-
Turbogetriebe für Motorfahrzeugantriebe, besonders in Kraftwagen Es
sind verschiedene Turbogetriebe bekannt, die einen besseren Wirkungsgradverlauf
als die ursprÜnglichen Ausführungsformern aufweisen und ,damit die Anwendung für
den Antrieb von Motor-,fahrzeugen aller Art, besonders Kraftwagen, Kleinlokomotiven
und Triebvagen., ermöglichen. Abgesehen von der Anordnung mehrerer Strömungskreisläufe
bat man den Wirkungsgradverlauf des einzelnen Kreislaufes dadurch verbessert., daß
man die Zahl der ,Schaufelräder erhöhte, um die Umlenkung der uimlaufenden ArbeitslüssigIceit
in den einzelnen .Schaufelrädern zu verringern, oder dadurch, daß man drehbare oder
austauschbare Schaufeln verwendete.
-
In dem. bekannten Getriebe, in dem Schaufelräder in verschiedenen
Funktionen arbeiten, liegt eine weitere Verbesserungsmöglichkeit. Diese. kann) dadurch
weiter ausgenutzt werden, daß zwischen die einzelnen Schaufelräder Vorgeiege eingeschaltet
werden. ,Das letztere bekannte Getriebe dieser Art überträgt im Wandlerbetrieb das
rückdrehende J.eitradmoment unmittelbar über die Turbinenwelle auf eine Fahrzeugachse
oder aber gesondert von der Turbinenwelle auf eine andere Fahrzeugachse. Im letzten
Falle werden die Fahrzeugachsen dann über die Fa'hrbahn kraftschlüssig verbunden.
-
Ein weiteres Getriebe ist bekannt, dessen drehbar angeordnetes Leitrad
im gleichen Drehsinn und schneller als die Turbine läuft. Das Leitrad mit der :gleichen
-Drehza'h1 wie die Turbine laufen zu lassen und beide zusammlenzükuppeln., so daß
der Wandlerkreislauf auch als Kupplung arbeiten kann, ist in dem bekannten Trilok.getriebe
verwirklicht.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbogetriebe für Motorfahrzeugantrieb,
besonders in Kraftwagen und 'Kleinlokomotiven, mit einem oder
mehreren.
Kreisläufen, von denen einer, mehrere oder alle :zwischen dem ortsfest gekuppelten
Leitrad und dem mit der getriebenen Welle verbundenen Turbinenrad ein schaltbares,
den. gleichen Drehsinn vermittelndes Vorgelege 'haben. Die Erfindung be-.ste'ht
darin, daß !bei eingeschaltetem Vorgelege das ,Leitrad langsamer umläuft als das
Turbinenrad; so daß in einem iKreislauf zwei Wandlerbetriebszustände erteilt werden.
Es wird hierdurch ein Zugkraft- und Wirkungsgradverlauf erreicht, wie er sonst nur
durch verwickeltere oder umfangreichere Anordnungen erkauft werden kann.
-
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Übersetzung des Vorgdleges izwischen
den beiden Schaufelrädern zwischen i : 1,5 und i : 4.
-
Überlegungen und Versuche haben ergeben, daß außerhalb, dieser Grenze
in einem Falle, wenn also ,das Turbinenrad mehr als viermal so schnell läuft wie
das Leitrad, die Wirkungsgradverbesserung im ,Verhältnis .zum dafür erforderlichen
baulichen Aufwand zu klein, im anderen: Falle, wenn, also das Turbinenrad weniger
als i,5mal so schnell wie das Leitrad'läuft, die Drückung der .Drehzahl der Antriebsmaschine
im Wan'dlerbereichnmit feststehendem Leitrad unerwünscht groß wird. Innerhalb dieser
Grenzen jedoch ergeben sich erhebliche Wirkun.gsgradverbesserungen für die Turbogetriebe
bei etwa gleichbleibender oder nur in geringen Grenzen sich verändernder M mentaufnahme
im Bereiche des Wandlerbetriebesmit :feststechendem Leitrad gegenüber einem zweiten
Wandlerbetriebsbereiche, in dem dann: Leitrad und Turbinenrad, beide mit verschiedenen
-Übersetzungen, :die Antriebswelle treiben.
