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Zweigruppen-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, besonders Schienentriebwagen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweigruppen-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge,
insbesondere Schienentriebwagen mit zwei oder mehr Gangstufen in jeder Gruppe. Bei
solchen Getrieben für vier oder mehr Gangstufen werden in der Regel Klauenkupplungen
in jeder Gangstufe angeordnet. Für das Ein- und Ausrücken dieser Kupplungen ist
es vorteilhaft, den auf die ein- bzw. auszurückende Gangstufe wirksamen Antrieb
auszuschalten. Dies geschieht durch im Betrieb abschaltbare Kupplungen, die zwischen
der gemeinsamen Antriebs- und den zunächst angeschlossenen beiden Abtriebswellen
sitzen. Um beim Aufwärtsschalten von einem langsameren auf einen schnelleren Gang
die Zugkraft ohne oder mit nur geringer Minderung zu erhalten, wird jeder der beiden
Reibungskupplungen ein Freilauf zugeordnet. Die beim Gangwechsel neu einzuschaltende
Reibungskupplung übernimmt die Zugkraft selbsttätig, und die neue Gangstufe läßt
über den noch eingeschalteten alten Gang dessen Kupplungsfreilauf voreilen. Die
gleiche Wirkung wird erzielt, wenn an Stelle von Reibungskupplungen mit Freiläufen
sogenannte Überholungskupplungen angeordnet werden.
Diese selbsttätigen
Vorrichtungen zur Vermeidung einer Zugkraftminderung beim Umschalten der Gangstufen
wirken jedoch nur beim Aufwärtsschalten vom langsameren auf einen schnelleren Gang,
während beim Abwärtsschalten von einem schnelleren auf einen langsameren Gang die
Zugkraft unterbrochen wird, weil der Motor im alten (schnelleren) Gang infolge der
zwangläufigen Übersetzung vom Antrieb zur Gangstufe in der Drehzahl gedrückt ist
und im neuen Gang mit einer entsprechend dem Übersetzungssprung höheren Drehzahl
einsetzen muß, ehe der Freilauf oder die Überholungskupplung den Motorantrieb wirksam
werden läßt. Während der Zeit, die der Motor zur Beschleunigung von der niedrigeren
auf die höhere Drehzahl braucht, ist also keine Zugkraft vorhanden.
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Ferner sind auch Zweigruppen-Getriebe mit mehr als zwei Gangstufen
bekannt, bei denen zwei Reibungskupplungen so angeordnet sind, daß durch das allmähliche
Ausrücken der Kupplung auf der einen und das allmähliche und gleichzeitige Einrücken
der Kupplung auf der anderen Seite eine Unterbrechung der Zugkraft beim Schalten
der Gänge theoretisch vermieden wird. Dabei tritt jedoch eine Zugkraftminderung
ein, die praktisch einer Zugkraftunterbrechung gleichkommt. Das Ausmaß der Zugkraftminderung
wird dabei von dem Grad der erzielten Übereinstimmung zwischen der Aus- und Einrückbewegung
abhängen, die wiederum vom genauen Arbeiten der Schaltvorrichtung und dem Gefühl
des Bedienenden bestimmt wird.
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Die Erfindung bezweckt eine Aufwärts- und Abwärtsschaltung in allen
Gangstufen ohne Unterbrechung oder mit nur geringer Minderung der Zugkraft für Zweigruppen-Wechselgetriebe
mit vier oder mehr Gangstufen. Die angestrebte Wirkung ist dabei nicht vom richtigen
Arbeiten einer mechanischen Schaltvorrichtung oder von der Geschicklichkeit des
Bedienenden abhängig. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen der treibenden
Welle und den anschließenden beiden Gruppen-Abtriebswellen je ein stufenloser, im
Kraftfluß nicht formschlüssig gekuppelter Drehmomentwandler angeordnet ist, von
denen mindestens einer ständig eingeschaltet bleibt. Hierbei werden die Antriebsteile
der Wandler mit gleichbleibender Drehzahl angetrieben, während sich die Drehzahlen
der Abtriebsteile je nach den abgenommenen Drehmomenten ändern. Die Übersetzungsstufen
des Getriebes werden nun so gewählt, daß in jedem Gang die Drehmomentwandler nur
in ihrem günstigen Wirkungsbereich arbeiten.
