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Viergängiges, ohne Zugkraftunterbrechung schaltbares, hydromechanisches
Verbundgetriebe für Landfahrzeuge, besonders Schienentriebfahrzeuge Es ist ein mehrstufiges
hydromechanisches, ohne Zugkraftunterbrechung schaltbares Verbundgetriebe für Fahrzeuge
mit zwei parallelen, durch je eine Strömungskupplung oder einen Strömungswandler
ein- und ausschaltbaren Kraftwegen bekannt. Von der Antriebswelle führt der eine
Kraftweg über den einen Wandler zu einer ersten Wechselgetriebewelle und der andere
Kraftweg über den anderen Wandler zu einer zweiten, parallel zur ersten angeordneten
Wechselgetriebewelle.
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In einer ersten Ausführungsform dieses Getriebes sind die beiden Wandler
gleichachsig nebeneinander angeordnet, und ihre Pumpenräder sitzen auf einer gemeinsamen
Welle. Die Turbinenradwelle des einen Wandlers treibt direkt die gleichachsige erste
Wechselgetriebewelle. Die Turbinenradwelle des zweiten Wandlers treibt über ein
Zahnräderpaar die zweite parallele Wechselgetriebewelle an. Die Wandler sind entweder
vor diesem Zahnräderpaar und dem Wechselgetriebe oder zwischen diesem Zahnräderpaar
und dem Wechselgetriebe angeordnet.
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In einer zweiten Ausführungsform des bekannten Getriebes ist der eine
Wandler gleichachsig mit der ersten Wechselgetriebewelle, der andere Wandler gleichachsig
mit der zweiten parallelen Wechselgetriebewelle angeordnet. Die Getriebeantriebswelle
treibt das Pumpenrad des ersten Wandlers direkt, das des zweiten Wandlers über ein
Zahnräderpaar an. Die Turbinenräder der beiden Wandler treiben dann direkt die parallelen
Wechselgetriebewellen an.
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Bei beiden Ausführungen ist mindestens in einem der beiden Kraftwege
vor oder hinter dem zugehörigen Wandler ein Zahnräderpaar notwendig, um diesen Kraftweg
von der Getriebeantriebswelle auf die zweite Wechselaetriebewelle zu leiten. Für
ein viergängiges hydromechanisches Verbundgetriebe mit zwei Zahnräderpaaren im Wechselgetriebe
sind damit außer dem meist gewünschten eingangsseitigen Hochtrieb zum Antrieb der
Wandler mit erhöhter Drehzahl mindestens drei Zahnräderpaare erforderlich.
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Bei der Ausführung mit zwischen dem Zahnräderpaar und dem Wechselgetriebe
und gleichachsig zur ersten Wechselgetriebewelle angeordneten Wandlern und bei der
Ausführung mit je einem gleichachsig mit den beiden parallelen Getriebewellen
angeordneten Wandlern müssen, besonders bei Getrieben für größere Leistungen wegen
der erforderlichen Wandlerabmessungen, große Achsabstände der Wechselgetriebewellen
eingehalten werden, was große Zahnraddurchmesser erfordert, so daß das ganze
Ge-
triebe schwer und groß baut.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein derartiges viergängiges, ohne Zugkraftunterbrechung
schaltbares, hydromechanisches Verbundgetriebe für Landfahrzeuge, besonders für
Schienentriebfahrzeuge, das zwei parallele Kraftwege mit je einem schaltbaren
Föttinger-Wandler in jedem Kraftweg enthält, die gleichachsig auf einer Getriebeseite
nebeneinander angeordnet sind, wobei ihre Pumpenräder gemeinsam angetrieben werden,
während ihre Turbinenräder auf zwei konzentrischen Wellen angeordnet sind, die die
Eingangswellen eines Stirnzahnräder-Wechselgetriebes bilden. Die Erfindung besteht
bei diesem Getriebe in der Vereinigung folgender Merkmale: a) In an sich bekannter
Weise ist der eine der beiden Wandler für hohe Anfahrwandlung, der andere mit einem
breiten Bereich hohen Wirkungsgrades bei höheren Drehzahlverhältnissen ausgelegt;
b) das Wechselgetriebe enthält nur zwei Räderpaare, die in an sich bekannter
Weise derart angeordnet sind, daß das erste auf der einen Wechselgetriebe-Eingangswelle
und einer weiteren Getriebewelle, das zweite auf der anderen Wechselgetriebe-Eingangswelle
und der weiteren Getriebewelle sich befindet; c) je eines der Räder der beiden
Räderpaare ist als Losrad auf der entsprechenden Welle angeordnet und mit dieser
kuppelbar# während die anderen Räder Festräder sind; d) die beiden Wechselgetriebe-Eingangswellen
sind Z C
miteinander kuppelbar.
