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Strömungsgetriebe mit Bremseinrichtung, insbesondere für Straßen-
und Geländefahrzeuge Es ist bekannt, daß Strömungsgetriebe, die zum Antrieb von
Fahrzeugen dienen, auch zum Bremsen des Fahrzeuges herangezogen werden können. Nach
einem der bekannten Vorschläge wird zum Bremsen das Turbinenrad eines Strömungswandlers
über einen umgekehrt angeordneten Freilauf mit dem Pumpenrad gekuppelt und dabei
vom Fahrzeug über seine Durchgangsdrehzahl hinaus angetrieben, während das Pumpenrad
weiter an den Motor gekuppelt bleibt. Die hierbei sich ergebende Bremskraft ist
nur bei sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten ausreichend, weshalb diese Art der Bremsung
nicht zum Bremsen bei längeren Talfahrten geeignet ist, wo es aus Sicherheitsgründen
möglich sein muß, die Fahrgeschwindigkeit sehr stark zu verringern, etwa auf diejenige
Größe, mit der die gleiche Steigung auch bergwärts durchfahren würde.
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Eine stärkere Bremswirkung als mit dieser sogenannten Einfachbremsung
läßt sich: durch die ebenfalls bekannte Gegenbremsung erzielen, bei der das Turbinenrad
durch ein Wendegetriebe auf entgegengesetzte Drehrichtung umgeschaltet wird, derart,
daß das vom Fahrzeug angetriebene Turbinenrad und das vom Motor angetriebene Pumpenrad
in
entgegengesetzter Drehrichtung umlaufen. Eine solche Ausführung hat den Nachteil,
daß zum Bremsen durch den Antrieb des Pumpenrades vom Motor her Leistung, also Brennstoff,
verbraucht wird.
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Ein anderer Vorschlag vermeidet diesen Nachteil dadurch; daß er einen
Bremswandler vorsieht, dessen beide Laufräder, Pumpen- und Turbinenrad, ständig
an die getriebene Welle angeschlossen sind, und zwar das eine Laufrad über ein Umkehr-Betriebe
und das andere direkt, also derart, daß sie vom Fahrzeug in einander entgegengesetzter
Drehrichtung angetrieben werden. In diesem Zusammenhang ist auch schon vorgeschlagen
worden, als Bremsgetriebe ein Strömungsgetriebe zu verwenden, das außerdem für den
Vortrieb, also zur Kraftübertragung vom Motor auf die Treibachse dient, ohne daß
dabei angegeben worden wäre, wie eine solche Einrichtung ausgebildet werden muß.
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Auf eine solche Art der Gegenbremsung mittels eines auch zum Vortrieb
dienenden Strömungsgetriebes bezieht sich die Erfindung. Sie besteht in dem Vorschlag,
das Turbinenrad mittels eines während des Betriebs schaltbaren Wendegetriebes mit
der Abtriebswelle und diese mittels eines umgekehrten Freilaufes mit der Pumpenradwelle
zu kuppeln, derart, daß einerseits das Turbinenrad bei vorwärts laufendem Fahrzeug
je nach der Stellung des Wendegetriebes vorwärts oder rückwärts umläuft und daß
andererseits das Pumpenrad selbsttätig an die Abtriebswelle gekuppelt wird, sobald
die Abtriebsdrehzahl die Pumpenraddrehzahl übersteigt bzw. die Pumpenraddrehzahl
unter die Abtriebsdrehzahl abzufallen beginnt.
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Zu dem Begriff umgekehrter bzw. verkehrt angeordneter Freilauf wird
festgestellt, daß ein normal angeordneter Freilauf in der normalen Antriebsrichtung
vom Motor zur getriebenen Achse als Gesperre wirkt und in der umgekehrten Kraftrichteng
als Freilauf. Ein umgekehrter Freilauf wirkt daher entsprechend als Gesperre, wenn
die Abtriebswelle die Motorwelle zu überholen sucht, dagegen bei normalem Antrieb
vom Motor her als Freilauf.