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An sich ist diese Wirkung des Drehmomentwandlers bekannt und auch
bereits bei Getrieben mit Zahnräderübersetzungen in der Weise angewendet worden,
daß die einzelnen Übersetzungsstufen von je einem dieser Stufe zugeordneten Drehmomentwandler
geschaltet werden. Es ist also für jede Stufe ein besonderer Drehmomentwandler erforderlich.
Dieser Nachteil wird bei der Erfindung vermieden, da hierbei für beliebig viele
Stufen nur zwei Drehmomentwandler erforderlich sind. Es ist ferner bekannt, mit
einem Drehmomentwandler ein zweistufiges Getriebe in Reihe zu schalten, jedoch wird
hierbei während des Gangwechsels die Zugkraft unterbrochen.
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Die besondere Wirkungsweise der neuen Anordnung ergibt sich aus der
Wechselwirkung des Zweigruppen-Getriebes, in dem gemäß dem Schema auf der gemeinsamen
treibenden Welle a an deren beiden Enden je ein Pumpenrad b bzw. c der hier beispielsweise
hydraulischen (Föttinger) Drehmomentwandler sitzt. Auf der treibenden Welle a. laufen
die beiden Gruppen-Abtriebswellen d und e, von denen jede mit einem Turbinenrad
f bzw. g der beiden Wandler verbunden ist. Die ortsfesten Leitwerke der beiden Drehmomentwandler
sind mit lt bzw. i bezeichnet. Auf der Gruppen-Abtriebswelle d sitzt fest das Stirnrad
h, das mit dem lose auf der Zwischenwelle L laufenden Stirnrad m die erste Gangstufe
bildet. Entsprechend sitzt auf der Gruppen-Abtriebswelle e das Stirnrad n, das mit
dem lose auf der Zwischenwelle L laufenden Stirnrad o die zweite Gangstufe bildet.
Die dritte Gangstufe wird durch das fest auf der Zwischenwelle Z sitzende Stirnrad
p und das lose auf der Gruppen-Abtriebswelle d laufende Stirnrad q gebildet; desgleichen
die vierte Gangstufe durch die Stirnräder r und s. Die lose umlaufenden Stirnräder
können durch Gangkupplungen beliebiger Bauart mit ihren zugehörigen Wellen wahlweise
verbunden werden; ebenso können hierbei Gleichlaufvorrichtungen in an sich bekannter
Weise angeordnet sein. Die getriebene Welle t steht über das Stirnrad u für den
Vorwärtsgang bzw. v für den Rückwärtsgang mit der Zwischenwelle L im Eingriff.
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Bei der Aufwärtsschaltung ergibt sich jeweils folgender, beispielsweise
für de Schaltung von der ersten in die zweite Gangstufe beschriebener Drehmomentübergang.
Der Wandler b, f, 1z ist eingeschaltet, desgleichen die Gangkupplung des
Stirnrades m auf der Zwischenwelle L; der Wandler c, g, i und die
übrigen Gangkupplungen der Stirnräder q, o, s sind ausgeschaltet. Angenommen,
die treibende Welle a läuft stetig mit etwa 4000 U/min; die Turbinenräder der Wandler
würden bei dieser Motorleistung ihren günstigsten Wirkungsgrad mit etwa 2ooo U/min
haben, und sie würden erfahrungsgemäß in einem noch günstigen Wirkungsbereich verbleiben,
wenn sich diese mittlere Drehzahl unter der wechselnden Belastung nach oben bis
auf 2500 oder nach unten bis auf i5oo ändert. Um diesen Bereich auszunutzen, wird
das Übersetzungsverhältnis zwischen zwei benachbarten Gangstufen zweckmäßig entsprechend
angepaßt, also etwa 1,5 ::2,5.
