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Hydrodynamisches, aus einem leistungsverzweigenden Differentialgetriebe, einem Strömungsgetriebe und einem Wechselgetriebe bestehendes Getriebe, insbesondere für
Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmtes Getriebe mit einem leistungsverzweigenden Differential, einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem Planetenradgetriebe, das in dem von der Turbine des D. rehmomentwandlers zur Abtriebswelle des Getriebes führenden Leistungszweig liegt und als Geschwindigkeitswechselgetriebe dient.
Bei einem solchen Getriebe bekannter Art ist das Planetenradgetriebe einstufig ausgebildet und mit seinem Aussenrad an die Abtriebswelle und mit seinem Planetenradträger an die Turbine des Drehmomentwandlers fest angeschlossen, während sein Sonnenrad an die Turbine und ein zusätzliches Laufrad des Wandlers anschaltbar ist. Die dafür zwischen Wandler und Planetenradgetriebe vorgesehenen besonderen Freilauf-, Kupplungs- und Sperreinrichtungen verwickeln und verteuern denAufbau des Getriebes und beeinträchtigen seine Betriebssicherheit.
Zur Vermeidung dieses Nachteils wird erfindungsgemäss die Ausführung des Getriebes so getroffen, dass seinDrehmomentwandler als einzige umlaufende Teile die Pumpe und die Turbine aufweist, das mindestens zweistufige Planetenradgetriebe mit seinen Sonnenräder bzw. seinem Sonnenrad an die Turbine des Drehmomentwandlers und mit seinem Planetenradträger an die Abtriebswelle des Getriebes starr
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Dadurch wird ermöglicht, das Getriebe besonders einfach, billig und raumsparend herzustellen und die Anzahl seiner Störungsquellen auf ein Mindestmass zu beschränken. Hiezu trägt sowohl der Fortfall des zusätzlichen Wandlerlaufrades als auch die ausschliesslich starre Verbindung der Teile des Planetenradgetriebes mit der Pumpe und Turbine des Drehmomentwandlers bei, welche die Wirkung der Freiläufe, Kupplungen und Gesperre der bekannten Ausführung dem Planetenradgetriebe selbst überträgt. Die Umschaltung des Planetenradgetriebes auf die einzelnen Geschwindigkeitsstufen erfolgt dabei in gleichfalls einfacher Weise nur durch die wahlweise Festlegung der Aussenräder des Planetenradgetriebes ohne Mitwirkung des Drehmomentwandlers, der deshalb in allen Schaltstellungen des Planetenradgetriebes als Drehmomentwandler arbeiten kann.
Die wahlweise Sperrung der Aussenräder des Planetenradgetriebes kann auf mechanischem, elektrischem oder hydraulischem Wege bewirkt werden. Die hydraulische Betätigung der Sperrung erfolgt zweckmässig mit Hilfe des im Druckraum des Drehmomentwaprilers herrschenden Druckes, dessen Verwendung zum Auslösen von Schaltvorgängen bei Drehmomentwandlern zwar an sich bekannt ist, im vorliegenden Fall aber den Vorteil hat, dass sie die Sperrwirkung selbsttätig dem vom Drehmomentwandler abgegebenen Drehmoment anpasst. Werden dabei als Sperrmittel zur Festlegung der Aussenräder Bremsen benutzt, so wird zwischen dem Druckraum des Drehmomentwandlers und den zu den einzelnen Bremsen führenden Leitungen vorteilhaft ein Schaltventil vorgesehen, das bei der Betätigung einer der Bremsen jeweils die andern Bremsen selbsttätig entlastet.
Der Erfindungsgegenstand ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. 1 eine Prinzipskizze, Fig. 2-5 verschiedene Ausführungsformen des Getriebes und Fig. 6 und 7 die
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Anordnung und Ausbildung der Getriebeschaltung.