-
!Einte weitere erfinderische Eiskenntnis geht dahin, .daß man bei
noch relativ gutem Wirkungsgrade mit vorwärts umlaufendem Leitrad, also mit einer
Leitraddrehunig in der .gleichen Richtung der Turbinendrehung über Gleichlauf fahren
'kann-, d. h. also mit einer Dre!hza'hlübersetzung innerhalb des Turbowanfdlers
ins Schnelle, so däß das Turbinenrad rascher umläuft als das Pumpenrad. Es ist zwar
schon. bekannt, bei feststehendem Leitrad über -Gleichlauf zufahren, doch hat diese
Möglichkeit infolge des sehr schlechten. Wirkungsgrades in diesem Fa'hrbereic'h
keine praktische Bedeutung gewinnen können. Gemäß einer weiteren Ausbildung der
Erfindung kann der Fahrbereich eines Wandlers dadurch wesentlich weiter ausgenutzt-
werden, daß ,bei und in der Nähe der Fahrizeughöchstgeschwinrdigkeit das Turbinenrad
schneller umläuft als das Pumpenrad.
-
Der .Erfindungsgedan'ke kann in der Weise besonders einfach verwirklicht
werden, daß auf der Leitra@dwtlle der Teil einer Doppelkupplung undrehbar, aber
verschiebbar geführt wird, der das Leitrad entweder ortsfest oder mit dem auf der
Turbinenwelle frei drehbaren Zahnrad .des schaltbaren Vorgeleges zwischen Leitrad
und Turbinenrad lkup.p,dlt: 'Gemäß der Erfindung (kann für einen. einzigen Wanidler
noch ein dritter an sich bekannter Fahrbereich in einfachster Weise durch die Anordnung
eines einfachen Umkehrgetriebes hinzugenommen werden, so daß das Leitrad während
seiner Rückwärfisdrehung (entgegengesetzt zur Drehrichtung des Turbinenrades) das
'Differenzmoment auf die Abtriebswelle überträgt. Hierfür gibt es zwei einfache
bauliche .Ausführungsmöglichkeiten.
-
Das Umkehrgetriebe, das aus -drei Zahnrädern besteht, kann so angeordnet
werden, daß sein auf der Leitradwelle frei drehbares Zahnrad entweder ortsfest sowie
mit dem Leitrad .des Turbowandlers oder nur mit dem Leitrad gekuppelt werden oder
schließlich bei ,zur Tur@binendrehrichtung gleich-'sinniger Drehung des Leitrandes
frei umlaufen kann, während .das auf den Abtrieb treibende Zahnrad des Um#leehrgetriebes
mit der Abtriebswelle über eine Freilaufkupplung kuppelbar ist, die in ihrer Freilaufdrehrichtung
Wandlerbetrieb- mit feststehendem Leitrad ermöglicht.
-
Man kann auch das Umkehrgetriebe so anordnen, das zwischen dessen
auf der Leitradwelle frei drehbarem Za'hirad -des zwischen Leitrad und Turbine angeordneten
schaltbaren Vorgeleges eine dreifache Kupplung angeordnet ist, die das Leitrad entweder
mit dem Vorb lege oder reit dem Umkehrgetriebe oder ortsfest kuppelt. Besonders
vorteilhaft ist es ferner, die iSchaltung der Doppelkupplung zwischen der ortsfesten
Umgebung und dem zwischen Leitrad und Turbine angeordneten Vorgelege dadurch vollkommen
selbstschaltend auszucb@ilden, daß man entweder zwei hierfür ,geeignet angebrachte
Freilaufkup;plungen oder irgendeine Dopp-elfreilau&upplung oder auch .die bekannte
Doppelgleichlaufkupplung verwendet.DieUmscha;ltungczwischen dle.nWandlerbetriebsbereichen
erfolgt in all diesen Fällen dann von selbst durch Ausnutzung innerer Strömungsvorgänge
des Wandlerkreislaufes.