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Mit einer solchen Einrichtung können nicht nur das Pumpenrad des Wandlers
und der Motor selbsttätig zum Bremsen herangezogen werden, wenn die Abtriebsdrehzahl
die Antriebsdrehzahl übersteigt, sondern es kann bei Bedarf durch willkürliches
Umschalten des zwischen Turbine und Abtriebswelle angeordneten Wendegetriebes die
Gegenbremsung mit größerer Bremsleistung eingestellt werden. Gleichzeitig wird dabei
die Brennstoffzufuhr zum Motor verringert. Der die Gegenbremsung bewirkende Flüssigkeitsumlauf
im Drehmomentwandler wird ohne Motorleistung durch die dem Fahrzeug innewohnende
Energie aufrechterhalten. Der Leerlaufwiderstand des Motors tritt als zusätzliche
Bremskraft hinzu.
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Will man die Bremsung mit dem Motor vermeiden, um diesen zu schonen
oder um Brennstoff zu sparen, so kann dies durch Abkuppeln des Motors von der Pumpenradwelle
erreicht werden. Hierzu kann ein üblicher Freilauf zwischen Motor und Pumpenradwelle
in üblicher Anordnung eingesetzt werden, der jederzeit ein Zurückbleiben des Motors
hinter dem Pumpenrad zuläßt. Dieser Freilauf könnte auch willkürlich sperrbar ausgebildet
sein, um nach Wunsch den Motor doch zum Bremsen heranziehen zu können.
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Das während des Betriebes umschaltbare Wendegetriebe kann etwa als
Planetenradwendegetriebe ausgebildet werden, dessen Planetenträger mittels einer
Bremse festgebremst und mittels einer Reibungskupplung mit dem Außenkranz oder Innenkranz
verbunden werden kann. Hierbei werden die Verstellorgane der mechanischen Bremse
und der Reibungskupplung zwecks gleichzeitiger gemeinsamer Betätigung miteinander
gekuppelt.
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Nach dem Zurücknehmen des Brennstoffhebels und dem Umschalten des
zwischen Turbine und Abtriebswelle angeordneten Wendegetriebes wird die Drehzahl
des Pumpenrades zunächst ausschließlich durch die Fahrgeschwindigkeit bestimmt.
Es tritt dabei eine ganz bestimmte Bremswirkung ein, derzufolge sich das Fahrzeug
auf einer bestimmten Geschwindigkeit fängt. Durch Gasgeben ist eine Verstärkung
der Bremswirkung möglich. Eine Verringerung der Bremswirkung könnte, sofern sich
eine solche überhaupt als notwendig oder zweckmäßig erweist, durch Verringerung
der Pumpendrehzahl erreicht werden. Hierzu wird nach einem weiteren Vorschlag der
Erfindung zwischen dem Pumpenrad und dem verkehrten Freilauf eine in ihrem Schlupf
regelbare Strömungskupplung eingebaut.
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Bei einem älteren Vorschlag ist zwischen der Pumpenradwelle und der
Abtriebswelle eines Wandlers ein verkehrter Freilauf angeordnet. Nach diesem Vorschlag
wird außerdem der Wandler als Synchronwandler ausgebildet. Durch den verkehrten
Freilauf wird dabei erreicht, daß der Wandler das Drehzahlverhältnis n2 : n1 = I
nicht überschreiten und damit einen bestimmten hydraulischen Wirkungsgradwert nicht
unterschreiten kann, wodurch sich der Gesamtübertragungswirkungsgrad der Anlage
bei hohen und höchsten Geschwindigkeiten etwas erhöhen läßt.
