Einrichtung zur Kraftübertragung mit einem hydraulischen Strömungsbetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
<B>in</B> Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kraftübertragung mit einem hydrau lischen Strömungswandler und einem mecha nischen Wechselgetriebe, bei welcher das Turbinenrad des Wandlers zur Unterbre chung des Kraftflusses unter Aufrechterhal tung der Antriebsleistung aus dem Kreislauf herausschiebbar angeordnet ist.
Durch die Anordnung eines derartigen verschiebbaren Turbinenrades kann. das Schalten der Gänge des mechanischen Wech selgetriebes sehr vereinfacht werden, und das sonst hierbei notwendige Entleeren der Kreis laufflüssigkeit des Strömungsgetriebes oder die andernfalls notwendige besondere Rei bungskupplung werden vermieden. Die Schaltzeit wird jedoch durch den verhältnis mässig langsamen Abfall der Drehzahl des aus dem Kreislauf ausgerückten Turbinen rades bestimmt und ist für viele Zwecke immer noch zu gross. Um eine -Abkürzung der Schaltzeit auf die beispielsweise für die Kraftübertragungen von Schienentriebwagen und andern Fahrzeugen geforderten mög lichst kleinen Werte zu erreichen, kann man besondere Bremsvorrichtungen für das Tur binenrad vorsehen, die jedoch umfangreich, umständlich und teuer sind.
Insbesondere tre ten die erwähnten Nachteile bei Getriebebau arten auf, bei denen beim Umschalten auf eine andere Gangstufe mehrere Schaltkupp lungen eingerückt werden müssen.- Zur Behebung dieser Nachteile wird mit dem Turbinenrad eine beim Ausrücken des selben in den Kreislauf gelangende Schaufe- lung verbunden, welche erfindungsgemäss einen Rückwärtsantrieb mit relativ geringem für das Verzögern von Schaltkupplungshälf- ten des Wechselgetriebes bestimmtem Dreh moment ergibt.
Durch dieses Rückwärtsdreh- moment wird also das Turbinenrad relativ rasch bis auf die für das Einrücken der Schaltkupplungen im Wechselgetriebe erfor derliche Drehzahl verzögert, so dass sich sehr kurze Schaltzeiten ergeben. Die Anordnung nach der Erfindung hat ausserdem für Ge triebe mit Schaltkupplungen, die zum Ein rücken unter Überholwirkung in einer be stimmten Richtung ein Abbremsen der be treffenden Kupplungshälfte erfordern, z. B.
Wechselklauenkupplungen mit abgeschrägten Zähnen, den Vorteil, dass auch im Stillstand des Fahrzeuges beim Anlasen des Motors und bei eingerückter- Rückwärtsschaufelung durch die Rückwärtsdrehung des Turbinen rades die erwähnten Schaltkupplungen ohne weiteres in Eingriff gehen, während sonst hierfür besondere zusätzliche Vorrichtungen erforderlich sind.
Die Erfindung erreicht durch Anordnung einer Rückwärtsschaufelung mit nur gerin gem Rückwärtsdrehmoment ein sicheres, schnelles und stossfreies Einrücken der Schaltkupplungen. Mit besonderem Vorteil werden das Tur binenrad und das Kernstück des Strömungs getriebes so ausgebildet, dass die Vorwärts schaufelung des Turbinenrades beim Aus rücken aus dem Kreislauf in das Kernstück eingeschoben wird. wobei die Rückwärts, schaufelung aussen am Turbinenrad an geordnet ist.
Damit die Rückwärtsschaufelung im nor malen Betrieb, also bei in den Kreislauf ein gerücktem Turbinenrad, keine wesentlichen Verluste zur Folge hat, kann ein mit dem Turbinenrad auf Drehung verbundenes Ring stück vorgesehen sein, durch welches die Rückwärtsschaufelung bei in den Kreislauf eingerücktem Turbinenrad abgedeckt ist, so dass eine Strömung durch diese Rückwärts schaufeln dann nicht stattfindet. Dadurch werden die Reibung'- und Spaltverluste wesentlich herabgesetzt und der Wirkungs grad der Übertragung verbessert.
Das Verschieben des Turbinenrades lässt sich besonders leicht. rasch und betriebssicher durchführen, wenn eine Druckmittelsteue rung hierfür vorgesehen wird. bei welcher das mit dem Turbinenrad verbundene Betäti- gungsglied desselben einem dieses Glied steuernden Steuerglied selbsttätig nachge führt wird.
