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Strömungswechselgetriebe Um den Wirkungsbereich eines Strömungswandlers
oder einer Strömungskupplung zu erweitern, wird vielfach in Reihe mit dem aus einem
oder mehreren Strömungskreisläufen, und zwar Wandlern oder Kupplungen bestehenden
Strömungsgetriebe ein mechanisches Wechselgetriebe angeordnet. Es ist auch schon
vorgeschlagen worden, mehrere Strömungswandler anzuordnen und jeden über eine besondere,
nicht schaltbare mechanische Übersetzung mit der Abtriebswelle zu verbinden. Diese
Ausführung bietet den Vorteil, daß zum Umschalten von einer Stufe zur nächsten keine
mechanischen Gangschaltkupplungen betätigt werden müssen. Dabei sind auch schon
Ausführungen vorgesehen worden, bei denen allen oder wenigstens den nicht für den
höchsten Gang bestimmten Wandlern ein gemeinsamer oder gleicher Hochgang vorgeschaltet
ist. Der Übersetzungssprung von einer Stufe zur nächsten wird hierbei ausschließlich
in die mechanische Übersetzung verlegt, so daß alle Strömungswandler völlig gleich
oder wenigstens von gleichem Typ ausgeführt werden können. Bei diesen bekannten
Getrieben mit mehreren Wandlern ist der Abstand der erforderlichen Vorgelegewellen
von der Hauptwelle durch den Durchmesser des größten vorhandenen Wandlers bestimmt,
was für manche Anwendungsfälle zu große Abmessungen des Getriebes ergibt.
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Hinsichtlich der gewünschten Verschiebung der Kennlinien (Zugkraft-
und Wirkungsgradlinie des Wandlers) beim Wechsel von einem Gang zum nächsten, derart,
daß außer einer großen Anfahrzugkraft auch noch über einen möglichst großen Geschwindigkeitsbereich
ein guter Wirkungsgrad
vorhanden ist, unterscheiden sich die bekannten
Getriebe mit Nachschaltung eines mechanischen Wechselgetriebes hinter einen Strömungswandler
nicht von denen mit Nachschaltung verschiedener fester Übersetzungsstufen hinter
gleiche Strömungswandler.
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Darüber hinaus ist aber auch schon vorgeschlagen worden, einem Strömungsgetriebe,
bestehend aus einem Wandler und einer Kupplung, ein mechanisches Zweiganggetriebe
vorzuschalten. Diese Vorschaltung ergibt aber nur für die Kupplung ein befriedigendes
Arbeiten in zwei Geschwindigkeitsbereichen. Der Wandler dagegen kann nur für eine
bestimmte Antriebsdrehzahl günstig ausgelegt werden. Ist der Wandler für eine hohe
Antriebsdrehzahl bemessen, dann wird beim Umschalten auf eine kleinere Antriebsübersetzung
der Motor ungenügend ausgenutzt. Der Wandler ist hierfür also zu klein. Ist der
Wandler dagegen für die kleinere Antriebsdrehzahl bemessen, also größer, dann nimmt
er nach Umschalten des Vorgeleges auf die höhere Drehzahl zuvel Leistung auf, was
eine zu starke Drückung des Motors, also ebenfalls ungenügende Ausnutzung desselben
zur Folge hat.
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Diese Nachteile der bekannten Vorschläge für Strömungsgetriebe mit
verschiedenen Eingangsübersetzungen beseitigt die Erfindung. Sie besteht darin,
daß bei einem Strömungswechselgetriebe mit zwei oder mehreren abwechslungsweise
ein- und ausschaltbaren Strömungswandlern jeder Strömungswandler über ein besonderes,
nicht schaltbares, dem zugeordneten Geschwindigkeitsbereich entsprechend ausgelegtes
Zahnradvorgelege angetrieben wird und daß die mit verschiedenem, ihrer Antriebsdrehzahl
entsprechendem Durchmesser ausgeführten Wandler direkt oder über gleiche oder gemeinsame
Abtriebsübersetzungen auf die getriebene Welle treiben. Diese Ausbildung bringt
den Vorteil, daß in jedem Gang von dem Getriebe die volle Motorleistung aufgenommen
wird, daß also der Motor stets gerade voll ausgenutzt wird. Durch die Wahl der Antriebsübersetzungen,
derart, daß sie alle in verschiedenem Maße ins Schnelle übersetzen, können die an
sich für die Erzielung der verschiedenen Gänge notwendigen Übersetzungsstufen gleichzeitig
als Übersetzung ins Schnelle (als Hochgang) verwendet werden, so daß alle Strömungskreisläufe
kleiner als bei nachgeschaltetem Wechselgetriebe ausgeführt werden können. Gegenüber
dem obenerwähnten Vorschlag mit gemeinsamem oder gleichem oder teils gemeinsamem
Hochgang zeichnet sich das Getriebe nach der Erfindung durch den Wegfall einer verschiedenen
Abtriebsübersetzung aus.