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Auf diese Weise wird ein viergängiges, ohne Zugkraftunterbrechung
schaltbares, hydromechanisches
Getriebe konstruktiv vereinfacht,
weil es nur minimalen Bauaufwand, niedriges Gewicht und geringen Raumbedarf erforderL
Die Verwendung formschlüssiger Schaltkupplungen im Wechselgetriebe bringt bei dem
Getriebe nach der Erfindung noch den weiteren Vorteil mit sich, daß beim Schalten
auf jeden nächsthöheren oder näclistniedrigeren Gang der jeweils einzuschaltende
Wandler während des Füllvorgangs gleichzeitig die Drehzahlen der Kupplungshälften
der gegebenenfalls einzuschaltenden Schaltkupplungen angleicht.
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In Getrieben für große zu übertragende Leistungen, in denen vorzugsweise
Abweisklauenkupplungen als Schaltkupplungen verwendet werden, werden nach einer
weiteren Ausbildung der Erfindung zum Kuppeln der beiden Wechselgetriebe-Eingangswellen,
wie an sich bekannt, zwei Abweisklauenkupplungen mit untereinander entgegengesetzter
Abweisrichtung angeordnet. Damit kann jeder nächsthöhere bzw. nächstniedrigere Gang
in gleicher und einfacher Weise eingeschaltet werden: Die entsprechende Abweisklauenkupplung
wird angelegt, der zugehörige Wandler gefüllt, und nach Einrücken dieser Abweisklauenkupplung
wird der andere Wandler entleert und die nicht mehr benötigte Abweisklauenkupplung
ausgerückt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die beiden Abweisklauenkupplungen
zum Verbinden der beiden Wechselgetriebe-Eingangswellen, wie an sich bekannt, zu
einer Doppelkupplung zusammengefaßt.
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An das Verbundgetriebe kann ein Wendegetriebe mit zwei miteinander
kämmenden Eingangsrädern, zu denen gleichachsig zwei nicht miteinander kämmende
und mit diesen kuppelbare Räder vorgesehen sind, die mit einem gemeinsamen Ausgangsrad
kämmen, angebaut werden, wobei dann vorteilhafterweise das erste Rad des zweiten
Räderpaares als Losrad auf,der entsprechenden Getriebe-Eingangswelle angeordnet
ist und das zweite Räderpaar zugleich die Eingangsräder des Wendegetriebes bildet.
Sowohl diese Wendegetriebe-Eingangsräder, d. h. die Räder des zweiten Räderpaares,
als auch die mit diesen Eingangsrädern kuppelbaren Räder des Wendegetriebes können
je unter sich gleiche Durchmesser haben.
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In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsbeispiele des
Getriebes nach der Erfindung dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Getriebe mit direkt vom Fahrzeugmotor angetriebenen Wandlerpumpenrädern
und mit beliebigen Schaltkupplungen im Wechselgetriebe, F i g. 2 ein Getriebe
mit einem Hochtrieb zwischen Fahrzeugmotor und Wandlerpumpenrädern sowie mit Abweisklauenkupplungen
im Wechselgetriebe, F i g. 3 ein Getriebe nach der Linie 3-3 des Räderschemas
in F i g. 4, ebenfalls mit Abweisklauenkupplungen im Wechselgetriebe und
mit einem Wendegetriebe, und F i g. 4 das Räderschema des Getriebes nach
F i g. 3.
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In F i g. 1 treibt ein nicht dargestellter Fahrzeugmotor über
die Getriebeantriebswelle 11 die Pumpenräder 12 und 13 zweier Wandler
14 und 15 an. Der Wandler 14 ist für eine hohe Anfahrwandlung bei steilem
Anstieg des Wirkungsgradverlaufs, der Wandler 15 für einen breiten Bereich
hohen Wirkungsgrades bei höheren Drehzahlverhältnissen ausgelegt.
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Das Turbinenrad 16 des Wandlers 14 sitzt auf der inneren, das
Turbinenrad 17 des Wandlers 15 auf der äußeren zweier konzentrisch
angeordneter Wellen 18 und 19, den Wechselgetriebe-Eingangswellen.