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Nähert sich die Drehzahl des Turbinenrades f des Wandlers
b, f, h bei der eingeschalteten ersten Gangstufe der oberen Grenze des noch
günstigen Wi!rkungsberei!ches mit etwa 25oo U/min, dann wird die Gangkupplung des
Stirnrades o eingeschaltet; dies kann in Erwartung der regelmäßig auf den i. Gang
folgenden Aufwärtsschaltung auch bereits früher geschehen. Bei dem angenommenem
Übersetzungsunterschied zwischen dem i. und dem
2. Gang läuft alsdann
das Stirnrad n mit seiner Vorlegewelle e und dem Turbinenrad g des Wandlers c, g,
i mit etwa I5oo U/min mit. Nunmehr wird der Wandler c, g, i eingeschaltet, dessen
Pumpenrad c mit einer Umdrehungszahl von etwa 400o das zugehörige Turbinenrad g
an der unteren Grenze des noch günstigen Wirkungsbereiches kraftschlüssig erfaßt
und nunmehr unter der Wirkung des Übersetzungsverhältnisses der zweiten Gangstufe
bald auf die Schaltdrehzahl von 2500 für die Weiterschaltung auf den 3. Gang bringt.
Während dieser Zeit wird der Wandler b, f, k und anschließend die Gangstufenkupplung
des Stirnrades in ausgeschaltet. Die Aufwärtsschaltung von der ersten in die zweite
Gangstufe ist damit ohne oder mit sehr geringer Minderung der Zugkraft durchgeführt.
Die gleichen Vorgänge wiederholen sich entsprechend bei den weiteren Aufwärtsschaltungen.
Die einzelnen Schaltmaßnahmen können gegebenenfalls in Abhängigkeit von den Drehzahlen
selbsttätig durchgeführt bzw. im Rahmen der vorhandenen Zeit auseinandergerückt
werden.
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Die Abwärtsschaltung beispielsweise von der eingeschalteten zweiten
Gangstufe in den I. Gang erfolgt unter der Voraussetzung, daß die Drehzahl des Turbinenrades
g des eingeschalteten zweiten Wandlers c, g, i, z. B. infolge Steigung der Fahrstrecke
od. dgl., auf etwa 1500 gesunken ist. Nach Einschalten der Gangkupplung des Stirnrades
m wird alsdann das Turbinenrad f des Wandlers b, f, h infolge des Übersetzungsunterschiedes
mit etwa 250o U/min mitgenommen. Wird nun der Wandler b, f, h eingeschaltet, so
übernimmt er die Zugkraft zunächst im oberen Bereich seines noch günstigen Wirkungsgrades,
um alsdann unter der Wirkung des -für die Steigungsüberwindung besseren übersetzungsverhältnisses
der ersten Gangstufe die günstigste Drehzahl am Turbinenrad f einzustellen. Der
Wandler c, g, i und gegebenenfalls anschließend die Gangkupplung des Stirnrades
o kann nun ausgeschaltet werden. Auch bei dieser Abwärtsschaltung ist also der Übergang
von der schnelleren in die langsamere Gangstufe ohne oder mit sehr geringer Minderung
der Zugkraft erfolgt, und dieser Vorgang wiederholt sich auch entsprechend in. den
übrigen Gangstufen. Wenn zu erwarten ist, daß alsbald wieder eine Aufwärtsschaltung
in die zweite Gangstufe erfolgen wird, dann können die Gangkupplung und der Wandler
eingeschaltet bleiben.
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Als Drehmomentwandler können außer hydraulischen Strömungsgetrieben
auch elektromagnetische Getriebe, wie überhaupt alle solche Getriebe angewendet
werden, die einen im Kraftfluß nicht formschlüssig gekuppelten Abtriebsteil haben.
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Die Ein- und Ausschaltung der Wandler kann bei hydraulischen Getrieben
in an und für sich bekannter Weise durch Füllen und Entleeren oder durch Ein- und
Ausrücken des Turbinenrades oder andere bekannte Mittel erfolgen. Werden besondere
Vorrichtungen zur mechanischen Abschaltung der Turbinenräder von den Gruppen-Abtriebswellen
und desgleichen der Pumpenräder von der treibenden Welle vorgesehen, so wird ein.
Mitlaufen dieser Teile des nicht treibenden Wandlers vermieden, was aus verschiedenen
Gründen besonders dann vorteilhaft ist, wenn das Fahrzeug erfahrungsgemäß große
Strecken in der gleichen Gangstufe zurückzulegen hat.