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Turbomechanischer Antrieb von zwei Achsen oder Achsgruppen eines Fahrzeuges,
insbesondere eines Schienenfahrzeuges Die Erfindung bezieht sich auf einen turbomechanischen
Antrieb von zwei Achsen oder Achsgruppen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges,
wobei jedes von zwei als Haupt- bzw. Gegenlaufturbine arbeitenden Schaufelrädern
eines Turbowandlers über ein Zahnrad, das mit zwei von vier paarweise auf jeder
der beiden anzutreibenden Wellen drehbeweglich gelagerten Zahnrädern eines gemeinsamen
Stirnradwendegetriebes im Eingriff steht, wahlweise mit der einen oder mit der anderen
dieser Wellen kuppelbar ist, und wobei außerdem zum Erzielen eines Einwellenantriebs
mit höherer Geschwindigkeit die Gegenlaufturbine des Turbowandlers unter Freigabe
der entsprechenden Radgruppe festbremsbar ist.
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Ein Antrieb mit einem derartigen kombinierten Zweigang- und Wendegetriebe
ist für turbinengetriebene Fahrzeuge bekannt. Er ermöglicht es, mit verhältnismäßig
einfachen Mitteln und unter Verwendung einer einzigen Antriebsturbine zwei getrennte
Fahrzeugachsen (bzw. -achsgruppen) vorwärts und rückwärts in je zwei Geschwindigkeitsstufen
anzutreiben, und zwar im unteren Fahrbereich beide Achsen unabhängig voneinander
und im oberen Fahrbereich - entsprechend der geringeren
erforderlichen
Zugkraft - eine einzige, zweckmäßig die jeweils nachlaufende der beiden Achsen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beschriebenen Antrieb
mit möglichst geringem baulichem und Raumaufwand mit einem üblichen Zweigang-Schaltgetriebe
zu kombinieren, um damit weitere Geschwindigkeitsstufen erhalten zu können. Hierin
wird allerdings noch nichts Patentfähiges gesehen, sondern erst in der Lösung dieser
Aufgabe, die darin besteht, daß die zur Hauptturbine gehörige Radgruppe unter Verwendung
von zweien ihrer Zahnräder zu einem Zweigang-Schaltgetriebe erweitert ist.
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Nach diesem Vorschlag werden durch Hinzufügen von nur zwei weiteren
Zahnrädern und einer doppelten Schaltkupplung zwei weitere Geschwindigkeitsstufen
in jeder Fahrtrichtung erzielt. Insgesamt ergibt sich für vier Gangstufen in jeder
Fahrtrichtung ein sehr einfacher Antrieb, der außer dem Föttinger-Wandler im wesentlichen
lediglich acht Stirnzahnräder und drei doppelseitige Schaltkupplungen aufweist,
die auf drei Getriebewellen angeordnet sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine in eine Ebene projizierte Gesamtanordnung
und Fig.2 die Stirnansicht.
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Der Turbowandler i ist an das Gehäuse 2 eines Nachschaltgetriebes
angeflanscht. Der Antrieb von einem hier nicht dargestellten Motor, z. B. einer
Brennkraftmaschine, erfolgt an der Antriebswelle 3. Die Kraftübertragung zu den
beiden hier nicht eingezeichneten Achsen bzw. Achsgruppen geschieht über die beiden
Getriebewellen 4 und 5 des Nachschaltgetriebes 2, wobei angenommen ist, daß das
Nachschaltgetriebe 2 zwischen den beiden Achsen bzw. Achsgruppen angeordnet ist
und die eine Getriebewelle 4 mittels einer Kardanwelle die auf der einen Seite des
Nachschaltgetriebes angeordnete Achse oder Achsgruppe, die andere Getriebewelle
5 mittels einer Kardanwelle die auf der anderen Seite des Nachschaltgetriebes angeordnete
Achse bzw. Achsgruppe antreibt.