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Auf der Wechselgetriebe-Eingangswclle 19 und einer weiteren
Getriebewelle 20 ist ein erstes Zahnräderpaar 21/22, auf der Wechselgetriebe-Eingangswelle
18 und der weiteren Getriebewelle 20 ein zweites Zahnräderpaar 23/24 angeordnet.
In der Zeichnung ist das Zahnrad 21 als Festrad, das Zahnrad 22 als Losrad dargestellt.
Durch eine Schaltkupplung 25
ist das Rad 22 mit der. weiteren Getriebewelle
20 kuppelbar. Es ist auch möglich, das Rad 21 als Losrad mit einer Schaltkupplung
auf der Wechselgetriebe-Eingangswelle 19 auszubilden und das Rad 22 als Festrad
auf der weiteren Getriebewelle 20 anzuordnen.
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Das Rad 23 des zweiten Räderpaares ist auf der Wechselgetriebe-Eingangswelle
18 als Losrad mit einer Schaltkupplung 26, das Rad 24 als Festrad
auf der weiteren Getriebewelle 20 angeordnet. Eine weitere Schaltkupplung
27 dient zur Verbindung der beiden Wechselgetriebe-Eingangswellen
18 und 19.
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Als Getriebeabtriebswelle 28 -kann die dafür verlängerte weitere Getriebewelle
20 oder eine mit dem Rad 23 fest verbundene Welle 29 dienen.
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Wird die Welle 28 als Getriebeabtriebswelle verwendet, so kann auch
das Rad 23 des zweiten Räderpaares 23/24 als Festrad auf der Wechselgetriebe-Eingangswelle
18, das Rad 24 als Losrad mit einer Schaltkupplung auf der weiteren Getriebewelle
20 angeordnet werden.
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Mit einer zusätzlichen nicht dargestellten Getriebewelle mit z. B.
einem Festrad, das mit dem Rad 22 kämmt, und einem Losrad mit Schaltkupplung, das
mit dem Rad 23 kämmt, erhält man in einfacher Weise einen Rückwärtsgang.
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In jedem Gang ist jeweils nur ein Wandler in Betrieb, im
1. und 3. Gang der Wandler 14, im 2. und 4. Gang der Wandler
15. Die Wandler 14 und 15
werden durch Füllen und Entleeren ein- und
ausgeschaltet.
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Mit der Welle 28 als Getriebeabtriebswelle bildet im mechanischen
Wechselgetriebe das erste Räderpaar 21/22 die erste Stufe für den 1. und
2. Gang, das zweite Räderpaar 23/24 die zweite Stufe für den 3. und 4. Gang.
In den einzelnen Gängen fährt der Kraftweg über folgende Getriebeglieder: 1.Gang-
11-14-18-27-21/22-25-20-28;
2. Gang: 11 - 15 - 19 - 21/22
- 25 - 20 - 28;
3. Gang: 11 - 14 - 18 - 26 - 23/24
- 28;
4. Gang: 11 - 15 - 19 - 27 - 18 - 26 - 23/24
- 28. Mit der Welle 29 als Getriebeabtriebswelle bilden die Räderpaare
21/22 und 23/24 zusammen die erste Stufe für den 1. und 2. Gang, während
der 3. und 4. Gang direkt von den Wandler 14 und 15 auf die Abtriebswelle
29 führen. Für die einzelnen Gänge führt der Kraftweg über folgende Getriebeglieder.
1.
Gang: 11 - 14 - 18 - 27 - 21/22 - 25 - 20 - 24/23
- 29;
2. Gang: 11 - 15 - 19 - 21/22 - 25 - 20
- 24/23 - 29;
3. Gang: 11-14-18-26-29;
4. Gang:
11 - 15 - 19 - 27 - 18 - 26 - 29.
Zum Schalten des Verbundgetriebes
auf einen nächsthöheren oder nächstniedrigeren Gang wird jeweils von einem Kraftweg
auf den anderen umgeschaltet, indem der Wandler im einzuschaltenden Kraftweg gefüllt,
der Wandler im auszuschaltenden Kraftvieg entleert wird. Dabei wird eine Unterbrechung
der Zugkraft dadurch vermieden, daß der Wandler im auszuschaltenden Kraftweg erst
dann entleert wird, wenn der Wandler im einzuschaltenden Kraftweg nahezu oder ganz
gefüllt ist.
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Im Wechselgetriebe können Schaltkupplungen beliebiger Bauart verwendet
werden.
