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Fliissip, keitsgetriebe.
Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsgetriebe nach dem Strömungsprinzip mit einem mit diesem organisch vereinigten nachgeschalteten zwei-oder mehrgängigen Zahnradwechselgetriebe für den Antrieb von Motorfahrzeugen aller Art, insbesondere Kraftwagen und Triebwagen.
Zahlreiche Ausführungen von Fahrzeuggetrieben sind bekannt, bei welchen hinter einem hydraulischen Getriebe, das aus einem oder mehreren hydraulischen Übersetzungsgängen und einem hydraulischen oder mechanischen Kupplungsgang besteht, ein zwei-oder mehrstufiges Zahnradwechselgetriebe angeordnet ist, welches die Gänge des hydraulischen Getriebes noch weiterhin übersetzt. Dieser Zusammenbau durch einfaches Hintereinanderschalten der beiden Getriebe führt zu grosser Baulänge und Platzbedarf und erhöht Gewicht und Kosten.
Es sind Flüssigkeitsgetriebe bekannt, bei denen in einem einzigen Kreislauf verschiedene hydraulische Gänge dadurch erreicht werden, dass ein Schaufelrad seine Funktion wechselt. Beispielsweise lässt man ein Leitrad mit dem festen Gehäuse des Flüssigkeitsgetriebes mit Hilfe eines Gesperres stillstehen, wodurch ein Drehmomentwandler von bestimmter Übersetzung entsteht. Um einen Wandler mit höherer Übersetzung zu erhalten, lässt man das gleiche Schaufelrad rückwärts rotierend über ein Kegelradwendegetriebe auf die Turbinenwelle des Fliissigkeitsgetriebes mittreiben. Schliesslich wird das unter bestimmten Betriebsbedingungen voreilende Schaufelrad durch ein zwischen Leitrad und Turbinenwelle angeordnetes Gesperre an die Turbinenwelle direkt angekuppelt, so dass eine reine hydraulische Kupplung entsteht.
Die mit dieser Anordnung erreichbaren Drehmomente in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl der Getriebehauptwelle bzw. von der Fahrgeschwindigkeit sind in Fahrsehaubild nach Fig. 1 durch die Linie 1-3-6-4-5 dargestellt. Einen Rückwärtsgang mit
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keiten.
Für verschiedene Anwendungsgebiete sind die so erhältlichen drei hydraulischen Gänge nicht ausreichend. Gemäss der Erfindung ist nun das Flüssigkeitsgetriebe, welches mindestens aus einem
Kreislauf mit den drei hydraulischen Gängen oder einem Drehmomentwandler, dem eine hydraulische oder mechanische Kupplung zugeordnet sein kann, besteht, mit dem nachgeschalteten Zahnrad- wechselgetriebe zu einer untrennbaren, baulichen Einheit vereinigt.
Teile des mechanischen Getriebes, wie Zahnrädergruppen, Wellen, Schalteinrichtungen od. dgl., werden ausser ihrer eigentlichen Aufgabe im nachgeschalteten Getriebe gleichzeitig auch wahlweise zu Funktionen im Flüssigkeitsgetriebe mit Vorteil und wesentlicher Verminderung des Bauaufwandes herangezogen. Zweckmässigerweise enthält das nachgeschaltete Zahnradgetriebe in an sich bekannter Weise mindestens eine getriebene Welle, die zur Abtriebswelle (Turbinenwelle) des Flüssigkeitsgetriebes parallel und mit dieser oder deren Verlängerung durch mindestens ein Zahnradpaar verbunden ist. Nach der Erfindung ist nun der Leitapparat unter Vermittlung von drei Stirnzahnrädern mit der zur Abtriebswelle des Flüssigkeitsgetriebes parallelen Welle im mechanischen Getriebe unmittelbar kuppelbar.