Zweckmässigerweise können ausserdem die Leitschaufeln des Strömungsgetriebes ver stellbar ausgeführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, in Verbindung mit dem Um-.
auf den einen oder andern Schaufel kranz den Leitschaufeln die für den betref fenden Kranz günstigste Stellung zu geben, um in jedem Falle einen möglichst<B>guten</B> Wirkungsgrad zu erhalten.
In der Zeichnung sind mehrere Strö mungsgetriebe von Ausführungsbeispielen der Erfindung schematisch wiedergegeben. Fig.l ist ein Achsialschnitt durch ein Strö mungsgetriebe einer Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 ein Querschnitt durch die Schaufelungen des Pumpenrades und des Turbinenrades nach der Linie A-B der Fig. 1. Fig. 3 stellt den bleichen Achsial schnitt wie Fig. 1 dar, wobei jedoch verschie dene Teile andere Stellungen einnehmen. Fig.4 ist ein Achsialschnitt durch ein Strö mungsgetriebe. Fig.5 zeigt den Querschnitt für die Schaufelungen des Pumpenrades und des Turbinenrades nach der Linie A-d der Fig. 4.
In Fig. 1 bedeuten: 1 die Primärwelle, 2 die Sekundärwelle, 3 ein die Primärwelle antreibendes Zahnrad, 4 das Pumpenrad, 5 das Turbinenrad, 6 die eine, '7 die andere Gehäusehälfte des Strömungsgetriebes, 8 sind die Leitschaufeln, 9 der Kernteil des Getrie bes, 10 ein an den Gehäuseteil 7 anschliessen der Nabenteil. 11 ist ein auf der Welle :
? befestigter Mitnehmer mit einer Verzahnung 12, welche in eine Verzahnung 13 am Um fang eines Zylinders 14 eingreift, der mit der Scheibe 15 des Turbinenrades 5- verbunden ist. 16 ist eine mit dem Mitnehmer 11. ver bundene Scheibe, an welche sich ein Ring stück 17 anschliesst. 18 sind Dichtungsflächen an den Scheiben 15 und 16. 19 ist ein Lager, durch welches die Welle 1 in dem Gehäuse teil 6 gelagert ist.
Der Zylinder 14 ist auf der Welle-2 ver schiebbar, jedoch ihr gegenüber nicht dreh- bar. In seinem Innern befinden sich ein mit der Welle 2 durch den Ring 20 fest verbun dener Kolben 21. 22 ist eine Dichtung. Das Turbinenrad 5 besitzt einerseits Schaufeln 23 für die Vorwärtsdrehrichtung, anderseits Schaufeln 24 für die Rückwärtsdrehrichtung. 25 sind die Schaufeln des Pumpenrades 4.
In der Welle 2 liegt eine Büchse 26, wel che die Steueröffnungen 27 und 28 enthält. 29 und 30 sind Schlitze in der Welle 2. In der Bohrung der Büchse 26 ist ein Steuer schieber 31 verschiebbar angeordnet, der Steueröffnungen 32 besitzt. Mit der Wand 33 des Steuerschiebers 31 ist der am rechten Ende desselben angebrachte Anschlag 34 ver bunden. Die Büchse 26 ist durch einen Stift 35 mit dem Zylinder 14 verkuppelt. 36 sind auf dem Stift 55 angeordnete Gleitsteine, welche sich in den Schlitzen 30 führen. 37 sind Boh rungen in dem Gehäuseteil 7.
In der Bohrung der Welle 1 lagert ein Steuergehäuse 41, welches zwei Zuleitungen 42 und 43 für ein Druckmittel, z. B. Drucköl, sowie Entlüftungsbohrungen 4.1 besitzt. Das Gehäuse 41 ist an seinem linken Ende durch eine Muffe 45 abgeschlossen, welche eine der Leitung 42 gegenüberliegende Bohrung 46 besitzt, die in den innern Raum 47 der Muffe führt. In dem Gehäuse 41 und in der Muffe 45 ist der Steuerschieber 31 verschiebbar, der von dem Hebel 48 aus bewegt werden kann. Der Hebel 48 kann gegebenenfalls durch eine Druckmitteleinrichtung bewegt werden. 49 ist eine Zugfeder, welche den untern Arm des Hebels 48 nach rechts hin zieht.