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Die Antriebswelle 3 treibt das Pumpenrad 6 an, wobei im Kreislauf
der Arbeitsflüssigkeit noch die Hauptturbine 7 und der sowohl als Leitapparat als
auch als Gegenlaufturbine arbeitende Schaufelkranz 8 untergebracht sind. Der Kreislauf
vom Pumpenrad 6 zum Schaufelkranz 8 verläuft durch den Gehäusekanal g. Die Hauptturbine
7 und der Leitkranz 8 sind einstufig dargestellt, können jedoch auch mehrstufig
ausgeführt sein. Die Hauptturbine 7 treibt die Welle io an, während der als Gegenlaufturbine
arbeitende Schaufelkranz 8 auf der die Turbinenwelle io umschließenden Hohlwelle
ii fest sitzt. Auf der Turbinenwelle io sind zwei verschieden große Stirnzahnräder
12 und 13 angeordnet, die auf dieser frei drehbeweglich, aber axial fest gelagert
sind. Zwischen beiden Stirnzahnrädern 12 und 13 trägt die Turbinenwelle io die doppelseitig
mit Schaltklauen 35 versehene Schaltmuffe 14, die längsverschieblich, aber undrehbar
auf der Turbinenwelle io gelagert ist. Durch Verschieben der Schaltmuffe 14 in Pfeilrichtung
15 können die Schaltklauen 35 in Eingriff mit den Schaltklauen 36 des Stirnzahnrades
i2 gebracht werden. Durch Verschieben der Schaltmuffe 14 in Pfeilrichtung 16 können
die Schaltklauen 35 in Eingriff mit den Schaltklauen 37 des Stirnzahnrades 13 gebracht
werden. Bei der Verschiebung aus der gezeichneten Mittelstellung in der punktierten
Pfeilrichtung 15 wird das Zahnrad 12 mittels der Schaltmuffe 14 mit der Turbinenwelle
io drehfest verbunden, während bei entgegengesetzter Verschiebung in strichpunktierter
Pfeilrichtung 16 die Verbindung der Turbinenwelle io mit dein Zahnrad 13 gegeben
ist. Auf den Getriebewellen .4. und 5, die symmetrisch zur Turbinenwelle io liegen,
ist ein Zahnräder-Vierersatz 17, 18 und 22, 23 angeordnet. Sämtliche Zahnräder des
Vierersatzes sind auf diesen beiden Getriebewellen frei drehbeweglich gelagert.
Mit zweien dieser Zahnräder, nämlich 17 und 18, steht das Stirnrad 12 in Verbindung.
Außerdem wird eines dieser beiden Zahnräder, nämlich 17, noch durch eine Hülse 2o
mit einem auf dieser Hülse befestigten Zahnrad ig starr verbunden. Das Zahnrad ig
steht im Eingriff mit dem Zahnrad 13 auf der Turbinenwelle io, so daß die Räder
13 und ig mit Hülse 2o einen Umgehungsstrang zum Rad 12 abgeben. Statt des Zahnrades
17 kann ebensogut das Zahnrad 18 zum Antrieb der Zahnräder 13, z9 und der Hülse
20 herangezogen werden, da der Getriebeaufbau symmetrisch ist. Die Zahnräder 17
und 18 sind in der Größe gleich. Die Schaltmuffe 14 gestattet somit bei einer Verschiebung
in punktierter Pfeilrichtung 15 eine Verbindung der Turbinenwelle io mit den Zahnrädern
17 und 18 über das Zahnrad 12. Weiterhin erlaubt sie eine Verbindung der Turbinenwelle
io über Zahnrad 13, Zahnrad ig und Hülse 20 mit dem Zahnrad 17 bei Verschiebung
in strichpunktierter Pfeilrichtung 16. Damit ist dann über das auf der Turbinenwelle
io frei laufende Zahnrad 12, das zudem als Zwischenrad wirkt, auch die Verbindung
zu dem Zahnrad 18 auf der Getriebewelle 5 gegeben. Neben diesem Antrieb auf zwei
der Zahnräder des Vierersatzes 17, 18, 22, 23 erfolgt noch ein dritter Antrieb auf
den Vierersatz durch den als Gegenlaufturbine arbeitenden Schaufelkranz 8, der auf
die Hohlwelle i i treibt. Auf der Hohlwelle ii sitzt ein Stirnrad 2i, das symmetrisch
zu den Stirnzahnrädern 22 und 23 angeordnet ist und in diese eingreift.