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Mit kraftschlüssigen Schaltkupplungen im Wechselgetriebe wird beim
Schalten jeweils die entsprechende Schaltkupplung eingerückt, der zugehörige Wandler
gefüllt, der zuvor gefüllte Wandler entleert und die zuvor eingerückten nicht benötigten
Kupplungen ausgerückt. Dabei wird jede Kupplung nur im unbelasteten Zustand geschaltet,
da bis zum Füllen des zugehörigen Wandlers die Kraft durch den zuvor eingeschalteten
Gang übertragen wird.
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Mit formschlüssigen Schaltkupplungen im Wechselgetriebe werden diese
zweckmäßig mit Sperren versehen, die das Einschalten vor Gleichlauf der beiden Kupplungshälften
verhindern. Zum Angleichen der Drehzahl wird dabei jeweils der zugehörige Wandler
eingesetzt. Beim Schalten wird die betreffende Kupplungshälfte angelegt und der
zugehörige Wandler gefüllt, der diese Kupplungshälfte während des Füllvorgangs beschleunigt.
Bei Gleichlauf der beiden Kupplungshälften entriegelt die Sperre, und die Kupplung
wird eingerückt. Nach beendeter Füllung des Wandlers übernimmt dieser die Leistung,
die dann über die soeben eingerückte Kupplung, d. h. in dem damit eingeschalteten
Gang, übertragen wird. Danach wird der andere Wandler entleert und die entlastete
Kupplung des vorhergehenden Ganges ausgerückt.
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Da der einzuschaltende Wandler beim Synchronisiervorgang nur die unbelasteten
Wellen und Räder beschleunigen muß, ergeben sich überaus kurze Schaltzeiten. Schaltweise
für Getriebe mit formschlüssigen Kupplungen nach F i g. 1:
0-1: Kupplungen
25 und 27 einrücken, Wandler 14 füllen; 1-2: Wandler 15 füllen,
Wandler 14 entleeren, Kupplung 27 ausrücken; 2-3: Kupplung
26 anlegen, Wandler 14 füllen, Kupplung 26 rückt ein, Wandler
15 ent-C leeren, Kupplung 25 ausrücken; 3-4- Kupplung 27 anlegen,
Wandler 15 füllen, Kupplung 27 rückt ein, Wandler 14 entleeren; 4-3:
Wandler 14 füllen, Wandler 15 entleeren, Kupplung 27 ausrücken;
3-2: Kupplung 25 anlegen, Wandler 15 fällen, Kupplung
25 rückt ein, Wandler 14 entleeren, Kupplung 26 ausrücken; 2-1: Kupplung
27 anlegen, Wandler 14 füllen, Kupplung 27 rückt ein, Wandler
15 entleeren. In F i g. 2 ist eine Ausführung des Getriebes mit einem
Hochtrieb zum Antrieb der Wandlerpumpenräder mit höherer Drehzahl und mit Abweisklauenkupplungen
als Schaltkupplungen im Wechselgetriebe gezeigt. Diese Ausführung eignet sich besonders
für Getriebe mit großer Leistung. Zum Beibehalten des für alle Gangschaltungen gleichen
und einfachen Schaltverfahrens werden dabei in Weiterbildung der Erfindung an Stelle
einer einzigen Schaltkupplung zur Verbindung der beiden Wechselgetriebe-Eingangswellen
zwei Abweisklauenkupplungen mit untereinander verschiedenen Abweisrichtungen angeordnet.
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Der Hochtrieb besteht aus dem Zahnräderpaar 30/31 zwischen
der Getriebeantriebswelle 11 und einer beiden Wandlern 14 und 15 gemeinsamen
Pumpenradwelle 32. Zur Verbindung der beiden Getriebe-Eingangswellen
18 und 19 dient im 1. Gang die Klauenkupplung 33, die
aus einer auf der Getriebe-Eingangswelle 18 drehfest und axial schiebbar
angeordneten Schiebemuffe 34 mit Klauen 35 für die eine Abweisrichtung und
den fest mit der Getriebe-Eingangswelle 19 verbundenen Klauen 36
besteht,
und im 4. Gang die Klauenkupplung 37, bestehend aus einer auf der Getriebe-Eingangswelle
18
drehfest und axial schiebbar angeordneten Schiebemuffe 38 mit Klauen
39 für die andere Abweisrichtung und den fest mit der Getriebe-Eingangswelle
19
verbundenen Klauen 40.
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Zur Verbindung des Rades 22 mit der weiteren Getriebewelle 20 im
1. und 2. Gang dient die Abweisklauenkupplung 41, bestehend aus der Schieberauffe
42 mit Klauen 43 und den fest mit dem Rad 22 verbundenen Klauen 44, und zur Verbindung
des Rades 23 mit der Getriebe-Eingangswelle 18 im 3. und 4.