In dem Schieber 31 sind Steueröffnungen 51 vor gesehen. 52 ist ein an dem Schieber 31 an geordneter Ansatz. Mit diesem wirkt ein in dem Gehäuse 41 geführter Schieber 53 zu sammen. In Fig. 2 bedeuten wieder 23 die Schau feln des Turbinenrades 5 für die Vorwärts drehrichtung E, 24 diejenigen für die Rück wärtsdrehrichtung F des Turbinenrades, 25 die Schaufeln des Pumpenrades 4, D dessen Drehrichtung. Für Fig.3 gelten die gleichen Bezeich nungen wie für Fig. 1 und 2.
In Fig. 1 ist das Strömungsgetriebe im Betrieb mitVorwärtsdrehrichtung dargestellt, das Turbinenrad 5 befindet sich in seiner rechten Endstellung, in welcher der hydrau lische Kreislauf von dem Pumpenrad 4 aus über die Schaufeln 23 und die Leitschau- feln 8 fliesst. Der Hebel 48 befindet sich hier bei in der in Fig. 1 angegebenen Lage, der Steuerschieber 31 in der ebenfalls in Fi-#.1 gezeigten rechten Endstellung. Von der Lei tung 42 gelangt Drucköl durch die Bohrung 46, den Raum 47, die Bohrungen 51 und den Innenraum des Steuerschiebers 31 zu den Schlitzen 32.
Bei der kleinsten Bewegung des Turbinenrades 5 nach links und damit auch entsprechend kleiner Bewegung des Zylin ders 14 nach links werden die Öffnungen 28 freigegeben, so dass durch diese der Druck über die Schlitze 30 in den Raum des Zylin ders 14 rechts von dem Kolben 21 gelangt. Auf diese Weise wird der Zylinder 14 in der gezeigten rechten Endstellung gehalten, so dass das Turbinenrad 5 ebenfalls die gezeigte rechte Endstellung einnimmt.
Wenn der Hebel 48 aus der in Fig.1 ge zeigten Stellung im Sinne des Pfeils C hin aus bewegt wird, wird der Steuerschieber 31 nach links verschoben. Durch die Wand 33 werden zunächst die Steueröffnungen 28 an ihrer rechten Kante mehr oder weniger frei gegeben, während die rechte Kante des An satzes 50 die rechte Kante der Steueröffnun gen 27 der Büchse 26 f reigibt. Durch den so gebildeten Spalt zwischen der rechten Kante des Ansatzes 50 des Steuerschiebers 31 und dem rechten Rande der Öffnungen 27 kann Drucköl durch die Steueröffnungen 2 7 und die Schlitze 29 vor die linke Fläche des Kolbens 21 gelangen.
Gleichzeitig ist der Raum rechts von dem Kolben 21 durch die Schlitze 30 und die Öffnungen 28 mit dem rechts von der Tand 33 liegenden Teil der Bohrung der 'Welle 2 und dadurch mit der Entlüftung verbunden. Unter der Einwir kung des dem Raum links von dein Kolben 21 zugeführten Druckes bewegt sich der Zylinder 14 nach links. Dadurch wird die mit dem Zylinder 14 verbundene Büchse 26 mitgenommen lind dem Steuerschieber 31 nachgeführt.
Sie kommt dadurch wieder in eine Stellung, in welcher die rechte gante des Ansatzes 50 des Steuerschiebers 31 mit der rechten gante der Steueröffnungen 27 abschliesst, so dass die Druckölzufuhr zu dem Raum des Zylinders 14 links von dem Kol ben 21 wieder aufhört und der Zylinder 14 sich nicht mehr weiterbewegt. Auf diese Weise wird bei einer von dem Hebel 48 aus gehenden Steuerung der Zylinder 14 mit der Büchse 26 dem Steuerschieber 31 stets in die neue Stellung des letzteren selbsttätig nach geführt.
Wenn durch die Leitung 43 von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung aus Drucköl in den Raum rechts von dem Schie ber 53 geleitet wird, wird dieser nach links in die in dem obern Teil der Fig. 3 gezeigten Stellung vorgeschoben und nimmt den Steuer schieber 31 über den Ansatz 52 entsprechend nach links mit. Der Steuerschieber 31 sowie der Zylinder 14 und damit das Turbinen rad 5 gelangen auf diese Weise ebenfalls in die in dem obern Teil der Fig. 3 gezeigte Stellung. In dieser Stellung sind sowohl die Schaufeln 23 als auch die Schaufeln 24 je teilweise beaufschlagt. Diese Stellung kann so gewählt werden, dass die Wirkungen der beiden Beaufschlagungen sich ausgleichen.
also das Turbinenrad weder nach vorwärts noch nach rückwärts umläuft, oder dass ein geringes Rückwärtsdrehmoment auf das Tur binenrad ausgeübt wird. Es kann also die Weiterleitung des Kraftflusses auf die Welle 2 unterbrochen oder die Welle 2 rück wärts angetrieben bezw. verzögert werden, so dass mit der Welle 2 verbundene Klauenkupplungshälften durch Erreichen der Gleichlaufdrehzahl in Eingriff gelangen können.
