DE3206424C2 - Linienomnibus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Linienomnibus gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Linienomnibus fährt bei den üblichen Halteabständen von 300 bis 500 m und der für stehende Passagiere zulässigen Be­ schleunigung und Verzögerung von 0,6 m/s² praktisch nur im Beschleunigungs- und Verzögerungsbereich.

Derzeit sind Standard-Linienomnibusse überwiegend mit Auto­ matikgetrieben, zusammengesetzt aus Hydrodynamikwandler, kupplungs-bremsgeschalteten Planetenstufengetriebe und inte­ griertem Hydrodynamikretarder ausgerüstet. Die Geräuschent­ wicklung dieser Antriebe selbst ist gering, ihr Wirkungsgrad und der erreichbare Fahrkomfort sind ungenügend. Ihre Ver­ luste, durch die Größe der verwendeten Ölkühler sichtbar gemacht, setzen sich aus dem Strömungsverlust im Wandelbe­ reich des Hydrodynamikteiles, dem Panschverlust im Getriebe­ kasten, sowie den zur ständigen Benetzung der mit engem Spiel im Ölbad umlaufenden Lamellen von Schaltkupplungen entste­ henden Strömungsverlusten zusammen. Was ihre Wirkungsweise anbetrifft, so ist es durch Anwendung von Papierbelägen ge­ lungen, den durch stick-slip hervorgerufenen Schaltstoß zu reduzieren. Jedoch gelingt es nicht, bei einem durch den Hydrodynamikretarder eingeleiteten Verzögerungsvorgang, der im übrigen kurz vor dem Halten sowieso noch durch die zumeist quietschenden Rad-Trommelbremsen unterstützt bzw. allein durchgeführt werden muß, den durch einen Schaltvorgang überlagerten, auf den Wagenkästen übertragenen Stoß zu verhindern.

Was die bereits verwirklichte, vorwiegend auf der Basis eines Hydro­ statikantriebes mit und ohne Leistungsverzweigung angestrebte Energierückgewinnung der Bremsenergie anbetrifft, so muß darauf hingewiesen werden, daß ein Hydrostatik-Fahrzeug­ antrieb, der beispielsweise für Gleiskettenfahrzeuge wegen seines geringen Bauaufwandes und seiner stufenlosen Dreh­ zahlregelung durchaus geeignet ist, als Antrieb für ein Stadtfahrzeug wegen seines Geräusches unbrauchbar ist. Sein hartes, hochfrequentes Singen, erzeugt durch extrem große Beschleunigungen und Verzögerungen von unter hohem Druck stehender Ölportionen ist prinzipiell unvermeidbar und durch eine Abschirmung praktisch nicht zu beseitigen.

Bei Verwendung eines derartigen Antriebs für einen Linien­ omnibus muß auch bedacht werden, daß der Wirkungsgrad eines Hydrostatikantriebs im Mittel 70, höchstens 75% be­ trägt, d. h. daß sich ein Regenerativantrieb zur Gewinnung der Bremsenergie für die anschließende Beschleunigung des Fahrzeugs in Verbindung mit einem Hydrostatikhauptantrieb nicht lohnt. Ein erfahrungsgemäß durch Regenerativantrieb erzielbarer Energiegewinn würde rund 20% betragen. Mit 90% Wirkungsgrad steht ein konventioneller Antrieb mit normalem Stufengetriebe ohne Mehrgewicht und dadurch hervorgerufenem Energieverlust unter Einsparung des zusätzlichen Aufwandes zur Verfügung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linienomnibus so auszugestalten, daß dessen Betrieb im Beschleunigungs- und Verzögerungsbereich bei geringstmöglicher Geräuschentfaltung, größter Wirtschaftlichkeit sowie kleinster Emission schädlicher Abgase ruckfrei und zur Entlastung des Fahrers automatisch gesteuert vonstatten geht und daß darüber hinaus die Rückgewinnung eines Teiles der Verzögerungsenergie für die Beschleunigungsphase erreicht wird.

Die Lösung der Aufgabe besteht aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 und 3 zu entnehmen.

Die Anwendung dieser mit niedriger spezifischer Flächenbe­ lastung arbeitenden Anfahr- und Schaltbremse, deren Trocken­ lauf eine dem eingeleiteten Druck proportionale Drehmoment­ wirkung gewährleistet, ermöglicht sowohl weiches Anfahren wie ruckfreie Überwindung der Schaltsprünge. Da das Stufen­ schaltgetriebe selbst keine in Öl laufende Lamellen und kein Hydrodynamikglied aufweist, entspricht sein me­ chanischer Wirkungsgrad dem eines konventionellen Stufen­ getriebes, welcher ausschließlich von der Anzahl der Zahn­ eingriffe abhängig ist. Entsprechend dem besseren Wirkungs­ grad ist die vom Motor aufzubringende Leistung, und damit auch der Ausstoß schädlichen Abgases, geringer.