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Die Stirnzahnräder 17, 18, 22, 23 des Vierersatzes sind in zwei Radebenen
auseinandergezogen, derart, daß die beiden Stirnräder 17, 18 in der einen, die beiden
Stirnräder 22, 23 in der anderen Ebene angeordnet sind. Zwischen den beiden Radebenen
ist auf der Getriebewelle 4 die Schaltmuffe 25 längsverschieblich, aber undrehbar
gegenüber dieser Welle, auf der Getriebewelle 5 die Schaltmuffe 24 in gleicher Weise
längsverschieblich, aber undrehbar gelagert. Die Schaltmuffe 25 ist beiderseits
mit Schaltklauen 38 versehen, die mit den Schaltklauen 39 des Zahnrades 17
oder mit den
Schaltklauen 4o des Zahnrades 22 in Eingriff gebracht
werden können. Die Schaltmuffe 24 trägt beiderseits Schaltklauen 41, die in Schaltklauen
42 des Zahnrades 18 oder in Schaltklauen 43 des Zahnrades 23. eingreifen können.
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Mittels dieser Schaltklauen werden jeweils zwei Zahnräder mit den
Getriebewellen 4 und 5 verbunden. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß durch
Kopplung des in der Zeichnung nicht dargestellten Schaltgestänges die Schaltmuffen
24 und 25 entgegengesetzt verschoben werden, d. h. daß bei einer Verschiebung der
Schaltmuffe 24 in Pfeilrichtung 28 zugleich eine Verschiebung der Schaltmuffe 25
in Pfeilrichtung 29 erfolgt, und umgekehrt. Damit wird die Getriebewelle 4 mit dem
Zahnrad 22 und die Getriebewelle 5 mit dem Zahnrad 18 drehfest verbunden. Bei Verschiebung
der Schaltmuffen in gestrichelter Pfeilrichtung 26 und 27 erfolgt die Verbindung
der Getriebewelle 4 mit dem Zahnrad 17 und der Getriebewelle 5 mit dem Zahnrad 23.
Auf der Hohlwelle i i ist schließlich noch eine Bremsscheibe 30 mit einem
Bremsband 31 angeordnet, um bei Gangwechsel zwischen den unteren und oberen Gängen
den als Gegenlaufturbine arbeitenden Schaufelkranz 8, der dann als Leitapparat wirkt,
festbremsen zu können. Um aber eine Bremswirkung auf die Zahnräder 22 und 23 zu
vermeiden, ist zwischen der Hohlwelle i i und dem Zahnrad 21 eine Freilaufeinrichtung
32 vorgesehen. Diese Freilaufeinrichtung kann als bekannter Freilauf ausgebildet
sein, kann aber auch durch eine Überholkupplung ersetzt und schließlich noch als
Klauenkupplung mit Synchronisierung ausgebildet sein. Während die Schaltmuffen 24
und 25 als Wendeschalter nur im. Stillstand geschaltet werden, ist die Schaltmuffe
14 auf der Turbinenwelle io während der Fahrt zu betätigen. Die Schaltmuffe 14 ist
daher mit einer beiderseitigen Synchronisiereinrichtung bekannter Ausführung ausgerüstet.
Zur Erleichterung der Synchronisierung beim Aufwärtsschalten, wenn die Turbinenwelle
io in der Drehzahl gedrückt wird, ist zusätzlich auf der Turbinenwelle eine Hilfsbremse
mit Bremsscheibe 34 und Bremsband 4.4 angeordnet. Die Hohlwelle ii und die Turbinenwelle
io weisen an der Lagerstelle 33 eine Zwischen- und Endlagerung auf.