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Die Wandler können alle von ein und demselben Typ, also alle mit gleicher
innerer Übersetzung ausgeführt sein, wobei unter innerer Übersetzung das Drehzahlverhältnis
n2/n1, Drehzahl des Turbinenrades zu Drehzahl des Pumpenrades, verstanden wird,
für das der Wandler ausgelegt ist, bei dem er also seinen besten Wirkungsgrad hat.
Die Wandler können aber auch mit verschiedener innerer Übersetzung ausgebildet werden,
derart, daß der Übersetzungssprung von einem Gang zum nächsten teils in den Wandler
und teils in seine Antriebsübersetzung verlegt wird. Hierdurch kann der Unterschied
in der Übersetzung der Antriebsvorgelege der Wandler gemildert werden.
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Ein besonderer Vorteil einer Ausführung gemäß der Erfindung gegenüber
bekannten Anordnungen ergibt sich aus folgender Betrachtung. Bei den bekannten Ausführungen
laufen die Primärräder der gleich großen Strömungskreisläufe mit gleicher Drehzahl,
ganz unabhängig davon, ob es sich dabei um einen Wandler zum Anfahren oder um einen
Wandler zur Marschfahrt handelt. Während aber bei einem Marschwandler nur der in
der Nähe seines Konstruktionspunktes, also in der Nähe seines Wirkungsgradmaximums
liegende Geschwindigkeitsbereich befahren wird, muß bei einem Anfahrwandler der
ganze Fahrbereich vom Stillstand an durchfahren werden. Es wird daher bei letzterem
häufig in einem Bereich gearbeitet, in welchem sehr starke Abweichungen vom Konstruktionspunkt
vorhanden sind. Diese 'Abweichungen bringen ungünstige Strömungszustände mit Hohlraumbildung
und Korrosion, besonders dann, wenn die spezifische Belastung, also etwa die Umfangsgeschwindigkeit
ein gewisses Maß überschreitet. Es ist daher zur Vermeidung dieser Nachteile erforderlich,
bei der Wahl der Antriebsdrehzahl der Kreisläufe den Anfahrbetrieb mit dem Anfahrwandler
zugrunde zu legen. Die für den Anfahrwandler richtige Antriebsdrehzahl und die zu
dieser Drehzahl gehörige Größe der Wandler stimmt aber nicht für die übrigen Kreisläufe;
diese sind vielmehr mit Rücksicht auf ihre spezifische Belastung und zulässige Erwärmung
zu groß.
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Die Ausführung nach der Erfindung ermöglicht es, jeden Wandler seinem
besonderen Verwendungsbereich als Anfahrwandler oder Marschwandler für eine mittlere
oder höhere Geschwindigkeit anzupassen, und letztere mit entsprechend höheren Drehzahlen
und kleineren Durchmessern auszuführen. Dies ergibt einen geringeren Bauaufwand
mit geringerem Gewicht und kleinerem Platzbedarf des gesamten Getriebes.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung werden die Strömungskreisläufe
alle auf gleichem Achsmittel angeordnet und die Antriebsvorgelege und gegebenenfalls
die Abtriebsübersetzung derart angeordnet, daß die zum Wellenstrang der Kreisläufe
parallele An- oder Abtriebswelle an dem am schnellsten laufenden und daher den kleinsten
Durchmesser aufweisenden Kreislauf vorbeigeführt wird. Im Gegensatz zu den oben
angeführten bekannten Vorschlägen ergibt sich hierbei der geringstmögliche Wellenabstand,
der hier etwa dem halben Durchmesser des kleinsten oder wenigstens eines Wandlers
mittlerer Größe entspricht.