Zum Anfahren an der Haltestelle schaltet der Fahrer durch Betätigung des Gaspedals, in dessen Ausgangsstellung in einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 stets sämtliche Kupp­ lungen sowie die Dauerleistungsbremse geöffnet sind, das vorher durch den Drehzahlregler auf den Anfahrgang zurück­ geschaltete Getriebe dadurch zwischen Antriebsmotor und An­ triebsachse, daß die Dauerleistungsbremse bei gelöster Aus­ gangskupplung entsprechend dem vom Fahrer ausgeübten Druck auf das Gaspedal durch Betätigung eines Druckregelventils geschlossen wird. Zum Schalten in den nächsten Gang wird durch den Schaltautomaten, der unabhängig von Drehzahl und Gashebelstellung arbeitet, die Dauerleistungsbremse gelöst. Gleichzeitig wird die Schaltkupplung des ersten Ganges ge­ öffnet und die des zweiten Ganges geschlossen. Durch das im Schaltautomaten vorgesehene Druckregelventil wird dann der Übersetzungssprung im Getriebe durch Schlupf der Dauerlei­ stungsbremse überbrückt. Ebenso werden die weiteren Vorwärts­ stufen geschaltet. Nur zur Übertragung der letzten Vorwärts­ übersetzung, bei einem Fünfganggetriebe demnach der fünften Gangstufe, wird das Planetengetriebe durch die Ausgangskupp­ lung kurzgeschlossen.

Zur Einleitung der Verzögerungsphase des Fahrzeugs ist in jeder Gangstufe bei Betätigung des Bremspedals das Planeten­ getriebe durch die eingekuppelte Getriebeausgangskupplung kurzgeschlossen. In Abhängigkeit vom Bremspedalhub dient dann die Dauerleistungsbremse ausschließlich als auf die Antriebsachse wirkende Fahrzeugbremse. Die von der Bremse in Reibungswärme umgewandelte Bremsleistung wird in jedem Anwendungsfall von dem die hohlen Bremsringe der Dauerlei­ stungsbremse durchströmenden Kühlwasser in den Motorkühler geleitet. Wärmetechnisch entsteht für den Motor dadurch der Vorteil, daß die Kühlwassertemperatur annähernd gleich bleibt, ohne daß damit der Kühler, der für Motorhöchstleistung aus­ gelegt ist, vergrößert werden muß.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird der Linien­ omnibus in einer Zweiachsausführung über eine Achse vom Motor angetrieben und die zweite Achse mit einem Regenerativ­ antrieb ausgerüstet. Hierzu steht ein an dieser Achse ange­ ordneter Kegelradantrieb mit einem Schwungradspeicher über ein mit dem Achsantrieb verbundenes Getriebe, ein in dem Ge­ triebe angeordnetes Hydrodynamikelement und eine Reibungs­ kupplung bzw. -bremse zum Ein- und Ausschalten des Hydrody­ namikelements dergestalt in Verbindung, daß beim Verzöge­ rungsvorgang der Schwungradspeicher gesteuert geladen und beim Beschleunigungsvorgang seine Energie, ebenfalls vom Fahrer gesteuert, wieder in die Antriebsachse zum Beschleu­ nigen des Fahrzeugs geleitet werden kann.

Zusammengefaßt werden durch die Erfindung folgende Vorteile erzielt:

1) Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch

• a) Wirkungsgradverbesserung des Getriebes
• b) Leerlauf des Motors bei Gaspedalstellung null in sämtlichen Fahrzeugsituationen
• c) gleichmäßige Kühlertemperatur durch Aufheizung bei Verzögerungsvorgängen
• d) Regenerativantrieb

2) Verbesserung des Umweltverhaltens, Geräuschreduktion, Ermäßigung der Emission schädlicher Abgase sowie Ver­ ringerung von Bremsstauberzeugung durch