Dadurch wird das vom Leitapparat aufgenommene Drehmoment in dem dem Abtrieb entsprechenden Drehsinn und, infolge der Untersetzung in den drei Zahnrädern, unter Änderung der Grösse des Drehmoments dieser getriebenen Welle zugeleitet und schliesslich mit dem Moment der Abtriebswelle (Turbinenwelle) des Fliissigkeitsgetriebes durch unmittelbare Kupplung odt'gegebenenfalls unter Einsch ltung eines
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Zahnradpaars des mechanischen Getriebeteils vereinigt. Es steht also das aus der Summe beider Momente gebildete "erhöhte" Drehmoment an der Getriebeabtriebswelle zur Verfügung.
Da nun der nachgeschaltete Zahnradgetriebeteil mindestens zwei verschiedene Untersetzungsstufen enthält, wobei durch Einschaltung lediglieh eines weiteren Zahnrades in an sich bekannter Weise ein Rückwärts- gang erzielt werden kann, ist es gemäss der Erfindung möglich, die erhöhte"Momentenwandlung nicht nur, wie es dem Stand der Technik entspricht, in einem einzigen Gang (direkter Gang mit der Untersetzung 1 : 1), u. zw. nur für Vorwärtsfahrt, sondern beide Untersetzungsgänge für die Vorwärtsund für die Rückwärtsfahrt zur Kraftübertragung heranzuziehen.
Wie Fig. 1 in einem Fahrschaubild zeigt, stehen insgesamt sechs Gänge zur Verfügung, wovon fünf Gänge nacheinander entsprechend dem Linienzug 11-9-8-7-6-4-5 ausgenutzt werden.
Die in weiten Grenzen frei wählbaren Übersetzungen der Zahnräder für den Anschluss des rück- wärtsrotierenden Leitrades gestatten die,, Momenterhöhung" nach den besonderen Bedürfnissen des praktischen Fahrbetriebes festzulegen. Die Momentsteigerung in beiden Untersetzungsgängen kann verschieden hoch gewählt werden. In den weitaus meisten Fällen wird die Anordnung von nur zwei Untersetzungsstufen im mechanischen Getriebeteil den auftretenden Erfordernissen des Fahrbetriebs gerecht werden. Eine höhere Zahl von Untersetzungen ist natürlich ohne weiteres möglich.
In Fig. 2 ist ein Flüssigkeitsgetriebe, das zwei hydraulische Übersetzungsgänge und einen direkten hydraulischen Kupplungsgang in einem einzigen Kreislauf vereinigt hat, in der organisehen Einheit mit dem nachgeschalteten Zahnradwechselgetriebeteil, der zwei Untersetzungsstufen für Vorwärts-und eine für den Rückwärtsgang enthält, als eines der vielen Ausführungsbeispiele dargestellt. Der zweite Gang ist mit der Untersetzung 1 : 1 ein direkter Gang, der erste ein solcher von beliebig wählbarer Untersetzung. Es bezeichnet P das von der Antriebsmasehine 12 angetriebene Pumpenrad, T das Turbinenrad, L ein verschieden sehaltbares Schaufelrad, Leitrad genannt, eines Flüssig-
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welle zum verschieden sehaltbaren Leitrad L.
Dieses Schaufelrad L wird bei reinem hydraulischen Kupplungsbetrieb über ein Gesperre 16 an die Abtriebswelle 14 angekuppelt und läuft mit dieser um, was das Gesperre 17, welches nur bei Rückwärtsdrehung der Leitradhohlwelle 15 in Eingriff kommt, ohne weiteres gestattet. Das Leitrad L ist bei normalem Drehmomentwandlerbetrieb über die Hohlwelle 15 durch das Gesperre 17 auf die durch die Bremse 18 festgehaltene Bremstrommel19 kuppelbar. Die Bremstrommel19 ist mit einem Stirn zahnrad 20 durch eine Hohlwelle 21 verbunden und auf der Abtriebswelle 14 drehbar gelagert. Mit dem Zahnrad 20 steht das auf einer festen Achse lose drehbare Zwisehenzahnrad 23 und das Zahnrad 24 in dauerndem Eingriff.
