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Wechselgetriebe mit Föttinger-Transformator, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Seit die einfache, stufenlose Regelbarkeit und die selbsttätige lloinentsteigerung
des Föttinger-Transformators bekannt sind, wurden viele Vorschkige und Versuche
gemacht, mit diesem Bauelement ein automatisches Wechselgetriebe für I,' alirzeuge
zu schaffen als Ersatz für die fast ausschließlich \-erwendeten Zahnradschaltgetriebe.
Während jedoch bei Schienentriebwagen, Lokomotiven und Sonderfahrzeugen Getriebe
mit Föttingcr-Traiisformatoren in steigendem Maße zur Einführung kamen, nachdem
ihre überlegenen Eigenschaften erwiesen ,\-aren, blieb es beim Kraftwagen bisher
bei wenigen Versuchen an einzelnen teuren '\'lodellen und Sonderausführungen, obwohl
gerade beim Kraftfahrzeug mit seiner dynamischen Fahrweise die betrieblichen Eigenschaften
des Föttinger-Traiisformators besonders zur Geltung kommen und dieser wie kein anderes
Bauelement die immer dringlicher werdende Automatisierung des Anfahrvorganges löst.
Der Grund dafür ist der, daß die bisher vorgeschlagenen und zur Ausführung gelangten
Kraftfahrzeuggetriebe mit Föttinger-Transformator den normalen Zahnradwechselgetrieben
zwar in betrieblicher Hinsicht mehr oder weniger überlegen, bezüglich Raumbedarf,
Gewicht und Preis aber weit unterlegen waren. In Sonderfällen, wie Geländefahrzeugen,
Stadtomnibussen oder großen Luxuswagen, bei denen die betrieblichen Eigenschaften
entscheidend waren, hat man diese Nachteile öfter in Kauf genommen, aber beim normalen
Kraftfahrzeug sind Raumbedarf, Gewicht und Preis so ausschlaggebend, daß auch erhebliche
betriebliche Vorteile sie nicht aufwiegen können.
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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe mit Föttinger-Transformator,
bei dem durch den einfachen Aufbau und die geringe Zahl der Bauteile
die
betrieblichen Vorzüge gegenüber dem Zahnradwechselgetriebe mit deren geringem Raumbedarf,
Gewicht und Preis vereinigt sind.
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Es sind Getriebe bekannt, bei denen die Kraftübertragung vom Motor
auf die Achse wahlweise über den Transformator oder unmittelbar erfolgt, wobei das
den Transformator umschließende und das Leitrad tragende Gehäuse festgehalten oder
freigelassen werden kann, und die vom Motor getriebene, das Pumpenrad tragende Antriebswelle
mit der auf die Achse wirkenden, das Turbinenrad tragenden Abtriebswelle mechanisch
verbunden werden kann. Diese Getriebekombination wird den Anforderungen des Kraftfahrzeuges
in betrieblicher Hinsicht gerecht und hat sich unter den vielseitigsten Bedingungen
bewährt. Die für das wahlweise Festhalten und Freilassen des Leitradgehäuses vorgesehene
Bremseinrichtung mit ihren Betätigungsorganen und die besondere Kupplungseinrichtung
für das Lösen und Verbinden von An- und Abtriebswelle machten jedoch die bisherigen
Ausführungsformen auch dieser Getriebebauart so vielteilig und aufwendig, daß ihre
allgemeine Verwendung im Kraftfahrzeug aus den eingangs erörterten Gründen ebenfalls
unterbleiben mußte.
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Das gemäß der Erfindung ausgebildete Getriebe arbeitet im Prinzip
nach dieserGetriebekombination, wobei zufolge der neuen Ausbildung und Anordnung
der Transformatorteile besondere Brems- und Kupplungselemente mit ihren Betätigungsorganen
und damit der Nachteil der bisherigen Ausführungsformen entfallen.
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Erfindungsgemäß ist bei einem solchen Wechselgetriebe mit Föttinger-Transformator,
bei dem das Leitrad wahlweise feststellbar ist oder sich frei drehen kann und die
das Pumpenrad tragende Antriebswelle mit der das Turbinenrad tragenden Abtriebswelle
mechanisch kuppelbar ist, das das Leitrad aufnehmende und den Transformator umschließende
Kreislaufgehäuse gemeinsam mit dem Pumpenrad und der Antriebswelle gegenüber dem
festen Getriebegehäuse und gegenüber der A btriebswelle mit Turbinenrad axial verschiebbar
angeordnet. Diese :'-,xialverschiebbarkeit des Kreislaufgehäuses mit der Antriebswelle
und dem Pumpenrad ist dabei in der einen Richtung durch Anlage des Kreislaufgehäuses
am festen Getriebegehäuse und in der anderen Richtung durch Anlage der Antriebswelle
mit Pumpenrad an der Abtriebswelle mit Turbinenrad begrenzt. Die jeweiligen Anlagestellen
sind als Reibflächen, vorteilhafterweise als Kegelflächen ausgebildet, so daß bei
einer _Anlage unter Kraft eine Verbindung der jeweils zur Berührung kommenden Teile
erfolgt. So wird bei axialer Verschiebung in der einen Richtung das Kreislaufgehäuse
und mit ihm das Leitrad mit dem festen Getriebegehäuse verbunden und damit festgehalten
und in der anderen Richtung die Antriebswelle und das Pumpenrad mit der Abtriebswelle
und dem Turbinenrad gekuppelt. Die Kraftübertragung erfolgt dementsprechend im ersten
Fall über den Transformator und im zweiten Fall unmittelbar, wobei der Transformator
dadurch, daß das Kreislaufgehäuse mit dem Leitrad frei umlaufen kann, verlustfrei
überbrückt ist.
