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Turbomechanisches Schnellgetriebe, insbesondere fiir Kraftfahrzeuge.
Man hat in verschiedener Weise mechanische Getriebe mit Turbogetrieben vereinigt, teils um eine Übersetzung ins Schnelle zwischen die Antriebswelle und die Pumpenwelle des Turbogetriebes einzuschalten, teils um von der Turbinenwelle des Turbogetriebes auf die Abtriebswelle eine genügend starke und gegebenenfalls umsteuerbare Übersetzung ins Langsame zu erhalten.
Bei den Turbogetrieben dieser Art besteht die Schwierigkeit, dass die Antriebs-und die Abtriebswelle einen ungünstigen Abstand voneinander oder eine ungünstige Lage zueinander erhalten, wodurch die Getriebegehäuse eine zerklüftete und oft recht ungenügend steife Gestalt bekommen, was infolge der dann eintretenden Deformationen zu einem schlechten Lauf und einer verhältnismässig raschen Abnutzung des Getriebes führt. Ferner besteht bei den bisherigen Ausführungen der Nachteil, dass bei direktem Gang, also bei Überbrückung des Turbogetriebes, eine erhebliche Anzahl Zahnräder unter Kraft stehen, wodurch sich unnötige Lagerbelastungen und eine Reihe verschieden- artiger Verluste ergeben.
Die Erfindung erstrebt eine Verbesserung der bekannten turbomechanischen Getriebe, bei denen dem Turbogetriebe eine mechanische Übersetzung ins Schnelle vorgeschaltet und eine mechanische Übersetzung ins Langsame nachgeschaltet ist. Die Erfindung erreicht diese Verbesserung dadurch, dass die Hauptantriebswelle und die Hauptabtriebswelle gleichachsig angeordnet und durch eine lösbare Kupplung miteinander verbunden sind.
Die gleichachsige Anordnung der beiden mechanischen Übersetzungen bietet den Vorteil, dass ein besonders leichter Einbau einer Direktkupplung möglich ist. Ferner werden hiedurch die Genauigkeit der Herstellung sowie der Zusammenbau des Getriebes erleichtert. Bei Direktgang sind sämtliche Zahnräder und ihre Lager von Kräften völlig entlastet, so dass sie geräuschlos leerlaufen. Gleichzeitig wird das Turbogetriebe selbsttätig ausser Wirkung gesetzt und damit werden seine Verluste ausgeschaltet. Durch die räumliche Zusammenfassung des mechanischen Getriebeteiles kann die Bauart der Gehäuse für die Zahnräder sowohl wie für den Turboteil erheblich vereinfacht werden. Ferner ergibt sich hiedurch eine wesentliche Verkürzung des Gesamtgetriebes. Hinzu kommt, dass die Zugänglichkeit, die Nachprüfung, der Ausbau und die Ausbesserung beträchtlich erleichtert werden.
Ausserdem ist noch zu erwähnen, dass durch die Erfindung der Antrieb der Hilfsmaschinen, z. B. der Rückförder-oder Steuerpumpen, besonders günstig gestaltet werden kann, da die Nebenwellen und das Turbogetriebe eine beliebige Lage rings um die Hauptwellen einnehmen können. Neben all diesen Vorteilen besteht schliesslich der Hauptvorteil, welchen die vom Patentinhaber zuerst vorgeschlagene Vorschaltung einer Übersetzung ins Schnelle durch Verkleinerung des Turbogetriebes, beschleunigtes Füllen und Entleeren usw. bietet.
Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung, an Hand derer neben den erwähnten Hauptmerkmalen weitere Kennzeichen der Erfindung erläutert werden.
In allen Abbildungen bezeichnen 1 die Hauptantriebswelle, 2 die Hauptabtriebswelle, 3 und 4 die vorgeschaltete Zahnradübersetzung ins Schnelle, 5 die Pumpenwelle, 6 die Turbinenwelle, 7 und 8 die nachgeschaltete Zahnradübersetzung ins Langsame, 9 den Turboteil des Getriebes und 10 die Direktkupplung. Der Turboteil 9 des Getriebes kann aus einem Wandler oder einer Kupplung oder deren mehreren oder aus einer Vereinigung einer beliebigen Anzahl von Wandlern und Kupplungen bestehen. Der Turboteil kann ferner auch von einem Wandler gebildet werden, dessen Leitapparat in bekannter Weise durch Laufenlassen oder durch axiale Entfernung aus dem Kreislauf untätig gemacht werden kann.
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Bei der Ausführung gemäss Fig. 1 ist die Direktkupplung 10 als Verzahnungskupplung ausgebildet. Die beiden Kupplungshälften 11 und 12 sitzen unmittelbar neben den zugehörigen Zahnrädern 3 und 8. Durch Verschiebung der Kupplungshälfte 12 können beispielsweise die Verzahnungen in Eingriff gebracht werden. Die Hauptantriebswelle 1 und die Hauptabtriebswelle 2 sind dann unter Überbrückung des Turboteiles 9 direkt miteinander verbunden. Der Turboteil 9 kann, wie gestrichelt angedeutet, durch einen zweiten Kreislauf ergänzt werden.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist als Direktkupplung eine hydraulische Strömungskupplung 10 vorgesehen. Die Ein-und Ausschaltung dieser Kupplung erfolgt in bekannter Weise durch Füllung bzw. Entleerung.
Bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 besteht die Direktkupplung aus einem Zahnkranz J, 14.
Dieser Zahnkranz kann mittels einer Stange 15 und einer Verstellmuffe 16 axial verschoben werden.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, haben die Zähne 14 einen Querschnitt, welcher dem Querschnitt der Lüeken zwischen den Zähnen der beiden Hauptzahnräder 3 und 8 angepasst ist. Die Zähne 14 können infolgedessen in den Lücken der zu diesem Zweck verlängerten Zähne der Hauptzahnräder. 3 und 8 verschoben werden und so eine Direktverbindung der Räder 3 und 8 und damit der Wellen 1 und 2 herstellen.
Für die rechtzeitige und folgerichtige Betätigung der erforderlichen Schaltungen sind vom Patentinhaber in der deutschen Patentschrift Nr. 559972 verschiedene Schalt-und Verblockungs- einrichtungen früher angegeben worden.
Sollten sich in einigen Fällen Schwierigkeiten ergeben, die Zahnräder des vor-und nachgeschalteten Übersetzungsgetriebes unterzubringen, so empfiehlt es sieh, in beiden Getrieben Zwischenräder vorzusehen, durch welche die Grösse der Zahnräder verkleinert werden kann. Fig. 5 zeigt hiefür ein Ausführungsbeispiel, u. zw. sind hier die beiden Zwischenräder mit 4'und 7'bezeichnet. Bei dieser Ausführung ist ferner ein ungleiches Übersetzungsverhältnis für das vor-und nachgeschaltete Zahnradgetriebe angenommen. Durch eine derartige Auslegung des Übersetzungsverhältnisses hat man es in der Hand, den Schlupf des Turboteiles 9 auszugleichen und damit die Wellen 1 und 2 auf völlig gleiche Drehzahlen zu bringen, was die Einschaltung der Direktkupplung 10 erleichtert.
Hiebei ergeben sich zwar infolge der dauernden Einschaltung des Turbogetriebes gewisse Zahn-und Lagerdrüeke ; diese sind aber in jedem praktischen Falle von wesentlich geringerer Grössenordnung als diejenigen Drücke, welche sich bei den Getrieben ohne Direktkupplung ergeben. Ausserdem hat man es in der Hand, die restlichen Drücke durch die Wahl der Zahnradübersetzungen hinreichend einzuschränken.
Bei Einschaltung von Zwischenlagern entsprechend Fig. 5 kann das in dem nachgeschalteten Übersetzungsgetriebe vorgesehene Zwischenrad 7'erfindungsgemäss gleichzeitig zur Umsteuerung ausgenutzt werden. Zu diesem Zweck ist das Zwischenrad 7'gemäss Fig. 6 der Zeichnung in an sich bekannter Weise in einem um die Welle 6 schwenkbaren Rahmen 17 angeordnet. Durch eine Verschwenkung dieses Rahmens kann das Zwischenrad 7'in die punktierte Lage ausgeschwenkt werden. Hiebei wird gleichzeitig ein Umkehrzahnrad 18, dessen Achse 19 ebenfalls im Schwenkrahmen 17 befestigt ist, mit dem Hauptrad 8 in Eingriff gebracht, so dass das letztere nunmehr in umgekehrter
Drehrichtung umläuft.
Eine andere Art der Umschaltung ist in Fig. 7 wiedergegeben. Am Ende der Pumpenwelle 5 ist ein kleines Zahnrad 20 vorgesehen, das in das grosse Zahnrad 21 der Umsteuerwelle 22 kämmt.
Das Zahnrad 21 ist mit der Umsteuerwelle 22 dabei durch eine lösbare Kupplung 24, die beispielsweise eine Lamellenkupplung sein kann, verbunden. Das rechte Ende der Welle 22 trägt ein kleines Zahnrad 23, das unmittelbar in das Hauptrad 8 der Abtriebswelle 2 eingreift. Nach Einschaltung der Kupplung 24 werden somit das Hauptrad 8 und die Welle 2 unmittelbar von der Antriebsseite aus in umgekehrter Drehrichtung angetrieben.
Das Turbogetriebe 9 ist dabei entweder dauernd gefüllt oder es wird bei Einschaltung des Rückwärtsganges entleert. Im Falle der dauernden Füllung wird das vom Turbogetriebe 9 erzeugte Vorwärtsdrehmoment von dem durch die Übersetzung 3, 4, 20, 21, 2. 3, 8 erzeugten Rückwärtsdrehmoment überwunden, da dieses infolge der gewählten starken Untersetzung grosser ist als das vom Turbogetriebe 9 erzeugte Vorwärtsdrehmoment. Mit einer derartigen Umsteuerung sind zwar gewisse Energieverluste verbunden, welche sich allerdings insofern nur wenig störend für den Gesamtbetrieb bemerkbar machen, weil der Rückwärtsgang im praktischen Betriebe, z. B. bei Kraftwagen, Tanks usw., im allgemeinen nur verhältnismässig kurze Zeit. eingeschaltet zu werden braucht.
