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Turbomechanisches Verbundgetriebe, insbesondere für den Antrieb von
Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf ein turbomechanisches Verbundgetriebe,
insbesondere für den Antrieb von Kraftfahrzeugen, welches aus einem Arbeitskreislauf
besteht, der die Wirkungsweise einer Turbokupplung und eines Turbowandlers vereinigt.
Außerdem kann ein solches Verbundgetriebe noch weitere Turbokupplungen oder Turbowandler
enthalten.
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Bei gegebener Antriebsleistung ist die Leistungsaufnahme N der Antriebsseite
des Turbowandlers immer genau anzupassen. Diese Leistungsaufnahme ist bei gegebener
Ausführungsform des Turbogetriebes verhältnismäßig der dritten Potenz der Antriebsdrehzahl
sa des Wandlers nach der Formel N = prop. n3. Selbst eine kleine Änderung der Antriebsdrehzahl
n bedingt dem obenerwähnten Gesetz entsprechend schon eine erhebliche Änderung der
aufgenommenen Arbeitsleistung des Turbowandlers und damit auch der Antriebsmaschine.
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Bei Turbokupplungen ist die Leistungsaufnahme der Antriebsseite bei
gegebener Ausführungsform bekanntlich etwa verhältnisgleich dem Schlupf s und verhältnisgleich
der dritten Potenz der Antriebsdrehzahl n nach der Formel N = prop.
s - n3. Bei aus Wandler und Kupplung bestehenden Getriebeausführungen ist die Antriebsdrehzahl
der Kupplung durch diejenige des Wandlers, der Schlupf bei gegebenen Profilabmessungen
durch die gegebene Antriebsleistung bereits festgelegt.
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Gemäß der Erfindung wird dem aus einem Arbeitskreislauf bestehenden
Turbogetriebe, das die Wirkungsweise einer Turbokupplung und eines Turbowandlers
in sich vereinigt, ein die Leistung ungeteilt übertragendes mechanisches Wechsel-
Betriebe
vorgeschaltet, das eine Übersetzung ins Schnelle ermöglicht, die im Kupplungsbetriebszustand
des Arbeitskreislaufes eingeschaltet werden kann und zu besserer Angleichung an
.die ideale Zugkrafthyperbel einen weiteren, Kupplungsgang ergibt. Die Einrichtungen
dieses turbomechanischen Verbundgetriebes befähigen es, das Drehzahlübersetzungsverhältnis
zwischen der treibenden Seite des Turbogetriebes und der Antriebsmaschine bei gleichbleibender
Drehzahl und Leistung der Antriebsmaschine zeitweilig und den jeweiligen Erfordernissen
eines. günstigen Fahrbetriebes entsprechend zu erhöhen bzw. wieder zu verkleinern.
Die Erhöhung der Antriebsdrehzahl dieses Turbogetriebes mit nur einem Arbeitskreislauf
ergibt als weiteren Vorteil eine wesentliche Verkleinerung des Schlupfes und damit
eine Verbesserung des Wirkungsgrades im Kupplungsbetriebszustand.
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Das vorgeschaltete Wechselgetriebe wird zweckmäßigerweise als Umlaufrädergetriebe
ausgebildet. Die Verhältnisse können dabei so sein, daß das Schalten der Gänge des
vorgeschalteten Wechselgetriebes durch willkürlichen Eingriff vorgenommen werden
kann oder auch in an sich bekannter Weise voll selbsttätig erfolgt.
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Es ist zwar bekannt, zwischen der Antriebsmaschine und dem Turbowandler
oder der Turbokupplung Vorgelege mit einer unveränderlichen übersetzung ins Schnelle
einzuschalten, um für größere Motorleistung Flüssigkeitsgetriebe kleinerer Abmessungen
verwenden zu können, als dies bei unmittelbarem Antrieb erforderlich sein würde.
Damit ist aber keineswegs eine Verbesserung oder Beeinflussung des Wirkungsgrades
verbunden.
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Es ist auch schon eine Antriebsanordnung vorgeschlagen worden, bei
welcher der Kraftfluß von einer Brennkraftmaschine über eine ein- und ausschaltbare
Reibungskupplung, einen Getriebekasten mit mehreren Geschwindigkeiten, eine hydraulische
Kupplung auf die Treibachse geleitet wird. Dadurch ist zwar das Vorschalten eines
mechanischen Wechselgetriebes vor einer hydraulischen Kupplung an sich bekannt;
es handelt sich jedoch hierbei um einen Arbeitskreislauf des Turbogetriebeteils,
der ausschließlich einen Kupplungsgang ermöglicht. Im übrigen sagt der bekannte
Vorschlag nichts über die Art .der mit dem vorgeschalteten mechanischen Getriebe
erzielbaren Gangstufen.
