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Hydromechanisches Wechselgetriebe, insbesondere für
Kraftfahrzeuge
Die Erfindung hat den Aufbau eines Fahrzeuggetriebes zum Gegenstand, das die Voraussetzung erfüllt, im Zusammenwirken mit einem entsprechenden Steuergerät als selbstschaltendes Getriebe Anwendung zu finden. Diese Vorbedingungen bestehen im weichen Anfahren aus dem Stillstand und stossfreien Gangwechsel.
Das Getriebe nach der Erfindung setzt sich aus einem hydrodynamischen Drehmomentwandler als Eingangsstufe und einem nachgeschalteten Wechselgetriebe mit dauernd im Eingriff stehenden Zahnrädern zusammen. Dem Wechselgetriebe sind mit einer Hilfskraft, z. B. Öldruck, Luftdruck o. a., schaltbare Kupplungen für den Gangwechsel zugeordnet.
Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht in der Anordnung von Schalt-und Einweg-Kupplungen, durch die eine ausreichende kraftschlüssige Verbindung bei grösster positiver Momentenwandlung des hydrodynamischen Getriebeteiles erreicht wird. Ferner wird beim Rückschalten bzw. Wiedereinschalten des Zahnradgetriebes eine Drehzahlangleichung von An- und Abtriebswelle erreicht. Schliesslich kann erfindungsgemäss die Gangzahl durch eine nachgeschaltete Übersetzungsstufe verdoppelt werden.
Der hydrodynamische Getriebeteil ist als Einkreisläufer ausgebildet, d. h. das eingeleitete Drehmoment wird positiv übersetzt, solange die Drehzahl des Turbinenrades kleiner ist als die des Pumpenrades. Hat das Turbinenrad die Drehzahl des Pumpenrades erreicht, findet keine Drehmomentwandlung mehr statt ; der Wandler wirkt dann als Strömungskupplung. Das bedeutet, dass bei grosser Drehzahldifferenz im Wandler, z. B. beim Anfahren, eine zur Weiterleitung des Drehmomentes vorgesehene Reibkupplung mehr Übertragungsfläche benötigt als bei höherer Fahrgeschwindigkeit, bei der die Drehzahldifferenz im Wandler klein oder Null ist.
Zufolge dieser Tatsache ist im Vorwärtsgang jede Übersetzungsstufe des Zahnradwechselgetriebes nach der Erfindung mit jeweils zwei als Abstützbremsen wirkenden Reibkupplungen ausgestattet, von denen eine fest, die zweite über einen Freilauf mit der zugehörigen Welle verbunden sind. Während die erste Kupplung im Stillstand und auch bei jedem nachfolgenden Gangwechsel geschaltet wird, wird die zweite Kupplung nur im Stillstand eingeschaltet und erst nach beendeter Fahrt wieder abgeschaltet ; das Ein- bzw. Abschalten dieser Kupplung bei den einzelnen Fahrzuständen übernimmt selbsttätig der Freilauf.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Anordnung nur eines Hohlrades, das in allen Übersetzungsstufen-auch im Rückwärtsgang - das Antriebselement des Wechselgetriebes bildet. Mit dieser Anordnung wird eine geringe Zahnbelastung erreicht.
In den Zeichnungen ist die Erfindung in verschiedenen Getriebe-Ausführungsformen dargestellt. Es zeigen : Fig. l das Schema einer Getriebeanordnung mit Drehmomentwandler und einem nachgeschalteten Zweigang-Umlaufgetriebe, bei dem Im Direktgang der Wandler überbrückt wird, Fig. 2 das Schema einer Getriebeanordnung ähnlich Fig. l, jedoch mit nachgeschaltetem Dreigang-Umlaufgetriebe ; Fig. 3 das Schema einer Getriebeanordnung ähnlich Fig. 2, bei dem imDirektgang jedoch der Wandler eingeschaltet bleibt, und Fig. 4 das Schema einer Getriebeanordnung ähnlich Fig. 3, wobei dem Zahnradwechsel- getriebe eine Übersetzungsstufe nachgeschaltet ist, so dass das Getriebe sechs Vorwärtsgänge statt drei erhält.
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In Fig.1 bezeichnet 101 die Motor- bzw. Antriebswelle und 102 die Abtriebswelle. Bei offener Kupplung 113 zwischen An- und Abtriebswelle treibt die Antriebswelle 101 das Pumpenrad 106 des Drehmomentwandlers 103 an. Solange im Wandler eine Drehzahldifferenz zwischen Pumpenrad 106 und Turbinenrad 107 besteht, das eingeleitete Drehmoment also positiv übersetzt wird, stützt sich das Leitrad 104 über den Freilauf 105 gegen das Getriebegehäuse ab. Das Turbinenrad 107 ist auf einer Hohl- wellelos angeordnet, die auf der Abtriebswelle 102 drehbar gelagert ist. Über die Hohlwelle 108 werden die in einem Hohlrad angeordneten Innenzahnkränze 145 und 146 des zweistufigen Umlaufgetriebes angetrieben, deren Sonnenräder 147 und 148 auf der Hohlwelle 124 fest angeordnet sind.
Die Zahnkränze 145 und 146 können auch durch einen gemeinsamen Zahnkranz dargestellt werden. Die Hohlwelle 124 ist ebenfalls auf der Abtriebswelle 102 drehbar gelagert. Sie verbindet die Sonnenräder 147 und 148 mit den Bremskupplungen 109 und 110, deren eine Bremsscheibe 114 mit der Hohlwelle fest verbunden ist, deren andere Bremsscheibe 115 sich auf der Hohlwelle über den Freilauf 127 abstützt. Zwischen dem Innenzahnkranz 145 und dem Sonnenrad 147 sind die Planetenräder 149 angeordnet, deren Steg 151 mit der Abtriebswelle 102 fest verbunden ist. Zwischen dem Innenzahnkranz 146 und dem Sonnenrad 148 sind die Planetenräder 150 angeordnet, deren Steg 116 zugleich die Kupplungsscheibe zur Bremskupplung 111 bildet.