• a) Wirkungsgradverbesserung des Getriebes
• b) durch Leerlaufstellung des Motors bei den Verzöge­ rungsvorgängen
• c) wassergekühlte Dauerleistungsbremse mit niedrigen Reibflächentemperaturen und großer Reiboberfläche, welche praktisch verschleißfrei bleibt
• d) Rückgewinnung eines Teiles der Bremsenergie für die Beschleunigung.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In den Fig. 1 bis 3 ist das Kupplungsschaltgetriebe des Linienomnibusses, in welches die Dauerleistungsbremse integriert ist, in drei Schnitten wiedergegeben. In den Fig. 1 und 2 sind die in Fig. 3 mit A-B und C-D gekennzeichneten Längsschnitte und in Fig. 3 ein in Fig. 2 mit E-F gekenn­ zeichneter Querschnitt durch das Getriebe veranschaulicht. In den Fig. 4 und 5 sind jeweils in drei Ansichten zwei Bau­ arten von Linienomnibussen der Erfindung dargestellt. In Fig. 4 ist als Beispiel ein Zweiachs- und in Fig. 5 ein Dreiachsomnibus dargestellt.

In den Abbildungen ist mit 1 der Antriebsmotor gekennzeich­ net, dessen Kurbelwelle 1₁ mit dem Schwungrad 1₂ über die elastischen Kupplungselemente 2 über die Glocke 3 der zen­ tralen Schaltkupplung mit der Hohlwelle 4₁ der Zentralwelle 4 verbunden ist. Auf der Hohlwelle 4₁ sitzt das Zentralrad 5, welches zusammen mit den sternförmig angeordneten Zahn­ rädern 6₁, 6₂, 6₃ und 6₄ bei laufendem Motor ständig mit­ läuft. Mit dem Zahnrad 6₁ ist die Außenglocke der Schalt­ kupplung 7, mit dem Zahnrad 6₂ die Außenglocke der Schalt­ kupplung 10, mit dem Zahnrad 6₄ die Außenglocke der Schalt­ kupplung 9 und schließlich mit dem Zahnrad 6₃ die Außen­ glocke der Schaltkupplung 8 verbunden.

Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Schaltkupplung im Schnitt dargestellt, zumal sämtliche Schaltkupplungen gleich ausgebildet sind. Die Schaltkupplung 9, deren Außen­ glocke 9₁ über die Hohlwelle 11₁ mit dem Zahnrad 6₄ verbun­ den ist, erzeugt die erste Gangstufe. Zu diesem Zweck trägt ihre Außenglocke 9₁ die umlaufenden Lamellen 9₂, welche bei geschlossener Kupplung durch die Druckplatte 9₃ mit den Lamellen 9₄ der Innenglocke 9₅ in Reibschluß gebracht wer­ den. Die Innenglocke 9₅ treibt die Schaltwelle 11 an, welche von der Hohlwelle 11₁ umfaßt wird. Auf der Schaltwelle 11 sitzt das Abtriebszahnrad 12 des ersten Ganges, welches mit der Außenverzahnung der Planetengetriebeglocke 13₁ kämmt. Letztere ist Bestandteil der Zentralwelle 4, die außerdem noch die beiden Räder 15₁ und 15₂ trägt.

Zur Betätigung der Schaltkupplung 9 wird über die Ölzu­ führung 16 durch eine nicht dargestellte Bohrung in der Schaltwelle 11 in den Ringraum 9₆ Drucköl geführt, wel­ ches den Ringkolben 9₇ gegen die Druckplatte 9₃ drückt und dadurch über die Lamellen 9₂ und 9₄ Reibungsschluß zwischen Außenglocke 9₁ und Innenglocke 9₅ herstellt. Dadurch wird das vom Motor durch die Hohlwelle 4₁ zugeführte Antriebsmoment über das Zentralrad 5, Zahnrad 6₄, Kupplung 9, Schaltwelle 11 und Zahnrad 12 in die Außenglocke 13₁ des Planetengetriebes geleitet. Das Planetengetriebe 13 besitzt ein Innensonnenrad 13₂ sowie Planetenräder 13₃. Die Planetenräder 13₃ sind auf dem mit der Abtriebswelle verbundenen Steg 13₄ gelagert. Die Innen­ glocke 14₁ der wassergekühlten Dauerleistungsbremse 14 wird vom Sonnenrad 13₂ angetrieben. Bei geschlossener Bremse, also bei festgehaltenem Sonnenrad 13₂, wird das über das Zahnrad 12 in die Glocke 13₁ eingeleitete Drehmoment über­ setzt über die Planetenräder 13₃ und den Steg 13₄ in die Ab­ triebswelle 16 und von dort über das Kardangelenk 16₁ in die Gelenkwelle 17 zum Antrieb des Fahrzeugs geführt.