In der Darstellung nach Fig. 1 ist mit A das leistungsverzweigende Differential, mit B das Strömungs- getriebe und mit C die Abtriebswelle des Gesamtgetriebes bezeichnet. Für die Kraftübertragung vom Differential A zur Abtriebswelle C ist der rein mechanische Leistungszweig D und der über das Strömungsge- triebe B führende hydraulische Leistungszweig E vorgesehen. Bei bekannten Ausführungen ist das zusätzli- che SchaltgetriebeF', wie gestrichelt angedeutet, in Richtung des Kraftflusses hinter die Vereinigung beider Leistungszweige D und E gelegt. Jeder Schaltvorgang im Getriebe F'bedeutet also eine minde- stens zeitweise Unterbrechung des gesamten Kraftflusses.
Die erfindungsgemässe Ausführung verlegt das zusätzliche Schaltgetriebe F an eine Stelle vor der
Vereinigung der Leistungszweige D und E in den hydraulischen Leistungszweig E. Bei Betätigung des Schaltgetriebes F wird demnach nur der hydraulische Leistungszweig E zeitweise unterbrochen, u. zw. ge- wöhnlich bei einem Betriebszustand, in dem der über das Strömungsgetriebe laufende Leistungsanteil nur noch sehr klein ist. Der mechanische Leistungszweig D bleibt ohne jede Unterbrechung. Hierin liegt das grundsätzlich neue Merkmal der Erfindung.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen dient als leistungsverzweigendes Differential ein Planetenradsatz, dessen Aussenrad 2 nach Fig. 2 mit der Antriebswelle 1 in dauernder Verbindung steht ; sein Sonnenrad 3 ist mit dem Pumpenlaufrad 4 des Strömungsgetriebes, sein Planetenradträger 5 mit der Abtriebs- welle 7 fest vsrbunden. Das Pumpenlaufrad 4 ist durch eine willkürlich gesteuerte oder selbsttätig wirkende Bremse 8 festlegbar.
Die Hohlwelle 10 der Turbine 9 des Strömungsgetriebes trägt die Sonnenräder 11 und 14 zweier Planetenradsätze, deren Planetenräder 12 und 15 auf einem gemeinsamen, mit der Abtriebswelle 7 fest verbundenen Träger 17 gelagert sind. Den Aussenrädem 13 und 16 der Planetenradgetriebe sind die von einander unabhängigen Bremsen 18 und 19 zugeordnet.
Wenn die Pumpenbremse 8 gelöst und eine der Bremsen 18 oder 19 angezogen ist, leitet das dem Strömungsgetriebe vorgeschaltete Planetenradgetriebe 2,3, 5,6 die Leistung aus der Antriebswelle 1 je nach der Grösse des der Drehung der Abtriebswelle 7 entgegenwirkenden Widerstandes einesteils über die Pumpe 4 und die Turbine 9 und andernteils unmittelbar zur Abtriebswelle 7 fort. Durch das Anziehen der Bremse 8 wird die Pumpe 4 stillgesetzt. Dann wird die gesamte Antriebsleistung über den Planetenradträger 5 des nunmehr mit feststehendem Sonnenrad 3 arbeitenden Differentials auf die Abtriebswelle 7 übertragen.
Das zwischen Turbinenwelle 10 und Abtriebswelle 7 angeordnete Planetenradgetriebe und seine Bremsen ersetzen somit die sonst zwischen diesen Wellen vorgesehene Freilaufeinrichtung. Darüberhinaus aber ermöglicht diese Anordnung eine Abstufung des auf die Abtriebswelle ausgeübten Drehmomentes und eine wirksame Abbremsung dieser Welle mit Hilfe des Strömungsgetriebes.
Bei rein hydraulisch oder leistungsverzweigend arbeitendem Gesamtgetriebe, d. h. bei gelöster Bremse 8, bestimmt nämlich die Auslegung desjenigen Planetenradsatzes 11,12, 13 bzw. 14,15, 16, welcher der jeweils angezogenen Bremse 18 bzw. 19 zugeordnet ist, die Grösse des von der Turbine 9 aus auf die Abtriebswelle ausgeübten Drehmomentes.