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Nach diesem Vorschlag hat der umgekehrte Freilauf demnach einen ganz
anderen Zweck als gemäß der Erfindung. In weiterem Ausbau der Erfindung kann aber
der zum Vortrieb und zum Bremsen dienende Wandler ebenfalls als Synchronwandler
ausgebildet werden, so daß der Freilauf nicht nur zum Antrieb des Pumpenrades vom
Fahrzeug her zwecks Bremsung des Fahrzeuges, sondern auch zum Rückkoppeln des Wandlers,
also zur Rückführung eines Teiles der vom Turbinenrad aufgenommenen Leistung an
das Pumpenrad zwecks Entlastung des Motors dienen kann. Nach einem weiteren Vorschlag
des Erfinders wird die Schaltkupplung im Planetenradwendegetriebe dann als einfache
selbsttätig schaltende Freilaufkupplung ausgebildet, wenn das Planetenradwendegetriebe
nur zur Umkehrung der Drehrichtung des Türbinenrades,
nicht aber
zur Umkehrung der Drehrichtung der getriebenen Welle bei vorwärts laufender Turbine,
also nicht zur Schaltung des Rückwärtsganges zu dienen braucht.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Abb. I zeigt ein Getriebe aus einem Wandler, einem durch eine Bandbremse
und eine Lamellenkupplung schaltbaren Kegelradplanetenwendegetriebe und einem verkehrten
Freilauf und Abb. 2 eine Ausführung mit einem in gleicher Weise schaltbaren Stirnradplanetengetriebe
und einer zusätzlichen Strömungskupplung zwischen der Pumpenradwelle des Wandlers
und dem verkehrten Freilauf; Abb. 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel
mit Stirnradplanetengetriebe, das statt einer schaltbaren Lamellenkupplung eine
selbsttätig schaltende Freilaufkupplung enthält, und Abb. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel
hierfür. Das Getriebe der Abb. I umfaßt einen Strömungswandler I, ein Kegelradplanetengetriebe
2 mit einer Lamellenkupplung 3 und einer Bremse 4 sowie einen verkehrt angeordneten
Freilauf 5. Die Welle 6 des Turbinenrades 7 ist mit dem einen Sonnenrad des Planetengetriebes
verbunden, dessen zweites Sonnenrad auf der Abtriebswelle 8 befestigt ist. Der Träger
9 der Planetenräder ist mittels der Bandbremse 4 festbremsbar. Der Freilauf 5 sitzt
zwischen der durch die hohle Turbinenradwelle 6 hindurch verlängerte Pumpenradwelle
Io und der Abtriebswelle 8.
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Für normale Beschleunigungsfahrt nach vorwärts ist die Lamellenkupplung
3 angezogen und die Bremse 4 gelöst. Das in Richtung des Pfeiles II vom Motor angetriebene
Pumpenrad treibt das Turbinenrad in der gleichen Richtung und dieses über das als
Ganzes umlaufende Planetengetriebe die Abtriebswelle ebenfalls in dieser Richtung.
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Nach Wegnehmen des Gases kuppeln sich das Pumpenrad und der Motor
über den Freilauf an das Fahrzeug, sobald die Pumpenraddrehzahl und damit die Motordrehzahl
unter die Drehzahl der Abtriebswelle abfallen wollen. Zur Erzielung einer stärkeren
Bremswirkung werden nach dem Zurücknehmen des Gashebels die Lamellenkupplung 3 gelöst
und die Bremse 4 angezogen, so daß das Turbinenrad vom Fahrzeug in einer der Drehrichtung
des Motors und des Pumpenrades entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben wird.
Auch hierbei werden das Pumpenrad und der Motor, sofern sich dieser nicht durch
einen weiteren, richtig angeordeten Freilauf zwischen Motor und Pumpenradwelle selbsttätig
ablöst, vom Fahrzeug angetrieben und dabei die im Fahrzeug steckende kinetische
Energie zum Teil durch Verwirbelung der Flüssigkeit im Strömungskreislauf in Wärme
umgesetzt und in einer bei Strömungsgetrieben üblichen Weise über die Betriebsflüssigkeit
in einem Kühler abgeführt und zum anderen Teil als Kompressionsarbeit im Motor aufgebraucht.
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Da bei dieser Art von Bremsung im Wandler keine Brennstoffenergie
vernichtet werden muß, braucht die Kühlanlage für das Abführen der im Wandler anfallenden
Wärme nicht unzulässig groß gemacht zu werden.
