Strömungsgetriebe
Strömungsgetriebe sind hydraulische Getriebe, die zur gestuften oder stufenlosen Drehzahl-Drehmomentenwandlung eingesetzt werden.
Hydrodynamische hydraulische Getriebe arbeiten mit niedrigem Druck und hoher Ölmenge und erlauben eine kompakte Bauform. Hydrostatische hydraulische Getriebe arbeiten mit sehr hohen Öldrücken und niedriger Ölmenge und erlauben eine räumliche Trennung von Eingang und Ausgang.
Hydrostatische Getriebe
Als Hydrostatische Getriebe bezeichnet man in der Technik die Verbindung einer Hydraulikpumpe mit einem oder mehreren Hydraulikmotoren. Solche Getriebe können einen bis zu mehrere Meter großen Abstand zwischen Pumpen- und Motorteil haben, weil durch die auftretenden hohen Drücke kein Strömungsabriss (wie beim hydrodynamischen Getriebe) erfolgen kann.
Bei hydrostatischen Getrieben ist der Pumpen- und Motoranteil bis auf Kleinigkeiten gleich aufgebaut. Der Aufbau ist meist eine Fingerkolbenpumpe (auch Axialkolbenpumpe). Mindestens ein Teil der hydrostatischen Kraftübertragung (in der Regel die Pumpe) ist verstellbar ausgeführt, während der Hydraulikmotor häufig (aber nicht immer) ein konstantes Schluckvolumen hat. Axial zur Antriebswelle der Pumpe ist das Pumpengehäuse angeordnet. Im Inneren befindet sich ein Ring mit kreisförmig angeordneten Zylinderbohrungen, in die in gleicher Anordnung Fingerkolben eingesetzt sind. Diese Kolben sind Axial mit einer sich mit dem Gehäuse mitdrehenden Gleitscheibe verbunden, wobei sich bei Verstellpumpen der Winkel der Scheibe im Verhältnis zum Ring mit den Kolben (Schrägscheibenmaschine) oder der Winkel des Ringes im Verhältnis zur Scheibe (Schrägachsenmaschine) verändern lässt.
Solange der Winkel zwischen Scheibe und dem Ring mit den Kolben 0° beträgt, findet keine Förderung statt. Knickt man die Kolbenseite oder die Scheibe (je nach Bauart) zur Seite aus, so treten die Kolben während der Drehbewegung ausgelöst durch die Schrägstellung der Scheibe bzw. des Ringes mit den Kolben auf der Knickinnenseite tiefer in das Pumpengehäuse ein und auf der anderen Seite aus. Damit ergibt sich eine Druck- und eine Sogseite, welche durch eine Art Zylinderkopf voneinander getrennt werden. Somit beginnt die Pumpe bei Drehung zu fördern. Die Pumpe ist durch Druckleitungen mit dem ähnlich aufgebauten Hydraulikmotor verbunden, der die hydraulische Energie (Druck, Volumenstrom) wieder in eine mechanische Energie (also eine Drehbewegung) umwandelt. Durch Änderung von Knickwinkel und Knickrichtung an der Pumpe können Fördermenge und Förderrichtung und somit Übersetzung und Fahrtrichtung gesteuert werden.
Hydrodynamische Getriebe
Strömungskupplung
Hydrodynamische Getriebe funktionieren nur in enger räumlicher Verbindung von Pumpe und Turbine. Das Pumpenrad sitzt direkt auf der Welle und wird von der Turbine umschlossen. Die Pumpe saugt das Öl an der Welle an und wirft es nach außen direkt in die Turbinenschaufeln. Für eine Strömungskupplung sind die genannten, bereits sämtliche erforderlichen Teile. Das Öl wird durch das Pumpenrad angesaugt und nach außen beschleunigt. Die Energie wird auf das Turbinenrad übertragen, danach prallt das Öl gegen das Gehäuse und läuft wieder nach innen zum Pumpenrad oder in den Ölsumpf.
Die Strömungskupplung führt keine Drehmomentenwandlung durch, sie kuppelt nur. Es tritt ein Schlupf von rund zehn Prozent auf, der energetisch in Wärme umgewandelt wird.
Drehmomentwandler
Um eine Drehmomentenwandlung zu erreichen, wird in das Gehäuse ein Leitapparat integriert. Er besteht im wesentlichen aus Rippen zum Auffangen des aus der Turbine austretenden Öls. Das Öl aus der Turbine besitzt eine radiale Bewegungskomponente durch die Massenträgheit und eine tangentiale Bewegungskomponente durch die Drehzahl der Turbine. Der Leitapparat lenkt die tangentiale Komponente um und beschleunigt das Öl in Richtung Pumpe. Das Öl tritt mit einer Restbewegungsenergie wieder in die Pumpe ein. Mit dieser Anordnung kann eine Drehzahl-Drehmomentenwandlung bis maximal 1:5 erreicht werden. Der Wirkungsgrad fällt an den Grenzen stark ab, weswegen in Fahrzeuggetrieben meistens Wandlerüberbrückungskupplungen eingesetzt werden, die den Schlupf zu Null machen und so den Wirkungsgrad stark verbessern. Mit dreistufigen Wandlergetrieben sind bei Straßenfahrzeugen Geschwindigkeiten von bis zu 300 km/h möglich (Beleg nötig).