Diese Grösse lässt sich dadurch ändern, dass man durch entsprechende Betätigung der Bremsen 18 oder 19 den einen oder den andern der beiden Planetenradsätze zur Wirkung kommen lässt, wobei natürlich statt dieser beiden Radsätze im Bedarfsfalle noch weitere vorgesehen werden können, um die Möglichkeiten der Drehzahl-Abstufung zu vergrössern. Auf diese Weise lässt sich bei gleichbleibendem Antriebsdrehmoment das Abtriebsdrehmoment des Gesamtgetriebes der wechselnden Belastung der Abtriebswelle leicht anpassen, wie das beispielsweise bei der Verwendung des Getrie- bes in Kraftfahrzeugen während des Anfahrens oder zum Überwinden von Geländeschwierigkeiten besonderer Art (Berggang, Kriechgang) erwünscht ist.
Umgekehrt lässt sich bei treibender Abtriebswelle, z. B. während der Talfahrt bei Kraftfahrzeugen, eine äusserst wirksame zusätzliche Bremsung durch sinngemässe Betätigung der Bremsen 8, 13 und 19 erreichen. Sind hiebei die Pumpenbremse 8 und eine der Bremsen 18 oder 19 angezogen, so wird der Turbine 9 über das der angezogenen Bremse zugeordnete Planetenradgetriebe von der Abtriebswelle 7 aus ein Dreh moment aufgezwungen, das dann im Strömungskreis durch Flüssigkeitsreibung vernichtet wird. Auch hiebei ist die Bremswirkung abhängig von der Auslegung des jeweils über die Bremse 18 bzw. 19 zur Wirkung gebrachten Planetenradgetriebes, so dass die Bremsung ebenfalls in Stufen und je nach den Erfordernissen erfolgen kann.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3-5 ist das Wechselgetriebe noch durch ein gleichfalls aus einem Planetenradsatz bestehendes Wendegetriebe ergänzt worden, u. zw. ist nach Fig. 3 dieses Wendegetriebe dem das Wechselgetriebe einschliessenden Gesamtgetriebe nachgeschaltet, während es nach den Fig. 4 und 5 ebenso wie das Wechselgetriebe selbst zwischen der Turbinenwelle und der Abtriebswelle, also im hydraulischen Teil der Leistungsverzweigung, vorgesehen ist.
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Wie Fig. 3 erkennen lässt, ist auf der Abtriebswelle 7 das Sonnenrad 20 eines Planetenradgetriebes angeordnet, dessen Aussenrad 21 über eine Trommel bzw. Glocke 22 an die Endwelle 27 angeschlossen ist. Der Träger 23 der Planetenräder 24 ist mit seiner Hohlwelle 25 in dem ortsfesten Gehäuse 26 drehbar gelagert ; er kann mit Hilfe seiner verschiebbaren Kupplungsmuffe 28 und der Gegenklauen 29 und 30 wahlweise mit dem ortsfesten Gehäuse 26 oder mit der Glocke 22 starr verbunden werden, wodurch dann ein Wechsel des Drehsinns der Endwelle 27 erfolgt.
Nach Fig. 4 sind die Planetenräder 12 und 15 des Wechselgetriebes starr miteinander verbunden ; sie werden gemeinsam durch das auf der Antriebswelle 10 angeordnete Sonnenrad 14 angetrieben. Das mit dem Planetenrad 15 kämmende Aussenrad 16 ist über die Glocke 33 mit dem Sonnenrad 20, der Träger 32 der Planetenräder 24 unmittelbar mit der Abtriebswelle 7 fest verbunden. Durch Betätigung der Brem- sen 18 und 19 erfolgt auch hiebei der Wechsel des Übersetzungsverhältnisses, während mittels der Bremse 31 die Umkehr des Drehsinns der Abtriebswelle 7 bewirkt wird.