-
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar .zeigt Abh: i ein Verbundgetriebe, bestehend aus einem Turbowandler mit
nachgeschalteter Doppelkupplung und einemVorgelege zwischen Leitrad und Turbine,
Abb. 2 den mechanischen Teil eines solchen Verbundgetriebes außerdem mit einem Umkehrgetriebe
zwischen Leitrad und Abtriebswelle, 'Abh. 3 entsprechend Abb. i, jedoch mit Doppel-Gleichlauf-Selbstkupplung,
Abb.4 -die Drdhmom-ent-, Drehzahl- und Wirkungsgradkurven des Verbundgetriebes nach
Abb. 3. Das Pumpenrad P (Abb. i) wird über die Welle i von dem nicht gezeichneten
Motor angetrieben, während das Turbinenrad T. mit der A.btriebswelle 2 und das drehbare
Leitrad mit der Hohlwelle 3 starr verbunden sind. Auf -der Hohlwelle, 3 ist eine
Doppelkupplung 4, 4, beispielsweise eine Reibungskupplung, angeordnet, die entweder
über die Kupplungshälfte 4 das Kuppeln :des Leitrades L mit der festen Umgebung
oder über die Kupplungshälfte 4 mit dem auf der Abtriebswelle 2 frei drehbaren Zahnrad
5 ermöglicht: Beim Kuppeln mit dem Zahnrad 5 wenden die Leitraddrehmomente über
die Zahnräder 5, 6 die Nebenwelle 2' und die Zahnräder 7, ä auf die Abtriebswelle,
2 übertragen.
-
Zu dem Verbundgetriebe nach Abb. 2 für drei
Fahrbereiche
ist .zwischen die feste Umgebung des Getriebes und die Doppelkupplung 9., 9', die
der Doppefkupplung d., q.' nach Abb. i entspricht, ein Umkehrgetriebe 15., 16, 17
geschaltet, dessen auf der Leitradhohlwe'lle 3 frei drehbares Zahnrad 15 auch an
seiner linken Flanke einen Reibbelag aufweist, der beim Schließen. der Doppellkupp
lungshälfte 9' durch Nachlinksschieben des Zahnrades 15 den Reibbelag der festen
Umgebung des Getriebe .berührt, @so daß über die Kupplung 14 das Leitrad ortsfest
:gdkuppelt ist. Wird der mit der Leitradhohlwelle 3 :fest verbundene Schaltteil
der Doppelku,pPlung 9, 9' nach rechts verschoben, so wird beim Vorwärtsdrehen des
Leitrades L dessen Momentanteil über das Vorgelege io, 11, 12, 13 auf die A@btriebswelle
2 übertragen. Zwischen dem letzten Zahnrad 17 des Umkehrgetriebes auf der Vorgelegewelle
2' und dieser Vorgelegewelle ist eine Freilaufku.pplung 18 eingeschaltet, die in
ihrer Freilaufdrehrichtung Wandlerbetrieb mit feststehendem Leitrad ermöglicht.
-
Diese Freilaufkupplung läßt sich vermeiden, wenn die Kupplung 14 links
des Vorgelegerades 15 zwischen dem Schaltteil der Doppelkupplung 9, 9' und der festen
Umgebung angeordnet wird und die mit der festen Umgebung verbundene Kupplungshäffte
axial auf den in Mittelstellung befindlichen Schaltteil der,Do.p:pelkupplung 9.,
j zu .bewegbar ist.