Bei Wegnahme des durch die Lei tung 43 zugeführten _ Druckes wird der Steuerschieber 31 durch die Zugfeder 4:) wie der in seine rechte, in Fig.1 gezeigte End stellung zurückgeführt, womit auch der Zy linder 14 und das Turbinenrad 5 wieder in die rechte Endstellung gelangen, in welcher die Vorwärtsschaufeln 23 des Turbinenrades in den Kreislauf voll eingeschoben sind.
Wenn der Hebel 48 ganz umgelegt wird. so dass der Steuerschieber 31 in die in dem untern Teil der Fig.3 gezeigte linke End- stellung gelangt, wird der Zylinder 14 und damit das Turbinenrad 5 in die ebenfalls in dieser Figur gezeigte Stellung verschoben, in welcher die Schaufeln 24 des Turbinenrades in den Kreislauf eingeschoben und dadurch ein Rückwärtsantrieb der Welle 2 mit relativ geringem für das Verzögern von Schalt kupplungshälften bestimmtem Drehmoment herbeigeführt wird.
In Fig. 4 bedeuten: 101 die Primärwelle, 102 die Sekundärwelle des Strömungsgetrie bes, 103 ein Lager, durch welches die Sekun därwelle 102 in der Primärwelle 101 bezw. dem Pumpenrad 104 gelagert ist. 105 ist das Turbinenrad, 106 die eine, 107 die andere Gehäusehälfte des Strömungsgetriebes. 108 sind die Leitschaufeln, 109 ist der Kernteil des Getriebes, 110 der Nabenteil des Ge häuseteils 107. 111 ist ein auf der Welle 2 befestigter ATitnehmer mit einer Verzahnung 112, welche in eine Verzahnung 113 aussen an einem Zylinder 114 eingreift, der mit der Scheibe 115 des Turbinenrades 105 verbun den ist.
116 ist eine auf der Welle 102 feste Scheibe, welche in ihrem äussern Teil eine Dichtungsfläche 117 besitzt, gegen welche sich die an der Scheibe 115 angebrachte Dichtungsfläche 118 anlegen kann. 119 ist ein Lager, durch welches die Welle 101 in dem Gehäuse 106 gelagert ist.
Der Zylinder 114 ist auf der Welle 102 verschiebbar, jedoch ihr gegenüber nicht drehbar. In seinem Innern befindet sich ein mit der Welle 102 verbundener Kolben 12l. Links von dem Kolben 1\Z1 münden Bohrun gen 122 in den linken Zylinderraum, rechts von dem Kolben 121 Bohrungen 123 in den rechten Zylinderraum. Die Welle 102 enthält in ihrem linken Teil eine Längsbohrung 124, in welcher ein Rohr 125 befestigt ist. In den Ringraum 126 zwischen der Wand der Boh rung 124 und dem Rohr 125 münden die Bohrungen 122. Die Bohrungen 123 münden in den Innenraum des Rohres 125. In. der Scheibe 115 des Turbinenrades 105 sind Boh rungen<B>127</B> vorgesehen, durch welche bei der Verschiebung des Turbinenrades Flüssigkeit hindurchtreten kann.
Durch die Leitung 140 wird ebenso wie durch den Innenraum des Rohres 125 von einer nicht besonders dargestellten Steuerein richtung, die von beliebiger bekannter Art sein und willkürlich durch den Fahrzeug führer oder durch eine Regeleinrichtung be tätigt werden kann, abwechselnd Druckmittel zu dem Zylinder 114 der Verschiebeeinrich tung für das Turbinenrad 105 zugeführt. 131 ist ein mit dem Turbinenrad verbundener Schaufelkranz. Die Richtung und Form der Schaufeln dieses Kranzes sind derart, dass durch diese nach Einführen in den hydrau lischen Kreislauf des Getriebes ein verhält nismässig kleines Rückwärtsmoment auf das Turbinenrad 105 ausgeübt wird.