Die zweite Gangstufe wird in gleicher Weise über die Schalt­ kupplung 7, Hohlwelle 18₁, Schaltwelle 18, Zahnräder 6₁, 19 und 15₂, und die Zentralwelle 4 hergestellt. Die dritte Gangstufe wird durch die Schaltkupplung 3 erzeugt. In diesem Fall gelangt das Drehmoment direkt in die Zentralwelle 4. Im 4. Gang ist die Kupplung 8 eingeschaltet. Dadurch wird das Motorantriebs­ moment vom Zahnrad 5 über das Rad 6₃, Hohlwelle 20₁, Schalt­ welle 20 und Abtriebszahnrad 21 in das Rad 15₁ auf der Zentral­ welle 4 geführt. Der Rückwärtsgang wird durch die Schaltkupp­ lung 10 eingestellt. Dadurch wird das Rad 6₂ mit der Schalt­ welle 22 verbunden und treibt über das Zahnrad 23 das Umkehr­ rad 24 und die Glocke 13₁ des Planetengetriebes an.

Bei diesen Gangstufen dient die Dauerleistungsbremse 14, soweit sie nicht zum Anfahren benutzt wird, zur stoßfreien Aufnahme des Schaltsprungs und hält bei eingeschalteter Übersetzungsstufe das Sonnenrad 13₂ des Planetengetriebes 13 fest. Im 5. Gang wird unter Beibehaltung der Übersetzung des 4. Ganges die Übersetzungsstufe des Planetengetriebes 13 dadurch ausgeschaltet, daß die Ausgangskupplung 25 durch Entlastung des Ringkolbens 25₁ und Schließen der Teller­ feder 25₂ geschlossen wird.

Im vorliegenden Beispiel ist eine Betätigung der Schaltkupp­ lungen sowie der Getriebeausgangskupplung durch Öldruck vorgesehen. Die Ölzuführung erfolgt durch die hohlen Schalt­ wellen über abgedichtete Zuführungen 27₂. Den Betätigungs­ druck dafür liefert eine im Räderplan Fig. 3 ersichtliche Sichel-Zahnradpumpe 28, deren Antriebsräder 28₁ und 28₂ vom mit dem Antrieb verbundenen Getriebeantriebsrad 6₃ sowie vom mit dem Getriebeausgang verbundenen Rad 21 über Frei­ läufe angetrieben sind. Das Überlauföl der Pumpe wird zum Einspritzen in den Zahneingriff der Getrieberäder benutzt.

Wie in der Beschreibung der Getriebefunktion erwähnt, wird in der Verzögerungsphase des Linienomnibusses die Dauerlei­ stungsbremse dadurch zur Wirkung gebracht, daß unabhängig von der eingestellten Gangstufe durch Gaswegnahme die Aus­ gangskupplung geschlossen und sämtliche Schaltkupplungen ausgeschaltet werden. Der Antriebsmotor wird demnach wäh­ rend der gesamten Verzögerungsphase auf Leerlauf gestellt.

Die Wasserzu- und -abfuhr zum Kühlen der Dauerleistungsbremse erfolgt durch am Umfang der Bremse angeordnete Rohre 14₂, welche über Kanäle 1₃ direkt mit dem Wasserkreislauf des Motors 1 verbunden sind. Die Zu- und Ableitung des Wassers von den Rohren 14₂ in die das Kühlwasser führenden hohlen Lamellen 14₅ erfolgt durch nicht dargestellte kurze Schlauchstücke, welche die erforderliche Axialbewegung dieser Ringe zulassen. Die beiden Endringe 14₆ sind über Augen mit den Rohren 14₂ verbunden und durch O-Ringe abge­ dichtet. Die Bremse ist durch ein Gehäuse und einen Blech­ trichter 26 gegen Schmutz geschützt.

Bei dem in Fig. 4 in drei Ansichten dargestelltem Omnibus ist neben dem Fahrersitz 30 der längsgestellte Motor 31 an­ geordnet, an den das Kupplungsschaltgetriebe 32 mit der wassergekühlten Dauerleistungsbremse 33 angeflanscht ist. Der Antrieb erfolgt über eine Gelenkwelle 34 auf den Achs­ antrieb 35 der vorderen gelenkten Achse. Über einen in letzterem angeordneten Durchgangsantrieb sowie die Gelenk­ welle 36 erfolgt der Antrieb der Hinterachse mit dem Achs­ antrieb 37.