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Weiterhin sind Turbogetriebe mit Leistungsteilung durch ein mechanisches
Getriebe bekanntgeworden, bei welchen ein Planetengetriebe derart mit dem Turbogetriebe
verbunden ist, daß stets ein Teil der Antriebsleistung über einen Teil des Planetengetriebes
unter Umgehung des Turbogetriebes unmittelbar auf die Abtriebsseite abgegeben wird,
während nur ein restlicher Anteil über einen anderen Teil des Planetengetriebes
zu dem Antriebsteil des Turbogetriebes läuft. Der mechanische und der hydraulische
Getriebeteil sind also nicht ausschließlich hintereinander, sondern teilweise parallel
geschaltet. Mit diesen bekannten Einrichtungen ist eine der Erfindung ähnliche Wirkung
nicht zu erzielen. In Abb. r ist ein Fahrschaubild dargestellt, wie es sich aus
der Anordnung eines zweigängigen mechanischen Wechselgetriebes in Richtung des Kraftflusses
vor dem Turbogetriebe ergibt, in dem unter Verwendung nur eines Arbeitskreislaufes
Wandler- sowie Kupplungsbetrieb möglich ist. Es zeigt- einen dreistufigen Verlauf
der Triebkraft am Radumfang in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bei voller
Brennstoffüllung des Antriebsmotors, beispielsweise Brennkraftmaschine in der Schaltung
auf Wandler, auf hydraulische Kupplung und auf hydraulische Kupplung im Betrieb
mit der durch eine Übersetzung erhöhten Drehzahl (Schnellgang). An die ursprünglichen
zwei Gänge des Turbogetriebes schließt sich bei im Kupplungsbetrieb befindlichem
Arbeitskreislauf durch Herstellen einer Übersetzung ins Schnelle mittels des vorgeschalteten
mechanischen Wechselgetriebes noch ein weiterer Gang in,der Kupplungsschaltung an.
Zum Vergleich sind die einem Wirkungsgrad von zooo/o entsprechenden idealen Zugkräfte
am Rad strichpunktiert eingetragen. Weiterhin ist der Verlauf der Drehzahl des Motors
n"tot. und der Antriebsdrehzahl ial des Flüssigkeitsgetriebes eingezeichnet. Aus
dem Schaubild ergibt sich .deutlich die über die Höchstdrehzahl des Motors erhöhte
Antriebsdrehzahl des Flüssigkeitsgetriebes beim Kupplungsbetrieb im Schnellgang.
Die günstigen, im hydraulischen Schnellgang noch verbesserten Kupplungswirkungsgrade
erstrecken sich bei solcher Anwendung des Erfindungsgedankens über zwei Stufen des
Fahrbereiches und wirken sich sowohl in einer Verbesserung der Fahreigenschaften
als auch in einem geringeren Brennstoffverbrauch aus.
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Ein besonderer Vorteil für die konstruktive Durchbildung beruht darin,
daß das mechanische Wechselgetriebe noch im Bereich der hohen Drehzahlen, also der
kleinen Drehmomente, liegt. Bei Anordnung von mehr als zwei Gängen im mechanischen
Wechselgetriebe wird eine noch vollkommenere Anschmiegung des tatsächlichen Zugkraftverlaufes
an die ideale Zugkrafthyperbel erzielt; außerdem ist dann bei entsprechender Ausgestaltung
derÜbersetzung desAchsantriebes eines Fährzeuges noch eine weitere Steigerung der
Anfahrübersetzung möglich.
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Ein der Abb. z ähnliches Fahrschaubild wird auch durch eine bekannte
Getriebeanordnung erzielt, jedoch sind dafür drei getrennteArbeitskreisläufe (z
Turbowandler und 2 Turbokupplungen) vorgesehen, denen eine ins Schnelle übersetzte,
aber nicht schaltbare mechanische Übersetzungsstufe vorgeschaltet ist. Neben der
Notwendigkeit des Füllens und Leerens der einzelnen Kreisläufe führt diese Anordnung
auch zu großen baulichen Abmessungen.
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In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Die Leistung des Motors M wird mittels der Schaltkupplung z .des Zweistufengetriebes
E zunächst unmittelbar, d. h. ohne Übersetzung auf das Turbogetriebe H und von diesem
über eine Gelenkwelle K und ein Achswendegetriebe
W auf die Triebräder
R des Fahrzeuges übertragen. Soll aber das Getriebe in der Kupplungsschaltung mit
erhöhter Drehzahl laufen, so wird die Leistung vom Motor M über die Zahnräder 2
und 3, die Vorgelegewelle 4., die Schaltkupplung 5, die Zahnräder 6 und 7 und das
Turbogetriebe H übertragen.