Man könnte das Planetengetriebe mit den Aussenrädem 13 und 16 auch spiegelbildlich zur Darstellung nach Fig. 4 anordnen und die Glocke 33 mit dem Aussenrad 13 fest verbinden. Dann erfolgt bei Betätigung der Bremsen 31 ebenfalls eine Umkehrung der Drehrichtung.
Die Ausführung nach Fig. 5 zeigt insofern eine andere Ausbildung des Gesamtgetriebes, als hier das
Wechselgetriebe einschliesslich des Wendegetriebes räumlich zwischen der Antriebswelle 1 und dem Strömungsgetriebeangeordnetist. Die Planetenräder 6 des leistungsverzweigenden Differentials, die miteinander verbundenen Planetenräder 12 und 15 des Geschwindigkeitswechselgetriebes und die Planetenräder 24 des Wendegetriebes sind auf einem gemeinsamen Planetenradträger 34 gelagert, der in Lagern 37 und 38 läuft und über ein Vorgelege 35,36 mit der Abtriebswelle 7 in Verbindung steht. Das Sonnenrad 3 des leistungsverzweigenden Differentials ist an die Pumpe 4, das Sonnenrad 14 des Geschwindigkeitswechselgetriebes an die Turbine 9 des Strömungsgetriebes und das Sonnenrad 20 des Wendegetriebes an das Aussenrad 16 des Wechselgetriebes angeschlossen.
In ihrer Wirkungsweise entspricht diese Ausführung derjenigen nach Fig. 4.
Eine besondere Eigenart der Getriebe nach Fig. 4 und 5 besteht darin, dass man bei ihnen mittels des Antriebsmotors und des Rückwärtsganges eine Bremsung erreichen kann, die sich bis zur Rückwärtsfahrt des mit dem Getriebe ausgestatteten Fahrzeuges steigern lässt. Wird nämlich während der Talfahrt des Fahrzeuges bei gelösten Bremsen 18 und 19 die Bremse 31 angezogen, so wird dadurch von der Abtriebswelle 7 aus die Turbine 9 rückläufig angetrieben. Schon dadurch ergibt sich eine starke Bremsung durch Flüssigkeitsreibung innerhalb des Strömungskreises.
Lässt man dann noch den Motor unter Lösung der Bremse 8 auf die Pumpe 4 arbeiten, so wirkt deren Leistung der entgegengesetzt zu ihrem eigentlichen Drehsinn umlaufenden Turbine entgegen und verstärkt dadurch die Bremswirkung bis zum völligen Stillstand und gegebenenfalls darüberhinaus bis zum Antreiben der Turbine in ihrer normalen Drehrichtung; das hat dann über das Wendegetriebe den Antrieb des Fahrzeuges zur Rückwärtsfahrt zur Folge.
Die Steuerung und Betätigung der einzelnen Bremsen kann in der aus Fig. 6 und 7 ersichtlichen Weise erfolgen. Nach Fig. 6 fördert eine z. B. von der Abtriebswelle des Getriebes angetriebene Pumpe 39 das Druckmittel für die Betätigung der Pumpenbremse 8. In der zu dieser Bremse 8 führenden Leitung 40 ist ein Steuerschieber41 vorgesehen, der unter der Einwirkung eines Fliehkraftreglers 42 steht. Der Regler 42 wird von der Abtriebswelle des Getriebes aus in dem Sinne gesteuert, dass er bei einer bestimmten Abtriebsdrehzahl den Schieber 41 in seine die Verbindung zwischen der Pumpe 39 und der Bremse 8 freigebende Stellung bewegt wird, wodurch die Pumpe 4 des Strömungsgetriebes festgehalten wird.
