wird. Die Kupplungshälfte 7o wird durch den Kolben 64 mit der Kupplungshälfte 72
in Eingriff gebracht, und der Kolben 64 gelangt in seine rechte Endstellung..
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In der rechten Endstellung des Kolbens 64 ist die Kolbenstange 76
so weit nach rechts verschoben, daß die Leitung 45 nicht mehr mit der Nut 78, sondern
mit -der Nut 77 verbunden isst. Der in der Leitung 45 und in dem Raum 42 bestehende
Druck wird» durch die Bohrung 8o entspannt. Infolgedessen werden der Schieber 4o
und der Kolben 43 unter dem Druck :der Feder 41 in ihre linke Endstellung verschoben,
die in Abb. 2, gezeigt ist. In dieser Endstellung ist die Leitung 32 durch die Bohrung
55 mit der Außenluft verbunden, so daß auch der Druck in dem Raum links von dem
Scheibenkolben 61 verschwindet. Dagegen isst in dieser Stellung die Leitung 31 mit
der Leitung 47 verbunden, so daß durch die Nut 33, die Bohrung 35, den Raum 21 und
die Bohrung 26 Drucköl in den Raum rechts von dem Scheibenkolben 3i1 gelangt
und den Zylinder 24 mit dem Turbinenrad 5 in -die rechte Endstellung zurückführt,
in der das Turbinenrad 5 aus dem Kreislauf vollständig ausgerückt ist. Der Schaltvorgang
ist abgelaufen.
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Das Turbinenrad 5 kann wieder in den Kreislauf eingeschoben werden.
Dies geschieht dadurch, daß der Schieber 3.7 durch den Nocken 59. in seine untere
Endstellung verschoben wird. Dadurch kann Drucköl von der Leitung 58 in die Leitung
46 und damit in Aden Raum links vor die Scheibe 48 des. Schiebers 4o gelangen, so
daß der Schieber 4o in seine rechte Endstellung verschoben wird, die in der Abb.
3 gezeigt ist. In dieser Stellung kommt
von der Zuleitung 47 her
Druckäl :durch die Leitung 3h., die Nut 34, die Bohrungen 36, den Raum 22 und die
Bohrungen 25 in den Raum links vor dem Scheibenkolben 31. Die Scheibe 5.0- gibt
dabei den vollen Querschnitt für -den Zutritt zu der Leitung 32 frei. Es wirkt also
der volle Ölidruek auf den Kolben 31. Dadurch wird das Turbinenrad 5 rasch in seine
linke Endstellung verschoben; in der es in den Kreiglauf voll eingerückt ist. Die
Kraftübertragung wird wieder normal ,durch das Strömungsgetriebe und das Wechselgetriebe
aufgenommen.
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In Abb. 4, 5 und 6 bedeuten neben den schon in den Abb. i bis 3 verwendeten
Bezeichnungen: ioi ein Rohr, durch das Drucköl in die Längsbohrung io2 der Welle
2 geführt wird. An -die Längsbohrung io2 schließen sich Queribührungen 103 an; die
in eine Ei.ndrehung1104 in dem Mitnehm:enu münden. Von .der Eindrehung 104 geht
ein Kanal iiIor5 aus, der in einer Nut @io6 in dem Mitnehmer @i:i endigt.
107 ist ein ins Freie mündender Kanal, der in einer Nut ivo8 endigt. Die-
Lage des Kanals 'I107 und der Nut iio-8 gegenüber dem Kanal,iio15 ist aus Abb. 5
und 6 ersichtlich.
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InAbb.4 sind der Kanal 107 und die Nut i o8 der leichteren
Darstellung wegen in der oberen Hälfte der Abbildung im Schnitt angegeben. Die Ausnehmungen
in dem i#litn@ehmer ii für die Klauenzähne i iii an dem äußeren Teil des Zylinders
24 sind etwa doppelt so 'breit wie die Klauenzähne i i i. Dadurch ist eine relative
Verschiebung des Mitnehmers, iiri gegenübler dem Zylinder 24 möglich. Die Klanenzähne
ii!i i greifen .außerdem in Nuten 1-13 einer Ringscheibe m4 ein, :die an ihrem äußeren
Umfang Nasen Vi5 hat, denen an dem Mitnehmer vi angeordnete, durch Federn .iiii6
belastete Bolzen ii i,7 gegenüberstehen. Die Scheibe @i i@4 ist mit Schlitzen ii8
an -Bolzen iig geführt, die an dem 'Mitnehmer iii befestigt sind.
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In der Nabe sowie in der rechten Stirnwand und in der Längswand des
Zylinders 24 ist ein Kanal 121, der :dürch eine Ausnehmung 11212- mit dem Innenraum
des Zylinders 24 links vor dem Scheibenkolben 31 v._,rbun@den ist.