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Zusätzlich zu den je über ein besonderes Vorgelege angetriebenen Strömungswandlern
können auch noch Strömungskupplungen vorgesehen werden, und zwar vorzugsweise eine
Strömungskupplung für den schnellsten Gang, die hierzu mit ihrem Pumpenrad auf der
Pumpenwelle des am schnellsten
laufenden Wandlers und mit ihrem
Turbinenrad auf der vorzugsweise allen Strömungskreisläufen gemeinsamen Sekundärwelle
angeordnet ist.
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Bei gleichachsiger Anordnung der Strömungskreisläufe kann sich die
Notwendigkeit ergeben, die Pumpenradwelle eines oder mehrerer Wandler durch die
Pumpenradwelle eines anderen Wandlers hindurchzuführen. Für solche Fälle schlägt
die Erfindung weiterhin vor, die Pumpenradwelle des am schnellsten laufenden Wandlers
als innerste und die Pumpenradwelle des am langsamsten laufenden Kreislaufes als
äußerste der ineinandergelagerten Wellen zu verlegen. Da der am langsamsten laufende
Kreislauf auch den größten Durchmesser erhalten muß, steht für seine Beschaufelung
mehr Raum zur Verfügung als bei dem bzw. den schneller laufenden Kreisläufen mit
ihrem entsprechend kleineren Durchmesser. Es ist daher von Vorteil, wenn die Pumpenradwelle
des am schnellsten laufenden Kreislaufes als innerste Welle einen entsprechend kleineren
Durchmesser hat.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Reihe von Ausführungsbeispielen
dargestellt. Bei allen Ausführungen ist die Anordnung so gewählt, daß alle Strömungskreisläufe
auf gleichem Achsmittel liegen. Die Anwendung des Erfindungsmerkmals ist aber nicht
an diese Bauart gebunden.
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Das in Abb. I dargestellte Getriebe besteht aus dem über die Welle
I, das Vorgelege 2 und die Welle 3 angetriebenen Wandler 4 und dem über das Vorgelege
5 mit anderer Übersetzung und die Welle 6 angetriebenen Wandler 7. Der mit der geringeren
Drehzahl angetriebene Wandler 4 weist den größeren und der mit der größeren Drehzahl
angetriebene Wandler 7 den kleineren Durchmesser auf. Beide Wandler liegen auf gleichem
Achsmittel und zeigen in spiegelbildlicher Anordnung mit ihren Sekundärwellen 8
und 9 gegeneinander. Sie treiben über das ihnen beiden gemeinsame Zahnradpaar Io
auch die getriebene Welle II.
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Wie ersichtlich, ist bei dieser Ausführung mit zwischen den Kreisläufen
angeordneter Abtriebsübersetzung der schneller laufende Kreislauf mit seinem kleineren
Durchmesser auf der Abtriebsseite, also hinter dem zur Abtriebswelle führenden Zahnrädersatz
angeordnet. Diese Ausführung gibt die Möglichkeit, den Abstand zwischen dem Wellenmittel
der Strömungskreisläufe und der parallel dazu liegenden Abtriebswelle so klein wie
möglich zu machen und dadurch die gesamte Bauhöhe des Getriebes zu verringern. Außerdem
ist die Anordnung so getroffen, daß von den ineinanderliegenden Pumpenwellen die
innere den schneller laufenden, also kleineren Wandler, und die äußere den langsamer
laufenden Wandler antreibt, wodurch sich für die Wandlerausbildung günstigere Verhältnisse
ergeben.