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Um möglichst lange Kardanwellen bei kurzen Radständen zwischen zwei
Achsen zu erzielen, ist das Umleitungsgetriebe 13, i9 mit der Hülse 20 auf derjenigen
Getriebeseite angeordnet worden, die die Leistung nach der dem Turbowandler zugekehrten
Seite des Nachschaltgetriebes 2 weiterleitet, d. h. auf der Seite der Getriebewelle
Dadurch gewinnt man auf der Seite der Getriebewelle 5 ein Drittel der Gehäuselänge
als Länge für den Kardanantrieb.
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Die in Fig. i dargestellten Abmessungen lassen sich im Breitenmaß
noch erheblich kürzen, wie dies Fig. 2 im Querschnitt zeigt. Auch ergibt sich damit
ein Nachschaltgetriebegehäuse aus drei Elementen, nämlich Unterteil, Mittelteil
und Oberteil, bei zwei Trennfugen. Die Wirkungsweise des Antriebes sei im folgen=
den beschrieben: Für die Vorwärtsfahrt werden die beiden Schaltmuffen 25 und a4
zunächst aus der gezeichneten Mittelstellung in die Pfeilstellungen 28 und 29 gebracht,
wobei die auf der Seite des hydraulischen Turbowandlers liegende Achse die voranlaufende
Achse und die von der Getriebewelle 5 angetriebene Achse die nachlaufende Achse
darstellt.
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Für den i. Gang wird das Bremsband 31 gelöst und die Schaltmuffe 14
in der punktierten Pfeilrichtung 15 zum Rad 12 verschoben. Damit treibt die Hauptturbine
7 über Welle io, Schaltmuffe 14, Zahnrad 12, Zahnrad 18, Schaltmuffe 24 die Getriebewelle
5 und damit die hintere Achse an. Die Gegenlaufturbine 8 treibt über die Hohlwelle
i i, die Freilaufeinrichtung 32, das Zahnrad 21, das Zahnrad 22, die Schaltmuffe
25, die Getriebewelle4 und damit die voranlaufende Achse an. Verhält sich das Hauptturbinendrehmoment
zum Gegenlaufturbinendrehmoment wie 4:3, so ergibt sich bei gleich großen Zahnrädern
12 und 21 ein Verhältnis der Zugkraft der nachlaufenden Achse zu der der voranlaufenden
Achse von 4 :3. Wenn keine Entlastung der voranlaufenden Achse durch die Zugkräfte
eintritt, so können gleiche Zugkräfte erzielt werden, wenn die Übersetzungen 12
zu 18 und damit 12 zu 17 sich zu den Übersetzungen 21 zu 23 bzw. 21 7_11 22 verhalten
wie 3 : 4. Vorteilhaft wird die Abstimmung so vorgenommen, daß unter Berücksichtigung
einer etwaigen Entlastung die Zugkräfte an beiden Radsätzen in der ersten Anfahrstufe
sich wie die auftretenden Achsdrücke verhalten, damit das vorhandene Reibungsgewicht
weitestgehend und gleichmäßig ausgenutzt wird.
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Beim 2. Gang wird die Schaltmuffe 14 vom Zahnrad 12 gelöst, über die
gezeichnete Mittelstellung in die strichpunktierte Pfeilrichtung 16 verschoben und
mit dem Zahnrad 13 in Eingriff gebracht. Dann treibt die Hauptturbine 7 über die
Welle io, Schaltmuffe 14, Zahnrad 13, Zahnrad i9, Hülse 20, Zahnrad 17, Zahnrad
12, Zahnrad 18, Schaltmuffe 24 die Getriebewelle 5 an. Der Antrieb der Gegenlaufturbine
auf die voranlaufende Getriebewelle 4. bleibt wie beim i. Gang. Mit Rücksicht darauf,
daß die Zahnraduntersetzung 13 zu i9 gegenüber der Zahnraduntersetzung 12 zu 17
bzw. 12 zu 18 etwa i : 1,8 bis i : 2,3 ins Schnelle beträgt, ergibt sich gegenüber
dem i. Gang eine höhere Geschwindigkeit.