Das Zahnrad 24 ist auf der Welle 25 lose drehbar und mit ihr durch ein Gesperre 26 nach Art eines Rollenfreilaufs gemäss Fig. 4 kuppelbar. Die Welle 25 fluehtet genau mit der Nebenwelle 27 des mechanischen Getriebeteils.
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bindung von der Welle 25 über das Zahnrad 31 zur Nebenwelle 27 her. Das auf der Abtriebswelle 14 fest aufgekeilte Zahnrad 29, welches zugleich als Mitnehmer für eine schaltbare, einfache Reibungs-
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Gang des mechanischen Getriebeteils. Mit den Zahnrädern 29 und 31 zusammen stellt das auf der Nebenwelle 27 feste Zahnrad. 32 und das auf der Getriebehauptwelle 35 befindliche Schaltrad 33 die Untersetzung im ersten Gang dar. Die Einschaltung dieser Untersetzung erfolgt nach Einrücken des Rades 3. 3 in Rad 32 durch die Reibungskupplung 28.
Das Schiebezahnrad 34 dient zur Schaltung für Rückwärtsfahrt im untersetzten Gang.
Die Wirkungsweise dieses Getriebes sei nachfolgend beschrieben :
Als Reihenfolge wird gewählt : hydrauliseher Kupplungsgang, Wandlergang mit normaler Drehmomentwandlung, Wandlergang mit"erhöhter"Drehmomentwandlung, zuerst mit Einschaltung des zweiten (direkten) Ganges im Untersetzungsgetriebe, dann des ersten untersetzten Ganges für Vorwärtsfahrt und schliesslich für die Rückwärtsfahrt.
Im hydraulischen Kupplungsgang ist die Bremse 18 festgezogen. Die Bremstrommel19, die Bremshohlwelle 21 und das Zahnrad 20 stehen zum Gehäuse des Flüssigkeitsgetriebes 1. 3 daher still, ebenso die mit ihnen in Eingriff befindlichen Zahnräder 23 und 24. Die Antriebsmaschine 1 : 2 treibt das Pumpenrad P des Flüssigkeitsgetriebes 13 an. Infolge der inneren Strömungsvorgänge wird das Turbinenrad T angetrieben. Das verschieden schaltbare Leitrad L kuppelt sich im Kupplungsgang, da hiebei das Moment der Antriebsmaschine 12 (Primärmoment) gleich dem Moment der Abtriebswelle 14 (Sekundärmoment) ist, mittels Gesperre 16 an die Abtriebswelle 14 selbsttätig an.
Die Kraft- übertragung erfolgt von der Abtriebswelle 14 über das als Mitnehmer ausgebildete Zahnrad 29, die Reibungskupplung 30 unmittelbar auf die Getriebehauptwelle 35. Im Fahrschaubild nach Fig. 1 entspricht diesem Kupplungsgang die Linie 5-4.
Im Wandlergang wird an der Stellung der Bremse gegenüber dem Kupplungsgang nichts ge- ändert. Da nun entsprechend der normalen Übersetzung im Wandler das Moment an der Abtriebswelle 14 (Sekundärmoment) grösser als das des Antriebs (Primärmoment) ist, muss das Leitrad L das
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Abtriebswelle 14 durch das Gesperre 17 gehindert, welches sich auf die festgebremste Bremstrommel 19 abstützt. Eine Änderung am weiteren Weg der Kraftübertragung gegenüber dem hydraulischen Kupplungsgang erfolgt nicht. (Linie 4-6-. 3-. 3 in Fig. 1).
Soll im Wandlergang mit ,erhöhter" Momentenwadlung gefahren werden, wird nun auch die Bremse 18 freigegeben. Das Leitrad L treibt über die Leitradhohlwelle 15, das Gesperre 17, die jetzt frei drehbare Bremstrommel 19, die Bremswelle M, das Zahnrad 20 im entgegengesetzten Sinne an, wie die Abtriebswelle 14 des Flüssigkeitsgetriebes 1. 3 umläuft. Das Drehmoment des Leitrades L wird weiterhin über das lose Zwischenzahnrad 2. 3, das Zahnrad 24, das Gesperre 26, die Welle 25, das Zahnrad 31 und das auf der Abtriebswelle 14 sitzende Zahnrad 29 übertragen. Hier vereinigt es sich mit dem Abtriebsmoment des Turbinenrades T und wird über die eingeschaltete, einfache Reibungskupplung 30 auf die Getriebehauptwelle 35 weitergeleitet.