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Die Ausführung nach Abb.2 gleicht der nach Abb. i bis auf eine zusätzliche
Strömungskupplung I2, deren Pumpenrad auf der Welle 6 des schneller laufenden Wandlers
sitzt. Diese beiden Kreisläufe liegen auf der Abtriebsseite hinter dem gemeinsamen
Abtriebszahnräderpaar Io. Nach Abb. 3 liegen die beiden Antriebsvorgelege 2 und
5 für die beiden Wandler 4 und 7 zwischen diesen, und zwar von der Antriebsmaschine
aus gesehen vor dem langsamer laufenden und hinter dem schneller laufenden Wandler,
so daß die Abtriebswelle ohne Vorgelege herausgeführt und die Antriebswelle I in
möglichst geringem Abstand von dem Wellenmittel der Strömungskreisläufe verlegt
werden kann. Die Pumpenräder der Strömungskreisläufe sind bei dieser Anordnung auf
der ihrem Antriebszahnrad gegenüberliegenden Seite des Strömungskreislaufes angeordnet,
so daß in beiden Fällen einstufige Wandler, also Wandler mit einstufigem Turbinenrad
verwendet werden können.
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Die Ausführung nach Abb. 4 unterscheidet sich von jener nach Abb.
3 lediglich durch eine zusätzliche Strömungskupplung I2, die neben dem schneller
laufenden Wandler 7, und zwar zwischen diesem und seinem Antriebsvorgelege 5 eingebaut
ist. Die Kupplung könnte aber etwa auch zwischen den beiden Vorgelegen untergebracht
sein.
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Abb. 5 zeigt eine Anordnung, bei welcher wie nach Abb. I die Vorgelege
räumlich vor den Strömungskreisläufen angeordnet sind, der Abtrieb aber gleichachsig
zu den Strömungskreisläufen vorgesehen ist. Der eine der beiden Strömungswandler
I3 ist hierzu mit einem zweistufigen Turbinenrad ausgeführt.
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Abb. 6 zeigt ein Getriebe, bei welchem derselbe Konstruktionsgedanke
wie bei Abb. 5 auf ein Getriebe mit drei Strömungswandlern 4, 7 und I4 und mit zwischen
diesen liegenden Vorgelegen 2, 5 und I5 wie bei der Ausführung nach Abb. 3 angewendet
ist. Von den ineinanderliegenden Pumpenradwellen 3 und I5' für die Wandler 4 und
I4 treibt die innere wiederum den schneller laufenden und die äußere den langsamer
laufenden Wandler.
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Abb. 7 stellt ein Getriebe mit ebenfalls drei Strömungswandlern 4,
7 und I6 dar, die über je ein wie bei den Ausführungen nach den Abb. I und 2 räumlich
vor den Wandlern liegendes Vorgelege 2, 5 und I7 angetrieben werden. Die Abtriebswelle
II ist genau wie nach Abb. I über ein Zahnradpaar Io mit den Turbinenwellen der
Wandler 4 und 7 verbunden, während die Turbinenradwelle des Wandlers I6 über ein
besonderes Zahnradpaar I8 mit der Abtriebswelle verbunden ist. Durch Ausbildung
des Wandlers 7 mit zweistufigem Turbinenrad und entsprechend umgekehrte Anordnung
des Wandlers 16 könnte das Zahnradpaar io auch zum Abtrieb für alle drei Wandler
dienen.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß nur der zum
Anfahren dienende Wandler 4 ein besonderes Antriebsvorgelege erhält, während die
beiden für Marschfahrt dienenden Wandler 7 und 16 über ein gemeinsames Vorgelege
angetrieben werden, wobei dann diese beiden Kreisläufe mit gleichem Durchmesser
und entweder mit verschiedener innerer Übersetzung und gleicher Abtriebsübersetzung
oder mit gleicher innerer Übersetzung und verschiedener Abtriebsübersetzung auszuführen
wären.
Abb. 8 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel mit drei
Strömungswandlern und Anordnung der Antriebsvorgelege zwischen den Kreisläufen,
ähnlich wie in Abb.3 gezeigt. Zur Vermeidung eines Wandlers mit zweistufigem Turbinenrad
sind die Antriebsvorgelege nicht alle nebeneinandergesetzt. Der Abstand der Antriebswelle
vom Wellenmittel der Strömungskreisläufe hat sich hierbei nach dem Durchmesser des
Wandlers 7 zu richten.