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Die axiale Verschiebung des Kreislaufgehäuses mit der Antriebswelle
und dem Pumpenrad in die eine oder andere Endlage erfolgt vorteilhaft auf hydraulischem
Weg unter Ausnutzung des Überdruckes, mit dem die zu Kühlzwecken umlaufende Betriebsflüssigkeit
in den Transformator zurückgefördert wird. Zu diesem Zweck ist der als Kolben wirkende
Turbinenradbodeii mit einer Zylinderfläche versehen, der an dem als Zylinder wirkenden
Kreislaufgehäuse, unter ßelassung eines Drosselspaltes, eine Gegenfläche zugeordnet
ist. Je nachdem die Betriebsflüssigkeit dem Tansformator von der einen oder anderen
Seite des Turbinenrades aus zugeführt wird, wird das Kreislaufgehäuse mit Antriebswelle
und Pumpenrad durch die Wirkung des Rückförderdruckes in die eine oder andere Endlage
verschoben. Der Wechsel der Zuflußrichtung der Betriebsflüssigkeit erfolgt durch
ein Umsteuerorgan, das durch einen Regler in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit,
von Hand oder durch eine Kombination beider Möglichkeiten verstellt wird.
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Durch die axiale Verschiebbarkeit des Kreislaufgehäuses mit Pumpenrad
und Antriebswelle, die Ausnutzung des TuRbinenrades als doppelt wirkenden Kraftkolben
und des Rückförderdruckes der Betriebsflüssigkeit als wechselseitige Kraftquelle
werden bei dem erfindungsgemäßen Getriebe die bei den bisher bekannten Ausführungen
notwendigen besonderen Bremseinrichtungen für das Festhalten des Leitrades und die
Kupplungseinrichtungen für die Verbindung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle
ersetzt. Der Wegfall dieser bisher notwendigen Bauelemente bringt nicht nur eine
erhebliche Einspaxung an Herstellungskosten, Raumbedarf und Gewicht mit sich, sondern
auch eine wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit.
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Eine konstruktive Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in
der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i die Betriebsstellung, bei der die
Kraftübertragung über den Transformator erfolgt, und Fig.2 die Betriebsstellung,
bei unmittelbarer Kraftübertragung.
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Es ist i das Motorschwungrad. 2 ist das mit dem Motorgehäuse fest
verbundene Getriebegehäuse. 3 ist die Antriebswelle. Diese ist über das fest mit
ihr verbundene Mitnehmerstück d längs verschiebbar im Schwungrad i gelagert und
gleichzeitig durch die Verzahnung 5 mit diesem ständig gekuppelt. An der Stelle
6 ist die Antriebswelle 3 ebenfalls längs verschiebbar in der Ahtriehswelle 7 gelagert.
Das Pumpenrad 8 des Transformators ist fest mit der Antriebswelle 3 verbunden. Die
Abtriebswelle 7 trägt das Turbinenrad 9 des Transformators; sie ist durch das Kugellager
io längs unverschieblich im Gehäuse 2 gelagert. Ihre weitere Lagerung hat sie in
der Flanschwelle i i, die ihrerseits durch das Kugellager 12 im Gehäuse 2 gelagert
ist. Durch das Schieberad 13 kann die Flanschwelle i i mit der Abtriebswelle 7 gekuppelt
oder über die Zahnräder 1.4, 15, 16, Schieberad 13 und ein nicht
dargestelltes
Zwischenrad in umgekehrter Richtung von dieser angetrieben werden. Das 1_eitrad
17 des Transformators i;t fest mit dein den Transformatc;rkreislauf uniscliliel:ierr(len
lireislaufgehäuse 178 verlytinden. Dieses Gehäuse i S ist durch das Kugellager 17o
längs unverschiehlich auf der --1ltriel)swelle 3 gelagert und :rtrl.ler-(lerii an
der Stelle 20 l:irrg; verschiehlich auf (lern "furl;ineni;<xien 21 und damit
auf der :@htriel;s@@elle 7.
