Getriebe zur Umformung des Drehmomentes bezw. der Drehzahl. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ge triebe zur Umformung des Drehmomentes bezw. der Drehzahl einer Kraftmaschine, ins besondere für durch eine Brennkraftmaschine angetriebene Fahrzeuge, und ist gekennzeich net durch die Kombination eines eine Pumpe und eine Turbine aufweisenden Flüssigkeits getriebes mit einem Differentialgetriebe, von dem ein Hauptteil mit der Abtriebswelle der Kraftmaschine und die übrigen Hauptteile je mit einem Teil des Flüssigkeitsgetriebes in Verbindung stehen.
Der als Funktion der Drehzahl aufgetra gene Verlauf des Drehmomentes. welches auf der Pumpenseite eines Flüssigkeitsgetriebes aufgenommen werden kann, besitzt einen parabelähnlichen Verlauf. Flüssigkeitsge triebe haben somit die Eigenschaft, dass sie erst in der Nähe der normalen Betriebsdreh zahl nennenswerte Drehmomente übertragen können, bei kleineren Drehzahlen dagegen 111r kli#ine Momente zu übertragen imstande sind. In vielen Fällen muss aber bei kleiner Geschwindigkeit ein grosses Moment übertra gen werden, so dass eine mechanische Über setzung zum Betrieb bei geringen Geschwin digkeiten zusätzlich noch verwendet werden muss.
Es wird dann der Vorteil erreicht, dass wohl schon bei kleinen Drehzahlen das von der Kraftmaschine aufgebrachte Drehmoment voll übertragen werden kann, bei höheren Drehzahlen die Maschine aber dann infolge des weiteren Anstieges des von dem Getriebe aufgenommenen Momentes überlastet würde, das heisst die Drehzahl der Maschine kann nicht weiter beschleunigt werden. Wird dann die mechanische Übersetzung ausgeschaltet, so fällt. das übertragbare Drehmoment wieder auf einen Bruchteil des vollen Momentes ab, so dass wiederum nicht die volle Leistung übertragen werden kann.
Wenn zwischen der Kraftmaschine und dem Flüssigkeitsgetriebe ein Differentialgetriebe eingeschaltet ist, von dem ein Hauptteil mit der Abtriebswelle der Kraftmaschine und die übrigen Hauptteile mit je einem Teil des Flüssigkeitsgetriebes in Verbindung stehen, so ergibt sich die Möglichkeit, da.ss die Diffe renz der Drehzahl zwischen dem Pumpenteil und dem Turbinenteil des Flüssigkeits- getriebes zur Veränderung des Übersetzungs verhältnisses zwischen der Welle der Kraft maschine und dem Pumpenteil des Flüssig keitsgetriebes herangezogen werden kann,
so dass beim Erreichen des höchstmöglichen Dreh momentes der Kraftmaschine das weiterhin bei erhöhten Drehzahlen zu übertragende Drehmoment nicht mehr auf einen Bruchteil des vollen Wertes wieder abfällt, sondern dauernd auf dem Höchstwert gehalten wer den kann.
Als Flüssigkeitsgetriebe kann eine eine Pumpe und eine Turbine aufweisende Flüs sigkeitskupplung, ein eine Pumpe, einen Leit- apparat und eine Turbine aufweisender Dreh zahlumformer oder endlich ein Getriebe, das je nach den Betriebsbedingungen entweder als Drehzahlumformer mit Pumpe, Leit- apparat und Turbine oder als Kupplung ohne Leitapparat arbeitet, verwendet werden. Das Differentialgetriebe kann als Planetengetriebe oder als Reibrollengetriebe ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise wird das Sphärenrad eines Planetengetriebes mit der Welle der Kraft maschine, das Sonnenrad mit dem Pumpen rad und die Planetenrädereinheit mit dem Turbinenrad des Flüssigkeitsgetriebes in Ver bindung gebracht. Es kann aber auch das Sonnenrad des Planetengetriebes mit dem Pumpenrad, das Sphärenrad mit dem Tur binenrad des Flüssigkeitsgetriebes und die Planetenrädereinheit mit der Antriebswelle der Kraftmaschine verbunden sein.
Die Erfindung werde anhand der Zeich nung bezw. der Fig. 1 durch einige zum Teil abstrakte Drehmomentkurven und der Fig. 2 bis 4 durch einige vereinfacht dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Als Abszisse ist im Schaubild (Fig. 1) die Drehzahl n1 der Kraftmaschine als Bruch teil der normalen Drehzahl aufgetragen und als Ordinate das Drehmoment 111d -.ebenfalls als Bruchteil .des normalen Momentes der Kraftmaschine - gewählt. Die Kurve 1 stellt den Verlauf derjenigen Momente dar, welche durch eine Flüssigkeitskupplung bei verschiedener Drehzahl der Kraftmaschine noch übertragen werden können.