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Eine derartige Anordnung des Turbogetriebes mit Schnellgang ist auch
bei Anlagen verwendbar, bei denen in bekannter Weise zur Ermöglichung einer kleinen
Abmessung und eines geringen Gewichtes der hydraulischen Übertragungseinrichtung
eine Erhöhung der Motordrehzahl im unveränderlichen Verhältnis vorgesehen ist. Wenn
diese Übersetzung ins Schnelle nicht unmittelbar am Antriebsmotor untergebracht
ist, so kann sie zweckmäßig mit der Schnellgangstufe in einem Gehäuse zusammengefaßt
werden.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 3 ist ein zweistufiges Wechselgetriebe
L' vor dem Turbogetriebe H angeordnet. Die Leistung des Motors IIT wird normalerweise
über die Zahnräder 8 und 9 und die Schaltkupplung io des zusammengefaßten Getriebes
L' auf das Turbogetriebe H übertragen. Der Kupplungsbetrieb im Schnellgang
mit erhöhterDrehzahl wird über dieZahnräder ii und 12 und die Schaltkupplung 13
erzielt.
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Hinter dem Turbogetriebe mit Schnellgang kann gemäß der Erfindung
zusätzlich ein mehrstufiges mechanisches Getriebe einer bekannten Bauart angeordnet
sein, wodurch eine noch weitergehende Anpassung an die verschiedenen Fahrbedingungen
möglich ist.
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In Abb. q. ist eine solche Ausführung dargestellt. Hier ist hinter
einer Anordnung gleich der in Abb. 2 gezeigten ein Zweigangzahnradgetriebe G vorgesehen,
welches mit einemRückwärtsgang ausgerüstet ist.
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Das Turbogetriebe H arbeitet, und zwar auch im Schnellgang, in diesem
Falle über alle Stufen des nachgeschalteten Getriebes G, also verschieden übersetzt,
auf die Gelenkwelle bzw. die Treibräder des Fahrzeuges. Zur Erleichterung des Umschaltens
im Übersetzungsgetriebe G kann hinter dem Turbogetriebe H eine Getriebebremse
B angeordnet sein.
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Eine weitere Entwicklung der Erfindung zeigt Abb.5. Das zwischen der
Antriebsmaschine und dem Turbogetriebe angeordnete Vorstufengetriebe ist mit dem
zwei- oder mehrstufigen, dem Turbogetriebe nachgeschalteten Wechselgetriebe zu einer
solchen baulichen Einheit vereinigt, daß ein sonst zur Übersetzung ins Langsame
dienendes Räderpaar des dem Turbogetriebe nachgeschalteten Wechselgetriebes zur
Steigerung der Antriebsdrehzahl des Turbogetriebes dient, so daß der zweite Radsatz
samt Lagerung usw. für den Schnellgang in dem Vorstufengetriebe fortfällt. Zwischen
der Motorwelle rd. und dem Turbogetriebe H ist in einem mit diesem zusammengebauten
Gehäuse E ein einfaches ins Schnelle übersetzendes Vorgelege mit den Zahnrädern
17 und 18 und eine Schaltkupplung i9 angeordnet. Zu beiden Seiten des Turbogetriebes
H ist sowohl die treibende Welle 2o des Turbogetriebes als auch die getriebene Welle
21 herausgeführt. In dem an das Gehäuse des Turbogetriebes H angeschlossenen Gehäuse
22 des beispielsweise zweistufigen Wechselgetriebes steht das auf der getriebenen
Welle 21 sitzende Zahnrad 23 mit dem auf der Vorgelegewelle 25 sitzenden Zahnrad
2q. im Eingriff. Die Zahnräder 26 und 27 bilden den zweiten Radsatz der Übersetzungsstufe.
Der Abtrieb erfolgt vom Übersetzungsgetriebe über die Welle 28 auf die Gelenkwelle
K. Die Wechselschaltkupplung 29 stellt eine unmittelbare Verbindung zwischen der
getriebenen Welle 21 des Turbogetriebes H und der Welle 28 her. Das Umkehrrad 3o
dient zum Schalten des Rückwärtsganges in bekannter Weise. Zur Erleichterung der
Schaltvorgänge kann auf dem dem Motor zugekehrten Ende der getriebenen Welle 21
eine Getriebebremse B vorgesehen werden.
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Die Motorwelle rd. ist mit Hilfe der nicht durch das Getriebe gehenden
Welle 31 über die Schaltkupplung 32 an die Vorgelegewelle 25 des Übersetzungsgetriebes
22 unmittelbar kuppelbar. Die Schaltkupplung 33 stellt eine Verbindung zwischen
dem Zahnrad 23 und der treibenden Welle 2o des Turbogetriebes her.