Bei gesperrter Leitung 40, d. h. bei arbeitendem Strömungsgetriebe, stellt der Steuerschieber 41 die Verbindung zwischen der Förderpumpe 39 und einem Mehrwegeventil 43 her, von dem aus das Druckmittel über entsprechende Leitungen 44,45 und 46 den einzelnen Bremsen 18,19 und 31 des Wechsel- und Wendegetriebes zugeführt werden kann.
Die Steuerung des Mehrwegeventils 43 kann von Hand erfolgen. Ebenso ist für den Steuerschieber 41 noch ein Schaltgestänge 47,48 vorgesehen, das an das Gaspedal des Antriebsmotors angeschlossen sein kann und die willkürlich Verstellung des Steuerschiebers 41 ermöglicht. Die zur Rückführung des Druckmittels bzw. zur Entlastung der Bremsen dienenden Leitungen sind der Übersichtlichkeit wegen in Fig. 6 nicht mit eingezeichnet.
Bei der Steuerung nach Fig. 7 wird das zur Betätigung der Bremsen 18,19 und 31 dienende Druckmittel auf der Druckseite der Pumpe dem Strömungsgetriebe selbst entnommen. Die mit einem Überdruckventil 49 ausgestattete Förderpumpe 39 wird von der Antriebswelle 1 aus angetrieben und ist in erster Linie dazu bestimmt, über Rückschlagventile 50 und 51 einerseits über die Leitung 52 und anderseits über die Leitung 53 und die hohle Welle 7 die Füllung des Strömungskreises im Strömungsgetriebe aufrecht zu
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erhalten. Ausserdem ist sie über die Leitungen 54 und 55 an die Bremse 8 der Pumpe 4 des Strömungsge- triebes und an ein Steuerventil 56 angeschlossen.
Der Steuerschieber 41 gibt in gleicher Weise wie in
Fig. 6 die Leitung 54 unter der Einwirkung des von der Abtriebswelle 7 angetriebenen Fliehkraftreglers 42 bzw. des willkürlich betätigten Steuergestänge 47,48 frei. Die an seinem Zylinder vorgesehene Lei- tung 57 dient zur Entlastung der Bremse 8.
Die von der Druckseite des Strömungskreises ausgehende Leitung 58 führt zu dem Küken 59, dessen
Gehäuse 60 über die Leitungen 61,62 und 63 an die Bremsen 18,19 und 31 des Schaltgetriebes ange- schlossen ist. Eine weitere Leitung 64,65 wird über das Ventil 56 geschlossen, das bei geöffneter Lei- tung 54 von der Pumpe 39 aus beaufschlagt wird. Die Entlastung der Bremsen 18,19 und 31 erfolgt unter
Vermittlung des mit entsprechenden Durchbrechungen versehenen Kükens 59 über die Rücklaufleitung 66, die ebenso wie die Leitung 57 zu einem (nicht gezeichneten) Sammelbehälter führt, aus dem die Pumpe 39 ansaugt.
In der gezeichneten Stellung sperrt der Steuerschieber 41 die Leitung 54, so dass die Bremse 8 der
Pumpe 4 gelöst und über die Leitung 57 entlastet ist. Das Küken 59 verbindet die Bremse 19 über die Leitungen 65,64 und 58 mit der Druckseite der Pumpe 4 des Strömungskreises, während die Bremsen 18 und 31 drucklos sind. Die Turbine 9 treibt also über das Planetenradgetriebe 14,15, 16 mit einer dessen Auslegung entsprechenden Übersetzung die Welle 7, wobei das Wendegetriebe 20,21, 24 wirkungslos mit umläuft. Damit ist die normale Fahrstellung des Getriebes gegeben.
Zur Überwindung stärkerer Fahrwiderstände, z. B. bei besonderen Geländeschwierigkeiten, kann mit
Hilfe des Kükens 59 die Verbindung zwischen den Leitungen 58 und 61 hergestellt werden, so dass dann die Bremse 18 angezogen wird und das Innenrad 14 über die kleinere Übersetzung des Getriebes 12, 13 auf die Abtriebswelle 7 arbeitet. Die Bremse 19 wird dabei gelöst und entlastet sich über die Leitung 65 und 64 bzw. 62 zur Rückleitung 66 hin.
