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Kennwort: "Stellwandlerbremsungt Hydrodynamisches Vorsatzgetriebe
ftlr ein Wechselgetriebe Die Erfindung betritt ein hydrodynamisches Vorsatzgetriebe
für ein vorzugsweise mit UmlaufradsMtzen ausgestattetes Wechselgetriebe mit einem
Föttingerwandler, einer zwischen dem Pumpenrad und der Eingangswelle des Wechselgetriebes
(Zwischenwelle) angeordneten Uberbrückungskupplung, einem mittels Freilauf oder
einer Schaltkupplung von der Zwischenwelle lösbaren, durch eine Bremse festsetzbaren
Turbinenrad und einem über einen Freilauf an einem feststehenden Getriebe teil abgestützten,
in einer Richtung drehbaren Leitred.
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Derartige hydrodynamische Vorschaltgetriebe dienen dazu, die Stufensprtinge
der mechanischen Getriebe zu UberbrUcken und einen an die Zugkrafthyperbel angenäherten
Zugkraftwerlauf auch mit -einem vergleichsweise nur wenige mechanische weit gestufte
Gänge aufweisenden Getriebe zu ermöglichen. Vor allem soll eine feinfühlige und
verschleißfreie Zugkraftdosierung Uber ein solches Vorsatzgetriebe, insbesondere
im Anfahrbereich möglich sein. Dies stößt bei verbrennungsmotorgetriebenen, selbstfahrenden
Arbeitsgeräten wie z.B. Gabelstaplern, Schaufelladern 0. dgl. auf ge wisse Schwierigkeiten,
da mit solchen Maschinen eine Vielzahl von ungewöhnlichen Fahrzuständen möglich
sein messen und auch Uber längere Zeiten schadlos von ihnen ertragen werden müssen,
z.B.
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vorsichtiges Heranfahren einer Last auf einer steilen Rampe an eine
Ladekante, Anhalten unter Last am Berg, häufiges Reversieren unter Last u..w. Hierbei
kommt erschwerend binzu, daß bei den häufig nötigen Kriechgeschwindigkeiten die
dieser geringen
Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende niedrige Motordrehzahl
ohne weiteres garnicht erreicht werden kann, da der Verbrennungsmotor erst oberhalb
der Leerlaufdrehzahl von mindestens 30% der Vollastdrehzahl ein Dretunoment abzugeben
imstande ist.
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Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten hat man bereits auf der Eingangsseite
derartiger hydrodynamisoher Vorsatzgetriebe eine schlupffähige Reibungs-Trennkupplung
vorgesehen, die auf Grund ihrer Dimensionierung in der Lage ist, größere Energiebeträge
als Schlupfverlust aufzunehmen und an ein Kühlmittel z.B. die Umgebungsluft abzugeben.
Bei grdßeren auftretenden Schlupfleistungen derartiger unter der Bezeichnung Modulationskupplung
unter den Fachleuten bekannten Kupplungen muß allerdings ein extra KUhlkreislauf
für sie vorgesehen werden. Dies alles ist mit erheblichem konstruktiven und gewichtsmäßigen
Aufwand verbunden und verursacht auch während des Betriebes auf Grund des Verschleißes
laufend Wartungs- und Instandsetzungskosten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vorsatzgetriebe der eingangs genannten
Art derart auszubilden, daß mit den Getriebe verschleißfrei und mit einem gerlngstmöglichen
Aurwand an Mitteln für die KUhlung die Antriebskraft feinfühlig und ohne von der
Motordrehuhl abhängig zu sein, geregelt werden kann und überdies und vor allem der
vorhandene Wandler auch zur hydrodynamischen Verzögerung feinfühlig herangezogen
werden kann.
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Srfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Leitrad
- wie ac sich bekannt - mit verstellbaren mit einem Verstellmechanismus gekoppelten
Leitschaufeln ausgerUstet ist.
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Durch die Ausbildung des Strömungswandlers als Stellwandler ist die
Möglichkeit gegeben, unabhängig von der Pumpendrehzahl die Anfahrkraft von kleinen
Werten bis zu einem Maximalwert zu steigern, der von der Motordrehzahl abhängt.
Durch die Uberbrückungskupplung im Vorsatzg*riebe kann das Pumpenrad des
3trömunswannlers
starr an die Treibachse des Fahrzeuges angekoppelt werden und das von der ZwischenwelLe
lösbare Turbinenrad kann festgebremst werden. In diesem Fall wirkt der Strömungswandler
als hydrodynamische Bremse; die Drehmomentaufnahme des Wandlers ist genau wie im
Anfahrpunkt. Mit Hilfe der vertellbaren Leitschaufeln kann die Bremskraft unabhängig
von der Pumpenraddrehzahl und unabhängig von etwaigen Reibwertsohwa:ikungen einer
schlupffähigen Trennkupplung feinfühlig und genau vorherbestimmbar dosiert werden.