Das an der Getriebehauptwelle 85 zur Ver- fügung stehende gesamte Drehmoment zeigt die Linie 1-. 3 der Fig. 1.
Wird nun durch usrückung der Reibungskupplung. 30 und Einrücken der Reibungskupplung 28 der erste Gang mit Untersetzung im mechanischen Getriebeteil eingeschaltet, so verläuft gemäss der im normalen Wandlergang von der Abtriebswelle 14 des Flüssigkeitsgetriebes 13 über die Zahnräder 29
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Zahnrad 33 zur Getriebehauptwelle. 35. Das Drehmoment im Kupplungsgang bei eingeschalteter Untersetzung ist durch die Linie 7-8, das des Wandlers durch die Linie 8-9-10 der Fig. 1 dargestellt.
Bei der Schaltung auf ,erhöhte" Drehmomentwandlung vereinigt sich der Kraftfluss, herrührend vom Turbinenrad T, auf dem Wege über die Abtriebswelle 14 und das Zahnrad 29 nunmehr am Zahnrad vol mit dem Kraftfluss vom riiekwärtsrotierenden Leitrad L auf dem Wege über
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die Bremswelle 21, die Zahnräder 20, 23 und 24, das Gesperre 26, die Welle 2-5. Die Kraftübertragung erfolgt über die Reibungskupplung dz das Zahnrad. 32, das eingeschaltete Schiebezahnrad 33 auf die Getriebehauptwelle 35.
Es wird also auch bei der Einschaltung des ersten Ganges im mechanischen Getriebeteil nur die Bremse 18 gelöst, um die"erhöhte" Drehmomentwandlung wirksam werden zu lassen. Die Vereinigung der Momente erfolgt also im zweiten (direkten) Gang am Zahnrad 29, im ersten (untersetzten) Gang am Gegenrad 31. Die Linie 9-11 zeigt die grossen an der Getriebehauptwelle 35 zur Verfügung stehenden Momente.
Zur Rückwärtsfahrt steht nach Einschaltung des Schiebezahnrades. M zwischen die Zahnräder 32 und 33 ein Drehmoment in der Getriebehauptwelle J zur Verfügung, das alle drei hydrau-
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der Linie 11-9-8-7 enthält. Die Verminderung der Momente infolge der geringfügigen Verkleinerung des Wirkungsgrades durch das zusätzlich eingeschaltete Zahnrad 34 ist in der genannten Linie nicht gezeichnet.
Im Fahrbetrieb wirkt sich diese ausserordentlich elastische Kraftübertragung im Momenten-
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gungen und in schwerem Gelände erfolgt mit gelöster Bremse 18 und eingeschaltetem ersten Gang des mechanischen Getriebeteils. Dieser Arbeitsbereich mit der ,,erhöhten" Momentenwandlung weist besonders hohe Abtriebsmomente auf, die, von einem Höchstwert bei der Geschwindigkeit Null beginnend, stetig und selbsttätig abnehmen (Linie 11-9). Im Umschaltpunkt 9 ist lediglich die Bremse 18 zur Feststellung des Leitrades L einzurücken, worauf mit dem normalen Wandlergang der Bereich 9-8 und nach voll selbsttätiger Zuschaltung des Leitrades L an die Abtriebswelle 14 mit dem hydraulischen Kupplungsgang gemäss der Linie 8-7 gefahren wird.