In Fig. 5 ist ein Gelenkbus mit drei angetriebenen und einer gelenkten Achse in drei Ansichten dargestellt. Im Grundriß sind wiederum die Antriebsstränge wiedergegeben. Der Vorder­ wagenantrieb ist wie der des Vierradbusses in Fig. 4 ausge­ bildet. Der Hinterwagen besitzt eine Antriebsachse 38 des gleichen Aufbaues der Achsen des Vorderwagens. Sie steht über das Regenerativantriebsgetriebe 39 mit dem Schwungrad­ speicher 40 in Verbindung. Beide Omnibustypen, also der Vier­ radbus nach Fig. 4 und der Gelenkbus nach Fig. 5, können mit einem Motor derselben Leistung ausgerüstet werden. Die für das höhere Gewicht des Gelenkbusses erforderliche Zu­ satzleistung kann im Linienverkehr durch den Regenerativ­ antrieb aufgebracht werden.

Claims (6)

1. Linienomnibus mit einem ein Schwungrad (1₂) aufweisenden Antriebsmotor (1) und einem diesem nachgeschalteten Stufenschaltgetriebe, gekennzeichnet durch

• a) um eine Zentralwelle (4) herum sternförmig angeord­ nete, jeweils ein Abtriebszahnrad (12, 19, 21, 23) aufweisende Schaltwellen (11, 18, 20, 22), welche zu­ sammen mit ihren, sie umfassenden, mit von einem Zentral­ rad (5) angetriebenen Rädern (6₁ bis 6₄) ausgerüsteten Hohlwellen (11₁, 18₁, 20₁, 22₁) in den Schwungradraum des Motors reichen und dort öl- oder druckluftbetätigte Schaltkupplungen (7 bis 10) aufweisen, welche gegen­ über einer auf der Zentralwelle (4) sitzenden Schaltkupplung (3), welche mit dem Schwungrad (1₂) des Motors (1) verbunden ist, axial versetzt angeordnet sind;
• b) ein mit der Zentralwelle (4) verbundenes Glockenrad (13₁) eines Planetengetriebes (13), das in einem das Stufenschaltgetriebe aufnehmenden Antriebsgehäuse (27) im Anschluß an auf der Zentralwelle (4) angeordnete Stufenräder (15₁, 15₂) vor­ gesehen ist, wobei das Sonnenrad (13₂) des Planetengetriebes (13) mit einer Dauerleistungsbremse (14; 33) mit einer Reibfläche von mindestens 150 cm²/t Fahrzeugbruttomasse verbunden ist, durch deren Wirkung der beim Anfahren zwischen Motor (1, 31) und Achsantrieb (35, 37) bestehende Drehzahlunterschied und der beim Schal­ ten des Stufenschaltgetriebes zu überwindende Über­ setzungssprung durch Reibung aufgenommen wird.

2. Linienomnibus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerleistungsbremse (14; 33) als wassergekühlte, mit trockenem Reibschluß ar­ beitende Lamellenbremse derart ausgebildet ist, daß die Reibflächen der mit Reibbelägen ausgerüsteten Lamellen (14₇) als Gegenlaufflächen hohle, aus Kupfer oder Leicht­ metall hergestellte Ringe (14₅, 14₆) aufweisen, durch welche Kühlwasser geleitet wird.

3. Linienomnibus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dauerleistungsbremse (14; 33) in der Verzögerungsphase mit Hilfe der das Planetengetriebe (13) kurzschließenden Getriebeausgangskupplung (25) als Fahrzeugverzögerungsbremse dient.

4. Linienomnibus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Gaspedalstellung null die Schaltkupp­ lungen (3, 7 bis 10) sowie die Dauerleistungsbremse (14; 33) ausgeschaltet sind.

5. Linienomnibus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser in einer Zweiachsausführung über eine Achse vom Motor angetrieben und die zweite Achse mit einem Regenerativantrieb derart ausgerüstet wird, daß ein an dieser Achse angeordneter Antrieb mit einem Schwungradspeicher über ein mit dem Achsantrieb verbun­ denes Getriebe, ein in dem Getriebe angeordnetes Hydro­ dynamikelement und eine Reibungskupplung bzw. -bremse zum Ein- und Ausschalten des Hydrodynamikelements der­ gestalt in Verbindung steht, daß beim Verzögerungsvor­ gang der Schwungradspeicher gesteuert geladen und beim Beschleunigungsvorgang seine Energie, ebenfalls vom Fah­ rer gesteuert, wieder in die Antriebsachse zum Beschleu­ nigen des Fahrzeugs geleitet werden kann.

6. Linienomnibus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser in Dreiachsausführung ausgebildet wird, wobei die beiden vorderen Achsen (35, 37) über das Stufenschaltgetriebe (32) angetrieben und die hinterste Achse (38) mit einem Regenerativantrieb (39, 40) aus­ gerüstet ist.