Das Neue an diesem Vorschlag ist, daß ein und derselbe Wandler ohne vorherige etwaige
Umfüllung von Strömungskreisläufen sowohl zur Traktion als auch zur Verzögerung
herangezogen wird, und zwar ist dies der Möglichkeit einer Bremskraftdosierung zuzuschreiben.
Das überraschende dabei ist, daß durch diese Regelmöglichkeit nicht nur die große
Modulationskupplung wegfällt, sondern das Kühlsystem für das Vorsatzgetriebe wesentlich
vereinfacht wird.
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Die Erfindung ist an Hand von zwei in den Zeichnungen dargestellten
AusfUhrungsbeispielen im folgenden etwas näher erläutert. E zeigern Fig. 1 ein nach
der Erfindung ausgebildetes, hydrodynamisches Vorschaltgetriebe mit Verstell-Leitrad
und FiK. 2 ein ganz ähnliches Vorschaltgetriebe, bei dem Jedoch das Turbinenrad
mittels eines Freilaufes von der Abtriebawelle lösbar ist.
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Beide Getriebe weisen einen Strömungswandler 1 auf, der nach Art
eines im Pkw-Getriebebau üblichen Trilokwandlers ausgebildet ist mit symmetrisch
zu einer achssenkrechten Mittelebene ausgebildeten Profilform der Schaufelradkanäle
(Pumpe 2, Turbine 3 und Leitrad 4), mit Uber einen Freilauf 5 lösbaren, drehbaren
Leitrad 4 und mit einem mit dem Primärrad umlaufenden Gehäuse, welches mit der vom
Motor kommenden Antriebswelle 6 verbunden ist.
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Die Schaufeln des Leitrades 4 sind Jeweils um einen Zapfen 7 mittels
Je eines Hebels 8 und des an den Hebeln aller Schaufeln angreifenden axialverschiebbaren
und von einem Druck aus der Leitung 9 beaufschlagbaren Kolben 10 verstellbar. Eine
Feder 11 sorgt fUr den Rücklauf des Kolbens; Jedem Druck in der Leitung 9 entspricht
eine bestimmte Leitschaurelstellung. Zweckmäßigerweise wird man den Verstellmechanismus
so ausbilden, daß bei Entlastung des Kolbens 10 die Schaufeln durch die Feder 11
in die geschlossene Stellung gedrückt werden.
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Auf der Eingangsseite des Vorsatzgetriebes ist eine reibschlüssige
hydraulisch betätigbare Uberbrückungskupplung 12 angeordnet, mit der die Antriebswelle
6 direkt an die Zwischenwelle 13 angekuppelt werden kann; der hydrodynamische Kraftweg
ist dann überbrückt. Die Zwischenwelle 13 ist die Abtriebswelle des Vorsatzgetriebes
und gleichzeitig die Eingangswelle des nachgeordneten aber nicht dargestellten mechanischen
Wechselgetriebes. Konzentrisch zwischen der hohl ausgebildeten Leitrad-Stützwelle
14 und der darin angeordneten Zwischenwelle 13 ist die ebenfalls hohl ausgebildete
Turbinenradwelle 15 angeordnet, an deren vom Turbinenrad abgewandten Ende eine reibschlüssige,
hydraulisch betätigbare Turbinen-Feststellbremse 16 (Fig. 1) bzw. 16' (Fig. 2) angeordnet
ist. Außerdem sind zwischen der Turbinenradwelle 15 und der Zwischenwelle 13 Mittel
vorgesehen, mittels derer das Turbinenrad bei Bedarf von der Zwischenwelle 13 gelöst
werden kann. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Kupplung 17 als lösbare
Verbindung angeordnet. Die Bremse 16 und die Kupplung 17 sind als ein wechselweise
betätigbares reibschlüssiges Doppeischaltelement ausgebildet. Am Außenumfang einer
an der Turbinenwelle 15 befestigten Kupplungsscheibe 18 ist ein Kranz von Zylindern
19 mit darin durch Jeweils eine Feder 20 in die eine Extremlage gepreßten Kolben
21 angeordnet, die mit einer Kolbenstange 22 bzw. 23 die Reibbeläge eines der Schaltelemente
16 und 17 zusammenpressen, Je nach dem, ob die Leitung 24 und damit die der Feder
20 abgewandte Kolbenseite mit DruCk beaufschlagt
ist (Festbremsen
des Turbinenrades 3) oder nicht (die Feder 20 schließt dann Kupplung 17, Turbine
3 ist an Zwischenwelle 13 angekoppelt).