In Punkt 7, der einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit entspricht, ist lediglich im mechanischen Getriebeteil die Reibungskupplung 28 aus-und die Reibungskupplung 30 einzuschalten, wobei sich beim Kreislauf in bekannter Weise die Umschaltung selbsttätig auf den normalen Wandlerbetrieb vollzieht. Für die höheren Geschwindigkeiten stehen die Momente 6-4, nach der Umschaltung auf hydraulische Kupplung im Punkt 4 die Momente 4-5 bis zur Höchstgeschwindigkeit zur Verfügung. Dieser hydraulische Kupplungsgang entspricht dem sogenannten direkten Gang beim Zahnradgetriebe.
Es ist natürlich auf flacheren Strecken ohne weiteres möglich, mit dem zweiten (direkten) Gang mit und ohne ,,erhöhte" Drehmomentwandlung anzufahren.
Werden die Zähnezahlen der Zahnräder 29 und 31 beispielsweise gleich gross gewählt, wodurch die ganze Untersetzung des ersten Ganges in die Zahnräder 32 und 33 gelegt ist, so ist das prozentuale
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mechanischen Untersetzungsstufen gleich gross. Dem entspricht Fig. 1. Da damit auch die zwei Reibungskupplungen 28 und 50 gleich belastet sind, werden sie vorteilhafterweise auch ganz gleich ausgeführt. Zweckmässigerweise wird man aber ungleiche Zähnezahlen für die Zahnräder 29 und 31 wählen und somit verschiedene Werte für die Erhöhung"des Momentes durch das rückwärts rotierende Leitrad in den mechanischen Stufen erhalten, was für verschiedene Anwendungsfälle vorteilhaft sein kann.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, ein Flüssigkeitsgetriebe mit den drei hydraulischen
Gängen in einem einzigen Kreislauf in organischem Zusammenbau mit einem ebenfalls zweistufigen mechanischen Untersetzungsgetriebe mit einem Rückwärtsgang, dessen Getriebehauptwelle jedoch nicht, wie in Fig. 2, mit der Abtriebswelle des Flüssigkeitsgetriebes in gleicher Flucht liegt, sondern zu ihr versetzt ist. Die Getriebehauptwelle 50 in Fig. 3 ist beispielsweise tiefer als die Abtriebswelle. 36 des Flüssigkeitsgetriebes 37 angeordnet. Ein so ausgebildetes Getriebe ist wegen seiner nur geringen
Bauhöhe für manche Einbaufälle besonders geeignet, da der Motor ohne bauliche Veränderungen im
Fahrzeug ziemlich hoch oder auch tief angeordnet werden kann.
Alle drei hydraulischen Gänge werden in jeder der mechanischen Untersetzungsstufen wirksam.
Die Bezeichnung der Schaufelräder P, T, L im Kreislauf entspricht der Fig. 2. 36 ist die Abtriebswelle des Flüssigkeitsgetriebes 37, 38 die Hohlwelle zum Leitrad L. An Stelle der zwei Gesperre 16 und 17 nach Art von Rollgesperren in Fig. 2 tritt beispielsweise eine an sieh bekannte, unter Einwirkung des Leitrades L sieh selbsttätig umschaltend Kupplungsvorrichtung (39, 40, 41, 42), bei welcher zwangsläufig immer nur die eine oder andere von zwei in einer Doppelklauenkupplung vereinigten Kupplungen in Wirksamkeit ist, so dass eine gleichzeitige Wirkung beider Kupplungen ausgeschlossen ist.
Die auf einem mehrgängigen Gewinde : 39 der Hohlwelle.'18 axial verschiebbare Kupplungsmuffe 40 kuppelt mit ihren Klauen bei Bewegung nach rechts die Leitradhohlwelle. 38 an den Flansch 41 der Abtriebswelle.'36 (hydraulischer Kupplungsgang), bei Bewegung nach links die Leitradhohlwelle 38 an die lose drehbare Hohlwelle 42, die die Bremstrommel 4. 3 und ein Zahnrad 44 trägt. Durch die Bremse 45 ist die Bremstrommel 43 feststellbar (normaler Wandlergang). Das Gesperre 58 nach Art des Rollenfreilaufs gemäss Fig. 4 und die das lose drehbare Zahnrad 57 tragende Welle 56 fluchten mit der Getriebehauptwelle 50.