-
Die Verbindung eines Wandlers der Einkreislaufbauart gemäß der Erfindung
mit einer selbstschaltenden Doppelkupplung ist in A.bb. 3 gezeigt. Die @Schaufelung
des Getriebes ist so beschaffen, daß das Leitrad .bestrebt ist, sich im Anfährbereich
rückwärts zu drehen, im höheren Geschwindigkeitsbereich aber das Turbinenrad zu
überholen. Das Leitrad List über seine Hohlwelle 3 entweder über die Klauen 2o mit
der festen Umgebung oder über die Klauen 21 mit dem Zahnrad 22 des Vorgeleges 22,
23 durch axiales Verschieben der Doppelkupplungsmuffe i9 kuppelbar, die in bekannter
Weise mit einem Gewinde verschoben wird. Hierbei erfolgt die Selbstschaltung über
eine Reibverbindung zwischen den mit Klauen versehenen Kupplungsteilen. Beim .Selbstkuppeln
der Schaltmuffe i9 mit dem Zahnrad 22, wobei das Leitrad am Überholen des Turbinenrades
verhindert wird, wird das Drehmoment des Leitrades. i über die Zahnräder 22, 23
auf die Abtriebswelle 26 übertragen, während das Drehmoment des Turbinenrades T,
wie beim Betrieb mit feststehendem Leitrad, über die Welle 2, die Zahnräder 2q.,
25 der Welle 26 zugeleitet wird. Handelt e@s sich um ein Getriebe, dessen. Turbinendrehzahl,
wie in dem Beispiel nach Abb. 3 ohnehin über die beiden Zahnräder 24, 25 ins Langsame
übersetzt werden muß, so brauchen zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens nur
noch zwei Zahnräder 22, 2:3 an Stelle der vier Zahnräder gemäß Abb. i und 2 verwendet
zu werden.
-
In Abb. q. ist angenommen, daß das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder
2q., 25 gleich i : i ist und das Leitrad im: Wandlerbetriebsbereich 1I bei einem
Übersetzungsverhältnis i : i gleichsinnig und halb so schnell wie das Turbinenrad
läuft. Auf der Abszisse des Kurvenbildes ist, wie üblich, das @Dreh:zahlverhältnis
iz2/zai zwischen der Turbinendrehza'hl n2 und der Pumpendrehzahl n1 des Strömungsgetriebes
aufgetragen. Dieses Drehzahlverhältnis ist im vorliegenden Fall gleichbedeutend
mit dem Verhältnis der Drehzahl der Abtriebswelle 2.6 zur !Drehzahl der Antriebswelle
i. Bei einem Drehzali'lverhältnis größer als i, also rechts vom Wert i,o liegt bekanntlich
der Betrieb des Strömungsgetriebes über Gleichlauf, in dem das Turbinenrad T schneller
läuft als das Pumpenrad P. Auf der Ordinate ist außer dem Wirkungsgrad ,#, an,Stelle
der Momente selbst, das Momentverhältnis M2/Mi des Drehmomentes M2 an .der Abtriebs-.
welle zum Moment M1 an der Antriebswelle aufgetragen.
-
,Die mit 14 bezeichnete ausgezogene Linie gibt den Momentverlauf an
der Antriebswelle, die mit 1b12 bezeichnete Kurve den Momentverlauf an der Abtriebswelle
des Strömungsgetriebes und damit die hydraulischen: Übersetzungen, die mit
17, i7KU iiIi bezeichnete ausgezogene Linie den erreichbaren Wirkungsgrad
über den ganzen Arbeitsbereich .des Turbogetriebes. Zur Verdeutlichung ist darüber
noch der Verlauf der Drehzahl n2 des Turbinenrades T bzw. der Abtriebswelle 26 strichpunktiert
und die Drehzahl nL des Leitrades L durch die ausgezogene Kurve bei den verschiedenen
Betriebszuständen ebenfalls in. Abhängigkeit vom Drehzahlverhältnis n2/ni eingetragen.