In der Fig.5 sind die Schaufeln des Pumpenrades 104, des Turbinenrades 105 und des Rück wärtskranzes 131 schematisch in einem Querschnitt durch das Getriebe nach der Linie A-A in Fig.4 gezeigt. Die Leitung 140 mündet in einen auf der Welle 102 lagernden Ring 145, der eine Ringnut 146. enthält. 147 sind radial angeordnete Bohrun gen in der Welle 102, durch welche die Ring nut 146 mit dem Ringraum 126 in Verbin dung steht. Die Primärwelle 101 wird durch das Zahnrad 142 angetrieben. In der obern Hälfte der Fig.4 ist das Turbinenrad 105 im in den Kreislauf eingerückten Zustand, also während der normalen Kraftübertra gung gezeigt. Die Rückwärtsschaufelung 131 liegt dabei in der Ringnut 132 des Kern stückes 109 und läuft mit dem Turbinenrad 105 leer um.
Während des Ausrückens des Turbinen rades und ebenso in der unten in Fig. 4 ge zeigten ganz ausgerückten Stellung desselben wird der Verschiebeeinrichtung (Zylinder 114) durch den Innenraum des Rohres 125 und die Bohrungen 123 von einer nicht be sonders dargestellten Steuerung her Öldruck in den Raum des Zylinders 114 rechts von dem Kolben 121 zugeführt. Zu diesem Zeit punkt gelangt in den links von dem Kolben 121 gelegenen Raum des Zylinders 114 kein Öldruck, da die zugehörige Steuerung der Verschiebeeinrichtung diesen Raum über die Bohrungen 122, den Ringraum 126 sowie die Leitung 140 mit der Aussenluft verbindet.
Wenn das Turbinenrad 105 eingerückt werden soll, wird der Raum des Zylinders 114 rechts von dem Kolben 121 über die Boh rungen 123 und das Innere des Rohres 125 vermittelst der nicht besonders dargestellten Steuerung der Verschiebeeinrichtung mit der Aussenluft verbunden. Gleichzeitig wird durch diese Steuerung der Leitung 140 Über druck zugeführt, der sich durch den Ring raum 126 und die Bohrungen 122 in den Raum des Zylinders 114 links von dem Kol ben 121 fortsetzt. Der Zylinder 114 und damit das Turbinenrad 105 werden nun aus der unten in Fig. 4 gezeichneten Stellung nach links verschoben, so dass das Turbinen rad 105 in den Kreislauf wieder eingerückt wird.
Während der Ausrückbewegung des Tur binenrades 105 wird gleichzeitig die Rück- wärtsschaufelung 131 an Stelle des Vor- wärtsschaufelkranzes des Turbinenrades 105 in den Strömungskreislauf eingeführt und gelangt im ausgerückten Zustand des Tur binenrades 105 in die in der untern Hälfte der Fig. 4 gezeigte Stellung. Durch die Flüs sigkeitsströmung wird vermittelst der Schau feln 131 ein verhältnismässig kleines Rück wärtsdrehmoment auf das Turbinenrad aus geübt.
Wenn in einem hinter dem gezeigten hydraulischen Strömungskreislauf angeord neten Wechselgetriebe eine Schaltung vor genommen werden soll, wird das Turbinen rad 105 in die ausgerückte Stellung verscho ben und die erforderliche Schaltkupplung bezw. Schaltkupplungen des mechanischen Wechselgetriebes ausser Eingriff gebracht. Durch das durch die Rückwärtsschaufeln 131 sich ergebende Rückwärtsdrehmoment wird die Drehzahl des Turbinenrades 105 rasch vermindert.
Sobald die Einrückdrehzahl der jeweiligen Schaltkupplung erreicht ist, rückt diese ein. Wenn. sämtliche in Frage kommen den Schaltkupplungen - im mechanischen Wechselgetriebe eingerückt sind, kann das Turbinenrad wieder in den Kreislauf ein gerückt werden, so dass die Übertragung der Antriebsleistung durch das Strömungs getriebe wieder in normaler Weise erfolgt. Die Steuerung des Aus- und Einrückvorgan ges des Turbinenrades kann ebenso wie der Schaltvorgang in dem mechanischen Wech selgetriebe vermittelst einer selbsttätigen Regeleinrichtung vorgenommen werden.