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In Abb. 4 ist das Turbinenrad 5 in dem Zustand gezeichnet, in dem
es aus dem Kreislauf vollständig ausgerückt wurde dadurch, daß in den Raum des Zylinders
.24 rechts vor dem Kolben 3.1 durch eine nicht besonders dargestellte Steuerung
Öldruck gegeben wurde. Bei dieser Stellung des Turbinenrades 5 stehen sämtliche
Teile in den in Abb. 5 gezeigten Stellungen. Die Welle 2 und mit ihr der Mitnehmer
i i laufen in der in Abb. 5 durch einen Pfeil gekennzeichneten Drehrichtung um,
und zwar schneller als der Zylinder 24 mit dem Turbinenrad 5. Die Klawenzähne rin
liegen deshalb in den Lücken in dem Mitnehmer'i!i, wie in Abb.5 gezeigt, mit ihren
rechten Seitenflächen an.
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Die Leitung ioa sei an Stelle der in Abb. i gezeigten Leitung 45 mit
der Nabe -611 des Schaltzylindersi6,o verbunden' Bei der oben beschriebenen, in
Abb. i gezeigten Stellung des Schaltkolbens 64 gelangt also Drucköl aus dein Raum
links vor dem Schaltlsol,ben 64 durch den Kanal 79, die Eindrehung 78 und
die Leitung ioii über die Kainäle,io?- und -1o3, die Eindrehung io4, dien Kanal
io5 und die Nut io6 zu dem Kanal i-,i und über die Ausnehmung .122 zu dem Raum links
vor dem Kolben: 31. Dadurch wird der Zylinder i24 und mit ihm das Turbinenrad 5
entsprechend in den,Kreislauf eingeschoben, wobei die Druckölzufuhr, soweit notwendig,
gedrosselt sein kann. Das Turbinenrad wird also entsprechend beschleunigt. Dadurch
wenden die I.lauenzähne iiii in- der Drehrichtung gegenüber dem Mitnehmer in den
Lücken verschoben. Sie nehmen dabei die Ringscheibe ili#4 durch die entsprechenden
Ausnehmungen mit, so -daß die Teile in die in der Abib. 6 gezeigten Stellungen gelangen,
die Federn i 16 von den Nasen i 15 durch die Bolzen i 17 zusammengedrückt werden
und die Bolzen iig in den Schlitzen 118 sich entsprechend verschieben. Maß und Geschwindigkeit
der Verschiebung können durch die Spannung der Federn 116 entsprechend eingestellt
werden. Bei dieser Verschiebung wird schließlich in der in Abb. 6 gezeigten Stellung
der Kanal 121 in dem Zylinder 24- mit der Nut io8 und damit mit dem Kanal 107 in
dem Mitnehmer ii verbunden, so daß durch den freigegebenen Querschnitt an der Nut
io8 mehr oder weniger schnell eine Entspannung des in dem Zylinder 24 links vor
dem Kolben 31 wirksamen Drucköls erfolgt. Der Zylinder 24 und mit ihm .das Turbinenrad
5 werden ailso wieder in die ausgerückte Stellung zurückverschoben.
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Wenn in der Zwischenzeit während dieses Beschleunigungsvorganges die
Kupplung 70, 72 noch nicht einrücken konnte, da die Drehzahl noch nicht genügend
hoch angestiegenwar,wird,wenndieTeile wieder in die Stellung der Abb. 5 gelangt
sind, immer noch Drucköl von der Leitung ioi her in den Zylinder zutreten können,
so daß der ganze Vorgang sich wiederholt, bis die Einrückdrehzahl für .die Kupplung
70, 72 erreicht ist und, wie oben bes:chrie#ben, das Drucköl in der Leitung ioli
durch die Bohrung 8o entspannt wird.
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Die Öffnungen 17 können zweckmäßig so bemessen werden, daß durch sie
,die Geschwindigkeit des Einrückens des Turbinenraides 5 in gewissem Maße geregelt
wird, so daß diese einen bestimmten Wert nicht überschreitet. An den Öffnungen 17
oder einem Teil von ihnen können Rückschla5-ventile angebracht sein, durch die das
Einrücken des Turbinenrades infolge der Drosselung der durchströmenden Flüssigkeit
entsprechend geregelt wird. Wie aus den gezeigten Ausführungsbeispielen ersichtlich,
ergibt die Erfindung große Vorteile in der Anwendung von hydraulischen Strömungsgetrieben,
besonders außerordentlich kurze Schaltzeiten bei mit Strömungsgetrieben verbundenen
Wechselgetrieben. Eine Reibungskupplung ist dabei ebensowenig notwendig wie besondere
für die Beschleunigung der einzurüokeniden Kupplungshälfte .dienende Schalthilfsvorrichtungen.
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Die beschriebenen Steuervorrichtungen zeigen lediglich Ausführungsbeispiele.
Zur Erreichung
des angegebenen Zwecks können beliebige Vorrichtungen
anderer Art vorgesehen sein.