Der Aufbau der übrigen mechanischen Teile ist grundsätzlich gleich der Fig. 2.
Die Wirkungsweise dieses Getriebes ist kurz folgende :
Bei festgestellter Bremse 45 erfolgt die Kraftübertragung im hydraulischen Kupplungsgang und im normalen Wandlergang von der Abtriebswelle 36 des Flüssigkeitsgetriebes. 37 im mechanisch weniger untersetzten Getriebegang (zweiter Gang) über das Zahnrad 48, das Gegenrad 49, die eingeschaltete, beispielsweise einfache Reibungskupplung 46 auf die Getriebehauptwelle 50, im stärker untersetzten Getriebegang (erster Gang) über das als Mitnehmer ausgebildete Zahnrad 48, die eingeschaltete, einfache Reibungskupplung 47, das Sehiebezahnrad. ?, das Zahnrad. 3. 3 auf die Getriebehauptwelle 50.
Soll der Wandler mit"erhöhter" Drehmomentwandlung arbeiten, so wird die Bremse 45 freigegeben. Das rückwärts umlaufende Leitrad L gibt sein Drehmoment über die im linksseitigen Eingriff befindliche Klauenmuffe 40 auf die Hohlwelle 42, das Zahnrad 44, das auf der festen Achse M lose drehbare Zahnrad 56, das Zahnrad 57, das Gesperre 58, die Welle 59 auf das auf ihr festsitzende Zahnrad 49 ab, wo es sich im weniger untersetzten mechanischen Getriebegang mit dem mit der Abtriebswelle 36 über das Zahnrad 48 kommenden Drehmoment des Turbinenrades T vereinigt. Im stärker untersetzten mechanischen Gang erfolgt die Vereinigung am Gegenrad 48.
Eine Rüekwärtsfahrt ist im stärker untersetzten Gang durch Einschalten eines Schieberades 54 zwischen die Zahnräder 52 und 53 in bekannter Weise möglich.
Auch bei der Getriebeanordnung nach Fig. 3 ist das Fahrschaubild nach Fig. 1 erreichbar.
Ein Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die drei Zahnräder 20, 2.'1, 24 in Fig. 2 bzw. 44, 56,57 in Fig. 3 zur Übertragung des Drehmomentes vom rückwärts umlaufenden Leitrad L zur Welle 25 bzw. 59 bei angezogener Bremse 19 bzw. 45, also im hydraulischen Kupplungsgang und im normalen Wandlerbetrieb frei von jeglichem Zahndruek sind, stillstehen und daher kein Geräusch verursachen.
Das Gesperre 26 bzw. 58 nach Fig. 4 kann grundsätzlich an beliebiger Stelle des Rädertriebes für das Leitrad, der nur in einigen mechanischen Gängen höchstens fünf Zahnräder (z. B. in Fig. 3 die Zahnräder 44, 56, 57, 49 und 48) umfasst, eingebaut sein. Ein weiterer technischer Fortschritt ergibt sich dadurch, dass man das Gesperre durch geeignete Wahl der einzelnen Zahnradstufen im Bereich des kleinsten Drehmomentes dieser Kraftübertragung anordnen kann. Das Gesperre wird dadurch klein, leicht und billig.
In der Anordnung nach Fig. 3, bei welcher beispielsweise die zwei Gesperre 16 und 17 der Fig. 2 durch eine sich selbsttätig umsehaltende Kupplungsvorrichtung ersetzt sind, ist bei Vorwärtsfahrt mit hydraulischem Kupplungsgang oder im normalen Wandlergang das Fahrzeug durch das Gesperre 58 (Fig. 4), die Zahnräder 57, 56, 44 und die durch die eingerückte Bremse 45 stillgesetzte Bremstrommel4 : 3 nach rückwärts gesperrt. Ein in der Steigung haltendes Fahrzeug kann also infolge dieser "selbst-
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