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Beim Gangwechsel vom 2. in den 3. Gang wird das Bremsband 31 der Bremsscheibe
3o angezogen und gleichzeitig die Schaltmuffe 14 in der punktierten Pfeilrichtung
15 zum Zahnrad 12 verschoben, so daß nunmehr allein die Hauptturbine über die Welle
io, Schaltmuffe 14, Zahnrad 12, Zahnrad 18, Schaltmuffe 24, Getriebewelle 5 die
hintere Achse antreibt. Die vordere Achse läuft frei einschließlich der Getriebewelle
4 mit den Zahnrädern 22, 21 und 23.
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Beim Übergang vom 3. in den 4. Gang wird die Schaltmuffe 14 in der
strichpunktierten Pfeilrichtung 16 zum Zahnrad 13 verschoben, so daß die
Hauptturbine
7 allein über die Welle io, Schaltmuffe 14, Zahnrad 13, Zahnrad i9, Hülse 2o, Zahnrad
17, Zahnrad 12, Zahnrad 18, Schaltmuffe 24 auf die Getriebewelle 5 zur nachlaufenden
Achse treibt.
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Beim Herunterschalten ergibt sich sinngemäß der umgekehrte Ablauf.
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Bei Rückwärtsfahrt werden die beiden Schaltmuffen 24 und 25 entsprechend
den gestrichelten Pfeilen 26 und 27 verschoben und mit den Zahnrädern 23 bzw. 17
in Eingriff gebracht, so daß nunmehr die Zahnräder 17 und 23 mit den Getriebewellen
¢ bzw. 5 drehfest gekuppelt sind. Dann ergibt sich für den i. Gang folgender Ablauf:
Bei in punktierter Pfeilrichtung 15 eingerückter Schaltmuffe 14 treibt die Hauptturbine
7 über die Welle io, Schaltmuffe 14, Zahnrad 12, Zahnrad 17, Schaltmuffe 25, die
Getriebewelle 4 die auf der Wandlerseite liegende, nunmehr nachlaufende Achse an.
Die Gegenlaufturbine 8 treibt bei gelöstem Bremsband 31 über die Freilaufeinrichtung
32, Zahnrad 21, Zahnrad 23, Schaltmuffe 24, Getriebewelle 5 die auf der vom Turbowandler
i abgewendeten Nachschaltgetriebeseite liegende, nunmehr voranlaufende Achse an.
Beim Übergang vom i. in den 2. Gang wird bei Rückwärtsfahrt sinngemäß die Schaltmuffe
14 aus dem Zahnrad 12 nach dem Zahnrad 13 verschoben, so daß die Hauptturbine 7
über die Welle io, Schaltmuffe 14, Zahnrad 13, Zahnrad i9, Hülse 2o, Zahnrad 17,
Schaltmuffe 25 die Getriebewelle 4 mit großer Übersetzung antreibt. Der von der
Gegenlaufturbine 8 ausgehende Antrieb ist der gleiche wie beim i. Gang.
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Beim Übergang vom 2. in den 3. Gang wird das Bremsband 31 angezogen;
ebenso wird die Schaltmuffe 14 wieder -in der Pfeilrichtung 15 zum Zahnrad 12 verschoben,
so daß nunmehr die Hauptturbine 7 allein über die Welle io, Schaltmuffe 14, Zahnrad
i2, Zahnrad 17, Schaltmuffe 25 die nachlaufende Achse über die Getriebewelle 4 antreibt.
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Beim Übergang vom 3. in den 4. Gang wird wie beim Vorwärtsgang die
Schaltmuffe 14 vom Zahnrad 12 zum Zahnrad 13 verschoben, so daß die Hauptturbine
7 über die Welle io, Schaltmuffe 14, Zahnrad 13, Zahnrad i9, Hülse 20, Zahnrad 17,
Schaltmuffe 25 die Getriebewelle 4 antreibt.