Anwendungen
Straßenfahrzeuge
Strömungsgetriebe werden bei Straßenfahrzeugen vor allem im Bereich der automatischen Getriebe und im Nutzfahrzeugbereich eingesetzt.
Hydrostatische Kraftübertragungen
Hydrostatische Kraftübertragungen werden vor allem für Hilfsantriebe mit kleiner Leistung oder als Fahrantriebe bei Baumaschinen (Bagger) und Flurförderzeugen verwendet. Pumpe und Hydraulikmotoren können hier getrennt an günstiger Stelle angeordnet werden. Ein Nachteil ist der schlechte Wirkungsgrad, weshalb sie bei modernen Traktoren kaum verbreitet sind. Ausnahmen sind Leistungsverzweigte Getriebe, bei denen nur ein Teil der Antriebsleistung hydrostatisch übertragen wird.
Hydrodynamische Kraftübertragungen
Hydrodynamische Kraftübertragungen sind bei Automatikgetrieben anzutreffen, und ersetzen dort die Kupplung (Strömungskupplung) oder das gesamte Getriebe (Drehmomentwandler). Es gibt auch Mischbauformen zwischen mechanischer und hydrodynamischer Getriebebauart, wie z.B. das Differenzialwandlergetriebe (DIWA) des Herstellers Voith, bei dem die Motorleistung gleichzeitig zum Teil mechanisch und zum Teil hydrodynamisch übertragen wird, wobei der Anteil der beiden Übertragungsarten mit der Drehzahl variiert. (Beim Anfahren hoher Anteil der hydrodynamischen Übertragung, mit steigender Leistung steigender Anteil der mechanischen Kraftübertragung).
Retarder
Bei Omnibussen und anderen schweren Nutzfahrzeugen wird häufig ein Retarder als nahezu verschleißfreie Bremse eingebaut, um den Verschleiß der Reibungsbremsen zu vermindern, und die Sicherheit durch ein zweites, unabhängiges Bremssystem zu erhöhen. Ein Retarder ist eine Sonderbauform der Strömungskupplung, bei der das Turbinenrad feststehend ist. Die gesamte Bewegungsenergie des Pumpenrades wird in Wärme umgewandelt und an das Hydraulikmedium (bei Fahrzeugen meist Öl) abgegeben, welches gekühlt werden muss.
Schienenfahrzeuge
Antrieb
Hydrodynamische Kraftübertragung ist bei leistungsstarken Diesellokomotiven neben der dieselelektrischen Kraftübertragung eine von zwei möglichen Kraftübertagungsmethoden, da Schaltgetriebe für die Übertragung so hoher Antriebsleistungen nicht verfügbar sind. Die hydrodynamische Kraftübertragung bietet gegenüber der dieselelektrischen Variante den Vorteil einer Gewichtsersparnis, der durch ein geringeres Beschleunigungsvermögen erkauft wird. Ein Beispiel für eine Lokomotive mit hydraulischer Kraftübertragung ist die Baureihe 218 der Deutschen Bahn AG.
Bremse
Im Bereich der Schienenfahrzeugtechnik ist für den Retarder die Bezeichnung hydrodynamische Bremse (auch H-Bremse) gebräuchlich. Die Funktionsweise entspricht dem auch in Straßenfahrzeugen eingesetzten Retarder, die Bauteile müssen aber entsprechend leistungsfähiger ausgeführt sein, um die benötigten Bremskräfte aufbringen zu können; bei der Konstruktion der Kühlanlangen von mit einer hydrodynamischen Bremse ausgerüsteten Triebfahrzeugen muss die große abzuführende Wärmemenge berücksichtigt werden. Bekannte Fahrzeuge mit hydrodynamischer Bremse sind z.B. die Lokomotiven der Baureihe 218 oder die Triebwagen der Baureihe 612 der Deutschen Bahn AG.
Siehe auch
Weblinks
- hydrodynamisches Prinzip MPEG-Video von Voith Turbo, Marktführer bei hydrodynamischen Strömungsgetrieben; 5,7 MB
- Vereinfachter Getriebelängsschnitt des Turbogetriebe T 212 bre .gif-Bild eines hydrodynamischen Getriebes für Triebzüge, Bauart Wandler-Kupplung-Kupplung mit integriertem Retarder (hydrodynamische Bremse) und mechanischem Wendegetriebe für Zweirichtungsbetrieb des Fahrzeugs
- Voith Turbogetriebe T 212 bre WEB-Site Hersteller
- Voith Turbogetriebe T 212 bre Info als pdf, mit Kennliniendiagramm (222 kB)
- Funktionsweise Voith Retarder Animation
- Wells-Turbine und deren Anwendung
- Prospekt zur Baureihe 612 der Deutschen Bahn AG mit Zug- und Bremskraft Diagramm des Getriebes