Für die Rückwärtsfahrt wird die Leitung 63 über das Küken 59 an die Leitung 58 angeschlossen und damit unter Entlastung der Bremsen 18 und 19 die Bremse 31 angezogen, wodurch das ihr zugeordnete Wendegetriebe 21,24 in Tätigkeit tritt.
Der Fliehkraftregler 42 setzt bei der Vorwärtsfahrt nach Erreichen einer vorbestimmten Abtriebsdrehzahl über den Steuerschieber 41 die Bremse 8 unter Druck, so dass die Pumpe 4 stillgesetzt, der Strömungsteil des Getriebes unwirksam gemacht und die direkte Übertragung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle hergestellt wird. Dabei wird gleichzeitig von der Leitung 54 aus das Steuerventil 56 derart verstellt, dass sich auch die Bremse 19, solange das Küken 59 die gezeichnete (Fahr-) Stellung einnimmt, über die Leitung 67 nach der Leitung 66 hin entlastet. Bei normaler Fahrt im direkten bzw. mechanischen Gang sind also sämtliche Bremsen des Wechsel- und Wendegetriebes gelöst.
Die bereits angeführte zusätzliche Bremsung mit Hilfe des Strömungsgetriebes des Getriebes erfolgt dadurch, dass man über das Küken 59 die Leitung 58 wahlweise mit einer der Leitungen 61,62 oder 63 verbindet. Die Form des Kükens und die Lage der Anschlüsse der einzelnen Leitungen am Gehäuse 60 ist dabei so gewählt, dass eine Entlastung der jeweils nicht angezogenen Bremsen 18,19 oder 31 nach der Leitung 66 hin selbsttätig erfolgt. Für die gleichfalls schon elwähnte Bremsung mit Hilfe des Wendegetriebes und des Drehmomentes des Motors wird der Steuerschieber 41 von dem Gestänge 47,48 aus in die Stellung bewegt, in der er die Bremse 8 von der Pumpe 39 trennt und über die Leitung 57 entlastet.
Der die Bremsen 18,19 und 31 anziehende Druck ist bei der Ausführung nach Fig. 6 nur vondem Förderdruck der Pumpe 39 abhängig, der durch das Überdruckventil 49 konstant gehalten wird. Der in Fig. 7 dargestellte Anschluss der Leitung 58 an den hinter der Pumpe4 liegenden Teil des Strömungskreislaufes passt dagegen den Bremsdruck selbsttätig dem durch das Strömungsgetriebe abgegebenen Drehmoment an, so dass sich eine besonders zuverlässige und stets ausreichende Wirkung der Bremsen 18, 19 und 31 ergibt. Beim Bremsen des Fahrzeuges mit Hilfe des Strömungsgetriebes arbeitet die Turbine 9 als Pumpe. Dabei herrscht der niedrigste Druck im Strömungskreis an der Einmündung der Leitung 52, welche in diesem Fall über ihr Rückschlagventil 50 die Füllung des Strömungskreises übernimmt.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Strömungsgetriebe mit einer Turbine 9 ausgestattet, die im engsten Durchmesser des Strömungskreises angeordnet ist und gegenläufig zur Pumpe 4 arbeitet.
Bei diesen Getrieben ergibt die Anwendung der Erfindung besondere Vorteile, vor allem in bezug auf die mittels des Schaltgetriebes erreichbare Bremswirkung, weil hiebei die Turbine sehr hohe Drehzahlen annehmen kann. Die Erfindung ist jedoch ohne weiteres auf Strömungsgetriebe anderer Bauart anwendbar, sofern sie überhaupt mit Leistungsverzweigung arbeiten.