Gang die Abweisklauenkupplung 45, bestehend aus der auf der Getriebe-Eingangswelle
18 drehfest und axial schiebbar angeordneten Schiebemuffe 46 mit Klauen 47
und den mit dem Rad 23 fest verbundenen Klauen 48.
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In einer bevorzugten Ausführung des Getriebes nach F i g. 3
werden die beiden Abweisklauenkupplungen zur Verbindung der beiden Wechselgetriebe-Eingangswellen
18 und 19 zu einer Doppelkupplung 37: 33 mit einer gemeinsamen
auf der Getriebe-Eingangswelle 18 drehfest und axial schiebbar angeordneten
Schiebernuffe 38: 34 zusammengefaßt. Die Gegenklauen 36 und 40 der
Doppelkupplung 37: 33 sind mit der Getriebe-Eingangswelle 19 fest
verbunden.
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Zum Schalten des Getriebes mit Abweisklauenkupplungen wird jeweils
die betreffende Kupplungshälfte angelegt, der zugehörige Wandler gefüllt, der die
Kupplungshälfte während des Füllvorgangs beschleunigt, bis sie bei Einholen dc.
anderen Kupplungshälfte in Eingriff geht. Nach beendetem Füllen des Wandlers wird
die Leistung über die soeben eingerückte Abweisklauenkupplung, d. h. in dem
damit eingeschalteten Gang, übertragen. Danach wird der
andere Wandler
entleert und die entlastete Klauenkupplung des vorhergehenden Ganges ausgerückt.
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Schaltweise für Getriebe mit Abweisklauenkupplungen nach F i
g. 2 und 3.
0-1: Kupplungen 33 und 42 anlegen, Wandler
14 füllen, Welle 18 beginnt zu drehen, Kupplung 33 rückt sofort ein,
Räder 21 und 22 beginnen zu drehen, Kupplung 41 rückt sofort ein; 1-2: Wandler
15 füllen, Wandler 14 entleeren, Kupplung 33 ausrücken;
2-3: Kupplung 45 anlegen, Wandler 14 füllen, Kupplung 45 rückt ein, Wandler
15 entleeren, Kupplung 41 ausrücken; 3-4: Kupplung 37 anlegen, Wandler
15 füllen, Kupplung 37 rückt ein, Wandler 14 entleeren; 4-3: Wandler
14 füllen, Wandler 15 entleeren, Kupplung 37 ausrücken;
3-2: Kupplung 41 anlegen, Wandler 15 füllen, Kupplung 41 rückt ein,
Wandler 14 entleeren, Kupplung 45 ausrücken; 2-1-. Kupplung 33 anlegen, Wandler
14 fällen, Kupplung 33 rückt ein, Wandler 15 entleeren. Da bei jedem
Gangwechsel der einzuschaltende Wandler zugleich die Drehzahl der einzurückenden
Klauenkupplungen angleicht, sind bei allen Schaltungen aufwärts oder abwärts jeweils
gleiche einfache Maßnahmen notwendig: gegebenenfalls Abweisklauenkupplung anlegen,
Wandler fällen, Wandler entleeren, gegebenenfalls Abweisklauenkupplung ausrücken.
Damit kann das Verbundgetriebe durch ein Selbstschaltgerät mit einfachem und betriebssicherem
Aufbau ausgerüstet werden.
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Bei Verwendung des Verbundgetriebes in Fahrzeugen, die in beiden Fahrtrichtungen
in gleicher Weise betrieben werden, z. B. bei Schienentriebfahrzeugen, können nach
einer weiteren Maßnahme der Erfindung die Räder 23 und 24 des zweiten Räderpaares
23/24 als Eingangsräder eines nachgeschalteten Wendegetriebes dienen. Für das Wendegetriebe
(F i g. 3) sind dann zwei weitere nicht miteinander kämmende Räder 49 und
50 koaxial zu den Rädern 23 und 24 angeordnet, die beide mit einem
auf der Getriebeausgangswelle 51 sitzenden Ausgangsrad 52
kämmen. Durch
im Stillstand des Fahrzeugs schaltbare Kupplungen 53 und 54 sind diese Räder
49 und 50 mit den Rädern 23 und 24 wechselweise kappelbar und ergeben,
je nachdem die Kupplung 53 und 54 eingerückt ist, die eine oder andere
Drehrichtung der Getriebe-Ausgangswelle 51.