Demgegenüber weist aber diese Umsteuerung den sehr beachtlichen Vorteil auf, dass besondere Entleerungs-und Füll- vorrichtungen für das Turbogetriebe vermieden werden können.
Besteht das Turbogetriebe aus einem momentsteigernden Wandler, d. h. einem Turbogetriebe mit festem Leitapparat, so empfiehlt es sich, bei der Umsteuerung gleichzeitig den Leitapparat auszuschalten, um so dem Wandler die momentsteigernde Wirkung zu nehmen. Das vom Turbogetriebe 9 erzeugte Vorwärtsdrehmoment kann auf diese Weise wesentlich verringert werden, so dass das von der mechanischen Übersetzung 3, 4, 20, 21, 28 und 8 erzeugte Rückwärtsdrehmoment das vom Turbogetriebe 9 erzeugte Vonvärtsdrehmoment um so leichter überwinden kann.
Die verschiedenen Kupplungen des Direkt-und Rückwärtsganges sowie die Einrichtung zum Ausschalten des Leit-
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EMI3.1
In dieser Stellung sind der Kraftkolben 30 für die Betätigung des Leitapparates sowie die Direkt- kupplung 10 ausgeschaltet, während die Schaltkupplung 24 eingeschaltet ist. Die Kraftübertragung erfolgt jetzt von der Welle 1 über Zahnradgetriebe 3,4 zur Welle 5, von dort über das Rückwärtsgetriebe 20, 21, Kupplung 24, Umsteuerwelle 22 und Zahnrad 23 zu dem Hauptrad 8 der Abtriebs- welle 2, welches infolge der Einschaltung des Zwischengetriebes nunmehr in umgekehrter Drehrichtung umläuft.
Wird die Forderung erhoben, dass mit einer höheren Geschwindigkeit rückwärts gefahren wird, so kann die Anordnung auch so getroffen werden, dass die Zahnradübersetzung ins Langsame allein herangezogen wird, ohne dass die Zahnradübersetzung ins Schnelle mit ausgenutzt wird. So könnte z. B. unter Fortfall des Ritzels 20 auf der Welle 1 ein Zahnrad angebracht werden, welches in das Zahnrad 21 eingreift, so dass im Falle des Rückwärtsganges die Kraft unter Umgehung der Übersetzung ins Schnelle 3 + 4 über die Räder 23 + 8 auf die Abtriebswelle 2 übertragen wird.
Die Erfindung kann vorteilhaft auch zum Bau von reinen Grosskupplungen turbomeehaniseher Art ausgestaltet werden, wenn es sich darum handelt, Maschinen grösster Leistung und Drehzahl mitten im Gang stossfrei ein-und auszuschalten.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise bei der Ausführung nach der Fig. 1 das Turbogetriebe 9 als Turbokupplung hoher Drehzahl ausgebildet werden. Gegebenenfalls können mehrere Turbokupplungen mit ihren Ritzeln 4 und 7 konzentrisch um die Hauptzahnräder 3 und 8 angeordnet werden. Infolge der bei einer derartigen Anordnung selbsttätig eintretenden genau gleichmässigen Verteilung der Umfangskräfte können die Zahnräder auf einen entsprechenden Bruchteil der Zahnbreite verringert werden, wodurch eine erhebliche Verbilligung eintritt. Eine weitere Verbilligung wird dadurch erzielt, dass die Zahnräder nur während des Fahrens mit der Turbokupplung selbst belastet, während des Hauptbetriebes mit Direktkupplung dagegen ausgeschaltet sind.
Infolgedessen brauchen die teuren Zahnräder nur mit einer beschränkten Genauigkeit ausgeführt zu sein und können daher wesentlich billiger hergestellt werden.
Die während des Ein-und Ausschaltens auftretenden starken Torsionsschwingungen der Hauptwellen werden genau wie bei unmittelbarer Einschaltung der Turbokupplung zwischen die Wellen 1 und 2 für den nachfolgenden Übertragungsteil vollständig abgedämpft. In diesem Sinne stellt die Erfindung zugleich eine weitere Ausbildung der vom Patentinhaber vorgeschlagenen turbomechanischen Grosskupplungen dar, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift Nr. 374259 für eine abnutzungsfreie, hydraulische Einschaltung und darauffolgende Ausschaltung der hydraulischen Verluste durch mechanische Direktkupplung angegeben worden sind.
Für die Direktkupplung können nicht nur Verzahnungs-oder Strömungskupplungen, sondern auch alle Arten von Reibungs-, Lamellen-, Scheiben-, Bremsband-oder Überholungskupplungen benutzt werden.
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