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Vorteilhaft wird ein Wandler gewählt, der die Möglichkeit bietet,
den Kraftfluß ohne Entleerung des Kreislaufes der Arbeitsflüssigkeit schnellstens
zu regeln. Das hat den Vorteil, daß die Umschaltung zum Gangwechsel bei durchlaufendem
Motor ohne Kraftübertragung vorgenommen wird. Eine solche Möglichkeit ist gegeben
bei Verwendung eines Ringschiebers, der den Umlauf der Arbeitsflüssigkeit im Wandler
absperrt. Sie ist aber auch gegeben durch die Anwendung verstellbarer Schaufeln,
insbesondere Pumpenschaufeln, die eine Abschlußstellung für den Flüssigkeitsumlauf
aufweisen. Sie kann auch durch die bekannte Einrichtung einer längsverschieblichen
Turbine erzielt werden, die bei Umschaltung aus dem Flüssigkeitsstrom herausgezogen
wird. Wenn eine solche Einrichtung nicht zur Anwendung kommt, wird die Bremskraft
der Bremse 30, 31 so verstärkt, daß die Bremsung unter Last bis zum Stillstand erfolgt.
Bei Verwendung von verstellbaren Pumpenschaufeln ist weiterhin noch die Möglichkeit
gegeben, mittels Änderung der Pumpenschaufelstellung über den gesamten Fahrbereich
für eine gegebene Leistung konstante Motorbelastung durch Kopplung der Brennstoffpumpe
mit der Steuerung für die Schaufeln zu erzielen.
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Schließlich werden bei der oben beschriebenen Getriebeanordnung die
Lagerungen der auf der Turbinenwelle io und Hohlwelle ii angeordneten frei laufenden
Zahnräder 12, 13 und 21 aus dem Kreislauf der Arbeitsflüssigkeit im Wandler geschmiert.
Die Entnahme des Schmiermittels erfolgt aus Bohrungen in den Wellen io und i i.
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Für einen besonderen Fall läßt sich der Antrieb auch noch in anderer
Form ausbilden, wenn Zahnrad 21 und Zahnrad 12 von gleicher Größe sind und diese
dann nur mit den Zahnrädern 22 bzw. 17 kämmen. Die beiden dann nicht mehr mit 21
bzw. 12 im Eingriff stehenden Zahnräder 23 und 18 werden in Verbindung gebracht
mit den Rädern 22 bzw. 17, so daß also ein Dreierblock 12, 17, 18 entsteht und parallel
dazu der Block 21, 22, 23.
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Mit einer solchen Anordnung läßt sich das Getriebe in seinen Höhenmaßen
vergrößern und in seinen Breitenmaßen schmälern.
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Dieser Antrieb mittels eines Vierganggetriebes mit nur acht Rädern
und drei Wellen erfordert somit einen so geringen baulichen Aufwand, daß er auch
wirtschaftlich in den Fällen verwendet werden kann, in denen sich ein 4. Gang erübrigt.
Der 4. Gang kann zum Fortfall gebracht werden durch Weglassung des i. oder des letzten
Ganges; ebensogut kann die Gangzahl ermäßigt werden durch Überspringen eines Ganges,
so z. B. des 2. Ganges. In diesem Falle ergibt sich schaltungstechnisch der Vorteil,
daß im Schaltprozeß vom i. bis zum 4. Gang die Schaltmuffe 14 nur einmal verschoben
werden muß, nämlich vom dann entstehenden 2. Gang - früher 3. Gang - zum 3. Gang
-früher 4. Gang -.
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Das Schutzbegehren richtet sich nicht auf die Hinzufügung des Zweigang-Schaltgetriebes
zum bekannten Antrieb, sondern lediglich auf die im Anspruch gekennzeichnete besondere
Art der Vereinigung dieses Getriebes mit dem Wendegetriebe.