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1)ie Wirkungsweise des Getriebes ist so: I)_17 von (lein Kreislaufgehäuse
17S umschlossene Transfo>rrnator wird durch eine kleine, hier nicht gezeigte, vorn
NIot()r- unmittelbar oder von der _#ltriel)swelle 3 @rrrgetrielwne lZiiclkf('3rderl)uml)e
unter einem (`l)er(iruch dauernd gefüllt gehalten. Dabei ist eine 1)estiinrntc Menge
der Betriebsfliissigkeit dauernd im ('nilauf, rrrn die Wärme aus dem Transformator
abzuführen. (@egetx#nenfalls ist in den Kreislauf Transformator - IZiickf<irderpurnl)e
- Transformator noch ein Kühler oder Wärmeaustauscher eingeschaltet. Nach außen
ist der Transformator durch die I)iclittrrrgerr 22, 23, und 24 abgeschlr;ssen. so
(laß der 711- und Abfluß der Betriebsflüssigkeit nur über Kammer 25 und Bohrung
26 1)z,#-,-. über Kammer 27, 13olirting 2R, Kammer 35 und Bohrungen 29, 3(1 #. 37
und 30 erfolgen kann. Sie muß dabei in der einer) und auch in der anderen
Richtung die an der Lagerstelle 2o gebildete Drosselstelle durchströmen, wodurch
sich je nach der Durchflußrichttrng auf der einen oder der anderen Seite des 1"urbinenradl)c
(l(!ris 2 r ein f-'1)erdruck bildet. Da der Turbinenradboden 217 aber über die Ahtriebswelle
7 und das Lager 17o in I_än-srichtung im Gehäuse 2 fixiert ist. wird durch diesen
Druckunterschied das Kreislatrfgeliätrce 17R und mit ihm die Antriebswelle 3 und
das Pumpenrad 8 je nach der Durchflußrichttrng der 13etriehsflüssigkeit nach der
einen oder anderen Seite hin verschoben. Die Längs-1)ewegurrg wird in der einen
Richtung durch das Geli:itrse 2 begrenzt, gegen das sich das Kreislaufgeh:iuse r@
legt und in der anderen Richtung durch den Turl> nerrl)o(lerl 21, gegen den sich
das Pumpenrad 8 bzw. die :lntriel>swelle 3 legt.
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Im Transforniatorhetriel) (Fig. il wird die Betriebsflüssigkeit in
Pfeilrichtung durch Kammer 27. 13011171.1111-128, 1,:arnrner 3 ,3, Bohrungen
29, 36. 37 und 30 in (las Kreislaufgehäuse gedrückt und fließt, geherlrlt
dttrcli die Drosselstelle 20, Tiber Bohrung 26 und l\arnrner 2; in Pfeilrichtung
wieder ab. Der auf der linken gegeniil;er der rechten Turbinenhodenseite sich hierbei
einstellende überdruck drückt das Kreislaufgehäuse 1S nach links gegen das feste
(-etricl)egeliätise z. Beide Gehäuse sind an der Berührungsstelle 31 kegelig ausgebildet,
wodurch sie unter (lern :\trl)rel.3(lruck miteinander gekupl)elt \\-erclerr bz-,v.
(las Kreislaufgehäuse 1S irrr Getriebegelr:iuse 2 fcst(Yel>renist wird.
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Im 1)irektgangl)etriel) (Fig. 2), bei denn die Kraftübertragung unrnittelhar
erfolgt, wird die Betriebstliissigkeit umgekehrt über Kammer 25 und 130hrung 26,
gehemmt durch die Drosselstelle 20. in den Kreislauf gedrückt und fließt über die
I3ohrungen 30, 37. 36. 20. Kammer 35, Bohrung 28 und die Kammer 27 wieder ab. In
diesem Fall stellt sich auf der rechten Turbinenseite gegenül)er der linken ein
f'berdruck ein, und das Kreislaufgehäuse 18 und mit ihm die Antriebswelle 3 und
das Pumpenrad R werden nach rechts verschoben, bis die Antriebswelle bzw. das Pumpenrad
an der Stelle 32 am Turbinenradboden 21 zur Anlage kommen. 1)e17 Turbinenradboden
21 und die Antriel;sN\-elle 3 sind an der Berührungsstelle 32 als ineinanderpassende
Kegel ausgebildet, so daß unter dein Anl)rel3 druck eine Kupplung beider Teile und
damit eine mechanische Verbindung der Antriebsmit vier _11:triel)swelle erfolgt.
Das Kreislaufgehäuse ist gleichzeitig vom Getriebegehäuse 2 abgerückt und kann sich
mit dem Turbinen- und Pumpenrad frei drehen, wodurch der Transformator verlustfrei
iiherbrückt ist.
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Der Erfindungsgedanke gestattet die mannigfaltige konstruktive Abwandlung
des Ausführungsbeisl )ieles. So kann der Transformator in den bekannten Formen variiert
werden, das Reversiergetriebe kann als Planetengetriebe ausgebildet sein, oder es
können zusätzliche Zahnradgetriebe angeordnet sein. Auch die Begrenzungsstellen
31 und 32 können nach Lage und Ausführung verändert werden. So kann beispielsweise
die Begrenzung in der einen Richtung unmittelbar zwischen Turbinenrad und Pumpenrad
erfolgen: es l@önnen an diesen Stellen besondere Reibbeläge vorgesehen werden, oder
sie können anstatt kegelig plan ausgebildet sein, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
von Kupplungslamellen.