Bei der normalen Drehzahl n1 = 1,0 der Kraftmaschine wird das normale Dreh moment Md = 1,0 übertragen. Da die 31d- Kurve einen parabelförmigen Verlauf an nimmt, wird durch die Kupplung bei vermiu- derten Drehzahlen nur ein kleines Moment noch übertragen; so wird beispielsweise bei der halben Drehzahl der Kraftmaschine nur des normalen Momentes übertragen und bei der Drehzahl kaum mehr '.,/lo des normalen Momentes.
Wird zwischen der Kraftmaschine und der Flüssigkeitskupplung ein mechanisches Übersetzungsgetriebe, beispielsweise mit dem Verhältnis 2:1 eingeschaltet, so können durch die Flüssigkeitskupplung - wie die Kurve 2 zeigt - grössere Momente über tragen werden. Es wird beispielsweise schon bei der Hälfte der normalen Drehzahl der Kraftmaschine an .der Pumpenseite der Flüs sigkeitskupplung das volle Drehmoment auf genommen.
Da aber bei einer Übersetzung ins Schnelle nach dem Verhältnis 2 : 1 das vom Motor aufzubringende Moment den dop pelten Wert aufweist, wie das im Pumpenteil der Kupplung wirkende Moment, ist tatsäch lich der Verlauf der vom Motor aufzu bringenden Momente durch die Kurve 3 ge geben. Es zeigt sich, dass bei einer Motor drehzahl, die ungefähr den 0,3,5fachen Wert der normalen Drehzahl aufweist, das Moment an der Pumpenseite der Flüssigkeitskupplung schon auf den 0,5fachen Betrag des normalen Drehmomentes der Kraftmaschine angewach sen ist, wobei der Motor schon sein volles Moment aufzubringen hat.
Durch die Ein schaltung des mechanischen Übersetzungs getriebes mit dem Verhältnis 2 : 1 wird also die Wirkung erzielt, dass schon beim 0,35- fachen Wert der normalen Drehzahl die Kraftmaschine bereits das normale Moment auf das Getriebe übertragen kann.
Weiter als bis zum 0,35fachen Wert der normalen Drehgeschwindigkeit kann die Kraftmaschine überhaupt nicht beschleunigt werden, weil dann für die Pumpenseite der Kupplung grössere Momente erforderlich wären. Wird das Übersetzungsgetriebe aber ausgeschaltet, so ergibt sich, dass das durch das Getriebe übertragene Moment nicht ein mal mehr den 0-,15fachen Betrag des normalen Momentes aufweist, so dass wiederum nur ein Bruchteil der Leistung der Kraftmaschine ausgenützt werden kann.
Kann nun aber das Übersetzungsverhältnis der mechanischen Übersetzung zwischen der Kraftmaschine und dem Flüssigkeitsgetriebe anstatt plötzlich allmählich vom Wert 2 : 1 auf den Wert 1 : 1 verändert werden, so ist es möglich, das von der Maschine an das Getriebe übertrag bare Moment auf dem normalen Wert zu halten. Es wird dann zwischen dem Dreh zahlbereich 0.3'5 und 1,0 immer das normale Moment. 1,0 der Kraftmaschine auf das Ge triebe übertragen. Dabei verläuft die Grösse des vom Pumpenrad aufgenommenen Dreh momentes ungefähr nach einer Kurve 4. Bei der normalen Drehzahl n1 - 1,0 der Kraft maschine wird durch das Getriebe das normale Drehmoment der Kraftmaschine <B>31,1</B> = 1,0 übertragen.
Die Kraftmaschinenwelle 10 (Fig. 2, 3 und 4) treibt über ein Planeten- und Flüssig keitsgetriebe eine Welle 11, welche mit einem leistungsaufnehmenden Teil verbunden ist. Das Planetengetriebe besteht aus der Pla- netenrädereinheit 12, einem Sonnenrad 13 und einem Sphärenrad 14. Das Flüssigkeits- getriebe nach Fig. 2 weist ein Pumpenrad 15 und ein Turbinenrad 16 auf.