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In Fig. 2 ist die zwischen der Turbinenwelie 15 und der Zwischenwelle
13 angeordnete lösbare Verbindung einracher gelöst.
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Dort ist lediglich ein selbsttätig wirksamer Freilauf 17' vorgesehen,
der vollkommen die Funktion der Kupplung 17 übernimmt.
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Die Feststellbremse 16' ist als ein Einzelschaltelement ausgebildet,
welches durch Beaufschlagen der Leitung 24' betätigt wird.
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Die Wirkungsweise bzw. die Betriebsmöglichkeiten der dargestellten
Vorschaltgetriebe sind kurz folgende: Anfahren bzw. Manövrieren im Traktionsbereich:
Die Uberbruckungs kupplung ist offen und die Kupplung 17 bzw. der Freilauf 17' sind
geschlossen. Die Antriebsleistung wird hydrodynamisch von der Eingangswelle 6 auf
die Zwischenwelle 13 übertragen. Durch Gasgeben (Drehzahl- und Drehmomenteinstellung
an der Eingangs welle 6) und durch entsprechendes Einstellen der Leitschaufeln mittels
geeigneter Druckeinstellung in Leitung 9 wurd das Drehmoment und die erforderliche
Drehzahl an der Zwischenwelle 13 eingestellt.
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Kraftflußunterbrechung zwecks Gangwechsel im nachgeordneten Schaltgetriebe:
Im Vcrschaltgetriebe nach Fig. 1 muß kurzzeitig die Kupplung 17 geöffnet werden,
wodurch der Kraftfluß aur der Sekundärseite des Vorschaltgetriebes unterbrochen
wird. Das nachgeordnete Schaltgetriebe ist nun frei von Drebromenten, und die Zahneingrife
können lastfrei darin gewechselt werden. Da durch das offenen der Kupplung 17 die
Turbinenbremse 16 geschlossen wird, ist die unbelastete Turbine am Durchgehen gehindert.
Diese Gefahr bestünde insofern, als das Pumpenrad 2 starr an den laufenden Motor
angekoppelt ist. Um den Motor durch die erforderliche Turbinenstilsetzung (entspricht
Ånfahrpunkt) beim Gangwechsel nicht zu sehr zu belasten, wird man durch Entlastung
des Leitschaufelverstellkolbens
10 und Schließen des Leitrades
4 auch die hydPodynamische Kraftübertragung durch Stillsetzen des meridional kreisenden
Fiüssigkeitsumlaufes mittels des Leitrades unterbinden. Auch bei dem Getriebe nach
Fig. 2 muß ganz analog verfahren werden; die Turbine muß stillgesetzt werden zwecks
Entlasten des Schaltgetriebes. Durch Schließen des Leitrades wird der Motor entlastet.
D.h. beim Gangwechsel wird die Leitung 24 bzw. 24 mit Druck beaufschlagt und die
Leitung 9 wird entlastet.
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Bremsen: Um den Strömungswandler als hydrodynamische Bremse benutzen
zu können, wird die Pumpe durch Schließen der Uberbrückungskupplung 12an die Treibachse
gekoppelt und durch Anziehen der Turbinenbrense 16 bzw. 16' die Turbine stillgesetzt
(entspricht Anfahrpunkt). Der Motor ist in diesem Betriebspunkt ebenfalls starr
an die Treibachse angekoppelt und kann durch Gasrücknahme mit zum Bremsen herangezogen
werden. Diese einfache Möglichkeit vom Uebergang von der Traktion zum Bremsen besteht
in Jedem Gang, d.h. es läßt sich dadurch ein sehr weit gefächertes Feld von Bremskennlinien
Uberdecken. Die hydrodynamische Bremswirkung kann überdies durch die Leitradschaufelstellung
eingestellt werden. Will man z.B. aus hoher Geschwindigkeit (hohe Pumpenraddrehzahl)
langsam abbremsen, so wird man das Leitrad nahezu geschlossen halten. Soll hingegen
bei kleiner Geschwindigkeit (je nach Gang bei einer mehr oder weniger geringen Pumpenraddrehzahl)
rasch verzögert werden, so wird man das Leitrad voll öffnen.