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Die Wirkungsweise dieses Anordnungsbeispieles ist folgende: Die Leistung
des Motors M wird gewöhnlich über die Motorwelle rd., die Schaltkupplung ig, die
Zahnräder 17, 18 auf die treibende Welle 2o des Turbogetriebes H übertragen. Der
Abtrieb vom letzteren erfolgt über die getriebene Welle 21 mittels der Wechselschaltkupplung
29 entweder auf die Welle 28 unmittelbar, d. h. ohne Übersetzung, oder über die
Zahnräder 23, 2q.; die Vorgelegewelle 25 und die Zahnräder 26, 27 auf die Welle
28 und auf .die Gelenkwelle K. In beiden Schaltungen kann sowohl die Turbokupplung
als auch der Turbowandler des Getriebes H in Tätigkeit sein. Für den Betrieb mit
erhöhter Drehzahl, d. h. beim Schnellgang, geht die Kraftübertragung von der Motorwelle
rd. über die Welle 31, die Schaltkupplung 32 und über die Zahnräder 2q. und 23 (umgekehrte
Kraftrichtung gegenüber dem Normal;betrie,b), die Schaltkupplung 33 auf die treibende
Wella 2o des Turbogetriebes H. Der Abtrieb von der getriebenen Welle 2i erfolgt
über die Wechselschaltkupplung 29 unmittelbar auf die Welle 28 und die Gelenkwelle
K.
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Abb. 6 zeigt in einem Fahrschaubild die vorteilhaften Eigenschaften
einer solchen Getriebeausführung, mit der unter Verwendung nur eines Arbeitskreislaufes
fünf Gänge erzielt werden. Das Anfahrenunter großerBelastung oder im schweren Gelände
erfolgt bei eingeschaltetem .Getriebe E zunächst im Wandlerbetrieb des Turbogetriebes
H und dem eingeschalteten ersten Gang der Übersetzungsstufe des mechanischen Wechselgetriebes
22. Nach Beschleunigung der Fahrt wird mit zunehmender Geschwindigkeit das Turbogetriebe
auf Kupplungsbetrieb umgeschaltet. Nach dem Umschalten auf den zweiten Gang des
Wechselgetriebes
22- wird zunächst wiederum im Wandler-und hernach
im Kupplungsbetrieb gefahren. Anschließend arbeitet die hydraulische Kupplung im
Schnellgang und umfaßt einen verhältnismäßig größeren- Fahrbereich bis zur Höchstgeschwindigkeit
mit sehr günstigem Wirkungsgrad. Es wird damit eine weitgehende Angleichung an die
ideale Zugkrafthyperbel erreicht, die zum Vergleich auch hier wie in Abb. r mit
einer 'strichpunktierten Linie eingezeichnet ist.
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Mit der Übertragungseinrichtung nach Abb.5 kann ohne zusätzliche Einrichtung
unterUmgehung des Turbogetriebes H eine unmittelbare Kraftübertragung mittels einer
mechanischen Durchschaltung der Motorleistung von der Motorwelle 14 über die Welle
31, die Schaltkupplung 32, die Vorgelegewelle 25 und die Zahnräder.26 und 27, die
Welle 28 auf die Treibräder für Vorwärtsfahrt und nach Einschalten des Rücklaufrades
3o auch für Rückwärtsfahrt bewerkstelligt werden.
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Die Anordnungen gemäß der Erfindung gelten auch dann, wenn zwei Antriebsmaschinen
auf ein Turbogetriebe wirken.
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Abb. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anordnung. Die
Leistung des Motors M1 und 112 wird über die Wellen 34 und 35, in welche
je eine Freilaufkupplung 36 bzw. 37 eingeschaltet sein kann, von den .Regelrädern
38, 39 auf das dazwischengeschaltete gemeinsame Kegelrad 4o, die Welleqa und auf
die auf letzterer fest angebrachten Kegelräder 42 und 47 übertragen, das Kegelrad
42 steht im Eingriff mit dem Rad 43 und überträgt die Motorleistung über die Wechselschaltkupplung
44 auf die treibende Welle 49 des Turbogetriebes H, solange dieses in seiner gewöhnlichen
Wandler-und Kupplungsschaltung arbeiten soll, Der Abtrieb vom Turbogetriebe erfolgt
über die getriebene Welle 46. Der Antrieb auf höhere Drehzahlen der treibenden Welle
49 für den Kupplungsbetrieb im Schnellgang erfolgt über die Kegelräder 47, 48 und
die Wechselschaltung 44.
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Für die Ausführung des Vorstufengetriebes und des nachgeschalteten
mechanischen Wechselgetriebes kann irgendeine der an sich bekannten Bauarten Verwendung
finden. Im allgemeinen sind Stirnräder-, Kegelräder-, Umlaufräder- oder Reibradgetriebe
und für die Schalt- und Kupplungseinrichtungen die verschiedensten Ausführungen
verwendbar.