Die Ausfüh rungsbeispiele nach Fig. 3 und 4 besitzen ausser dem Pumpenrad 15 und dem Turbinen rad 1.6 noch einen Leitapparat 17. Der mit der Welle 10 der Kraftmaschine verbundene Teil des Planetengetriebes weist ausserdem noch einen Zahnkranz 1$ auf, in welchen der zum Anlassen der Maschine dienende Motor eingreift.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist die Planetenrädereinheit 12 mit dem Tur binenrad 16, das Sonnenrad 13 mit dem Pum- penrad 15 und das. Sphärenrad 14 mit der Antriebswelle 10 verbunden.
Bei beginnender Drehung der Welle 10 steht zunächst die Welle 11 mit dem Tur binenrad 16 still. Somit ist auch die Plane tenrädereinheit an einer Drehung verhindert, so dass das Sonnenrad 13 durch das Sphären rad 14 über die Räder der nicht drehenden Planetenrädereinheit angetrieben wird. Die Drehzahl des Sonnenrades ist somit im Ver hältnis des Radius des Sphärenrades zum Radius des Sonnenrades grösser als die Dreh zahl des Sphärenrades. Das Getriebe nach Fig. 2 ist hauptsächlich für Fahrzeuge, wel che Verschiebedienst versehen, gedacht, bei denen die Drehzahl der Kraftmaschine stets grösser ist als die auf die Triebachsen zu übertragende Drehzahl.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel ist wiederum die Planetenrädereinheit mit dem Turbinenrad und das Sonnenrad mit dem Pumpenrad des Flüssigkeitsgetriebes verbun den, während das Sphärenrad 14 an der An triebswelle 10 befestigt ist. Im wesentlichen arbeitet das Getriebe nach Fig. 3 gleich wie das Getriebe nach Fig. 2, jedoch unter Aus- nützung der durch die Hinzufügung des Leit- apparates 17 verbesserten Charakteristik des Flüssigkeitsgetriebes.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist das Sphärenrad 14 mit dem Turbinenrad 16 und das Sonnenrad 13 mit dem Pumpen rad 15 verbunden, während nun die Planeten- rä.dereinheit 12 mit der Antriebswelle 10 in Verbindung steht. Bei dem Anlaufen steht die angetriebene Welle 11 still, somit auch das Sphärenrad 14. Die durch die Antriebs welle 10 getriebene Planetenrädereinheit 12 rollt daher auf der innern Seite des Sphären rades ab und treibt mit erhöhter Dreh- geschwindigkeit das Sonnenrad 1.3.
Ist aber nach dem Anlaufen die Drehzahl der an getriebenen Welle 11 angenähert gleich gross wie die Drehzahl der Antriebswelle 10, so . werden auch las Sonnenrad 13 und das Sphärenrad 14 mit ungefähr der gleichen Drehzahl drehen. Die Planetenräder können dann auf dem Umfang des Sonnen- und des Sphärenrades nicht mehr abrollen, so dass letzten Endes das Pumpenrad 15 angenähert die gleiche Drehzahl aufweist wie die An triebswelle 10.
Durch die Erfindung wird weiter noch der Vorteil erreicht, dass durch die Einschal tung des Flüssigkeitsgetriebes die Torsions- schwingungen der Antriebswelle nicht auf die angetriebene Welle übertragen werden, weil die Leistung mindestens zum Teil durch eine Flüssigkeit übertragen wird, wobei der primäre und der sekundäre Teil des Flüssig keitsgetriebes immer den zur Vernichtung der Torsionsschwingungen notwendigen Schlupf aufweisen.
Eine gewisse Entlastung der einzelnen Teile, insbesondere des Flüssigkeitsgetriebes bei hohen Drehmomenten ist dadurch auch möglich, dass die Leistung nicht allein über das Flüssigkeitsgetriebe, sondern auch zum Teil noch über das Differentialgetriebe über tragen wird.
Als Differentialgetriebe können ausser Planetengetrieben, wie dargestellt auch Kegel- ra.ddifferentialgetriebe oder Reibrollendiffe- rentialgetriebe verwendet werden.
Selbstverständlich können auch andere Verbindungen als die beschriebenen herge stellt werden zwischen den einzelnen Haupt teilen des Differentialgetriebes und des Flüs sigkeitsgetriebes.
Die Erfindung lässt sich auch anwenden auf Fahrzeuge, welche durch Elektromotoren angetrieben werden, insbesondere wenn die Motoren synchron oder nur mit geringer Drehzahlverstellung arbeiten. Sie kann aber auch auf alle möglichen andern Gebiete an gewendet werden, wodurch eine Kraft maschine eine Arbeit aufnehmende Maschine bezw. Welle mit einem grösseren Drehzahl bereich oder mit sehr verschiedenen Momen ten angetrieben werden muss.