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Bei Ausbildung des Wandlers als Synchronwandler kuppelt der Freilauf
5 bei normaler Beschleunigungsfahrt in dem Augenblick, in dem der Wandler das Drehzahlverhältnis
n2 : n1 = I durchfährt, selbsttätig die Abtriebswelle an die Pumpenradwelle, ohne
daß es hierzu der Zurücknahme des Gashebels bedürfte. Dieses Rückkoppeln hat einen
Energierückfluß vom Turbinenrad zum Pumpenrad und damit eine geringere Leistungsaufnahme
des Wandlers vom Motor her zur Folge.
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Das in Abb. 2 gezeigte Getriebe weist im wesentlichen die gleichen
Teile auf, und zwar den Wandler I, das Umkehrgetriebe 2 mit Lamellenkupplung 3 und
Bremse 4 und einen Freilauf 5. Zusätzlich ist noch eine stets gefüllte Strömungskupplung
2o vorgesehen, die das Pumpenrad des Wandlers mit der den Freilauf 5 tragenden Zwischenwelle
2I und damit das Pumpenrad über die Freilaufkupplung mit der Abtriebswelle 8 verbindet.
Die Strömungskupplung 20 sei etwa durch Füllungsänderung in ihrem Schlupf regelbar.
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Das Umkehrgetriebe ist bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2 als
Stirnradplanetengetriebe ausgebildet, dessen Sonnenrad mit der Turbinenradwelle
6 und dessen Außenkranz mit der mit der Abtriebswelle auf Drehung gekuppelten einen
Hälfte der Lamellenkupplung 3 verbunden ist.
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Für normale Vorwärtsfahrt sind die Bremse 4 gelöst und die Lamellenkupplung
3 angezogen. Das Turbinenrad überträgt sein Moment über das als Ganzes umlaufende
Planetengetriebe auf die Abtriebswelle. Zum Bremsen wird das Turbinenrad durch Anziehen
der Bremse 4 und Lösen der Lamellenkupplung 3 in seiner Drehrichtung gegenüber der
Abtriebswelle umgekehrt, während das Pumpenrad von der Abtriebswelle über die Freilaufkupplung
5, die Zwischenwelle 2I und die Strömungskupplung 2o in Vorwärtsdrehrichtung angetrieben
wird. Durch Verwendung eines Freilaufes zwischen der Abtriebswelle 8 und der Zwischenwelle
2I, der in seiner Greifstellung gesperrt werden kann, besteht die Möglichkeit, unter
Ausschalten des Wandlers I, etwa durch Entleeren oder durch andere bekannte Mittel,
vom Motor über die Strömungskupplung und die gesperrte Freilaufkupplung auf die
getriebene Achse zu übertragen.
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In den beiden Ausführungsbeispielen der Abb. I und 2 kann das Planetenwendegetriebe
auch zur Rückwärtsfahrt Verwendung finden.
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Das in Abb. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von den vorher beschriebenen im wesentlichen dadurch, daß an Stelle einer schaltbaren
Lamellenkupplung im Planetenradwendegetriebe eine selbsttätige Freilaufkupplung
3' zwischen die Abtriebswelle 8 und die Turbinenradwelle 6 eingebaut ist. Wie aus
Abb. 4 ersichtlich, greift diese Freilaufkupplung bei vorwärts (in Richtung des
Pfeiles 22) laufendem Turbinenrad und überträgt das Turbinendrehmoment auf die
Abtriebswelle
8. Durch Festziehen der Bremse 4 dagegen dreht sich die Drehrichtung des Turbinenrades
um, und der Freilauf 3 löst die Turbinenradwelle 6 von der Abtriebswelle 8.
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Bei der in Abb. 5 noch gezeigten weiteren Ausführungsmöglichkeit ist
lediglich eine andere Art von Planetengetrieben verwendet. Im übrigen unterscheidet
sie sich nicht von dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 und 4.