-
Wie aus den. -Kurven ersichtlich ist, nimmt beim Anfahren im Wandlerbetriebszustand
I mit festem Leitrad (nL = o) die hydraulische Übersetzung von einem Größtwert
bei n2/ni = o allmählich ab, bis etwa bei n2/Ni = o,8 die Momentengleichheit
3,2 = M1 = i;o erreicht ist. An diesem Betriebspunht löst sich das Leitrad, L infolge
innerer Strömungsvorgänge im Kreislauf von selbst vom festen Gehäuse und beginnt,
sich gleichsinnig wie das Turbinenrad langsam zu drehen., bis es sich in diesem
Kupplu,ngsbetriebsbereich bei einer Leitraddrehzahl von
entsprechend der vorstehend angegebenen Zahnradübersetzung22, 23 von selbst mit
dem Zahnrad 22 kuppelt und in dieser Schaltstellung bleibt. :Dadurch entsteht nach
der Erfindung ein weiterer Wandlerhetriebsbereich II bei zwar abnehmendem hydraulischem
Übersetzungsverhältnis, jedoch .günstigen Wirkungsgraden, der sich erlieblich weiter
in -den Drehzahlbereich des Turbinenrades über Gleichlauf 'hinfein erstreckt.
-
Die Selbstumschaltung von einem Betriebszustand zum anderen mit den
in. Abb. 3 dargestellten Mitteln erfolgt sowohl bei der Beschleunigung als auch
bei der Verzögerung nach den in Abb. q. dargestellten Kennlinien in Abhängigkeit
von einem immer gleichbleibenden Drehzahlverhältnis (z.wischen. Abtriebsdrehzahl
und Antriebsdrehzahl des Turbogetriebes), also immer im gleichen Betriebspunkt des
Kreislaufes. Deshalb- werden auch bei Teillast der Antriebsmaschine gleichartige
Kennlinien mit !herab:gesetzten Drehmomenten bzw. Zugkräften durch,fa'hren, die
der verminderten. Pumpendre
'hzahl entsprechen. Dies ist ein Vorteil
der zur Selbstschaltung des Turbogetriebes gewählten, an sich bekannten Mittel gegenüber
anderen bekannten Selbstschaltungen, die beispielsweise lediglich in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit oder .der AbtriebsdrAzahl des Turbogetriebes und ohne
Rücksicht auf die Brennstoffüllung der Antriebsmaschine und den Wirkungsgradverlauf
des Turbogetriebes immer nur bei einer einmal voraus fest-.gelegten und dann unveränderlichen
Fa1rgeschwindi.gkeit arbeiten.
-
Bai geeigneter Beschaufelung des Strömungsgetriebes ist es möglich,
daß, wie in Abb. 4 gezeigt, der Wirkungsgrad #7II im zweiten Wandlerbetriebsbereich
mit gleichsinnig laufendem Leitrad teilweise sogar höhere Spitzenwerte als im ersten
Wandlerbetriebsbereich mit festem .Leitrad, vorzugsweise infolge der verminderten,
Radseitenreib:ung; erreicht.
-
Aus Abb. 4 geht deutlich hervor, in welch vorteilhafter Weise sich
der Erfindungsgedanke auswirkt und wie erheblich der Wirkungsgradverlauf des Wandlers
verbessert wird. Wie ersichtlich, hat ein solches Getriebe noch im. Betrieb über
Gleichlauf einen Wirkungsgrad, wie er sonst von Getrieben mit ähnlicher Anfahrübersetzung
und ähnlichem iSpitzenwirkungsgrad nicht erreichbar ist. tBei der Auslegung des
Fahrzeugantriebes wird die Übersetzung zwischen dem Turbogetriebe und den Fahrzeugachsen
vorzugsweise so gewählt werden, daß bei der Fahrzeughöchstgeschwindigkeit das Turbinenrad
schneller -läuft.
-
tDie in Abb. 4 eingetragene gestrichelte und mit dem ,zusätzlichen
Index R bezeichnete Momenten-, Drehzahl- und Wirkungsgradlinie zeigt den Kurvenverlauf,
wie er bei Ausnutzung der rückwärtsdrehenden Leitradmomente gemäß Abb. 2 erreichbar
ist.
-
Die Erfindung vergrößert ,den Bereich guten Wirkungsgrades, besonders
eines Dreiradströmun.gsgetriebes erheblich und öffnet somit diesen Einkreislautfgetrieben,
die durch geringes Gewicht und kleinen Raumbedarf im Vergleich zu Mehrkreislaufgetrieben
begünstigt sind, ein großes Anwendungsgebiet.