Zum Anfahren werden die Kupplungen 109 und 110 geschlossen, die Kupplung 113 bleibt offen. Die Abtriebswelle 102 wird demnach über den Wandler 103, die Hohlwelle 108, den Innenzahnkranz 145 und den Steg 151 angetrieben, da die Hohlwelle 124 mit den Sonnenrädern 147 und 148 festgehalten ist, wobei der Freilauf 127 Infolge des Anfahrwiderstandes in Sperrstellung geht. Es nehmen also beide Kupplungen 109 und 110 an der Kraftübertragung teil. Wird nach ausreichender Beschleunigung des Fahrzeuges die Kupplung 109 geöffnet und die Kupplung 113 geschlossen, so dass die Abtriebswelle 102 un-
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Drehung versetzt und der Freilauf 127 gibt die Kupplungsscheibe 115 infolge erhöhter Drehzahl frei.
Beim Rückschalten auf den Getriebegang, d. h. beim Öffnen der Kupplung 113 und Schliessen der Kupplung 109, wird bei Fahrt in der Ebene die Antriebs- bzw. Motorwelle 101 durch die schneller umlaufenden Massen des Getriebes beschleunigt, so dass dieser Gangwechsel stossfrei, d. h. nicht mit plötzlicher Verzögerung, erfolgt. Der Freilauf 127 bleibt hiebei abgehoben. Wird dagegen die Fahrgeschwindigkeit im Direktgang verzögert,'z. B. bei Bergfahrt, läuft beim Rückschalten auf den Getriebegang der Freilauf 127 auf die Sonnenradwelle 124 auf, so dass beide Kupplungen 109 und 110 an der erhöhten Drehmomentübertragung auf die Abtriebswelle 102 teilnehmen. Für den Rückwärtsgang ist die Kupplung 111 vorgesehen, deren Bremsscheibe116 zugleich den Steg des zweiten Umlaufgetriebe 146,150, 148 bildet.
In Fig. 2 ist der Getriebeaufbau der gleiche wie in FIg. l, jedoch besitzt. das Umlaufgetriebe in diesem Fall zwei Vorwärtsgänge. Zu diesem Zweck ist auf der ersten Sonnenradwelle 224 noch eine zweite Hohlwelle 258 gelagert, die ein zusätzliches Sonnenrad 253 trägt, das mit dem Planetenrad 252 kämmt. Dieses Planetenrad ist mit dem Planetenrad 250 des zweiten Umlaufrädersatzes drehfest verbunden. Über die zwei Kupplungen 254 und 255 ist die Hohlwelle 258 abbremsbar. Die Kupplung 254 ist über ihre Bremsscheibe 256 mit der Hohlwelle 258 fest verbunden und die Bremsscheibe 257 zur Kupplung 255 über den Freilauf 259 gegen die Hohlwelle 258 abgestützt. Somit kann sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Getriebegang angefahren werden. Im übrigen ist die Wirkungsweise die gleiche wie bei dem Aufbau nach Fig. l.
Der in Fig. 3 gezeigte Getriebeaufbau ist dem in Fig. 2 dargestellten ähnlich ; jedoch wird bei dieser Ausführung in allen Gängen die Kraftübertragung über den Drehmomentwandler geleitet, also auch im Direktgang. Daher ist eine Kupplung zur Überbrückung des Drehmomentwandlers 303 nicht erforderlich.
Statt dessen ist in dem die Zahnkränze 345 und 346 enthaltenden Hohlrad 312 die Kupplung 371 angeordnet, deren Mitnehmerscheibe 372 mit der Abtriebswelle 302 fest verbunden ist. Im übrigen ist die Wirkungsweise die gleiche wie in Fig. 2.
In Fig. 4 ist ein Getriebe ähnlich Fig. 3 dargestellt, in dem dem Wechselgetriebe eine Übersetzungsstufe, ebenfalls in Umlaufgetriebebauart, nachgeschaltet ist mit dem Zweck, die Gangzahl zu verdoppeln.
Zwecks Schaltung ohne Zugkraftunterbrechung sind in dem Hohlrad 461 dieser nachgeschalteten Übersetzungsstufe die zwei Reibkupplungen 466 und 468 angeordnet. Zum Einschalten der Übersetzungsstufe wird die Kupplung 468 geschlossen, deren Mitnehmerscheibe 469 über die Hohlwelle 470 mit dem Getriebegehäuse fest verbunden ist. Das auf der Abtriebswelle 402 des Wechselgetriebes angeordnete Sonnenrad 463 treibt den Planetenrad'satz 462, der sich auf dem festgehaltenen Hohlrad 461 abwälzt und über den Steg 464 die Abtriebswelle 465 antreibt. Wird die Kupplung 468 geöffnet und die Kupplung 466
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Zwischen der Hohlwelle 470 und der Nabe 474 des Hohlrades 461 ist ein Freilauf 475 angeordnet, der verhindert, dass sich das Hohlrad 461 beim Öffnen der Kupplung 468 im Sinne des bisher einwirkenden
Reaktionsdruckes dreht.
Die beiden Kupplungen 466 und 468 sind so ausgebildet, dass sie bei gleichzeitiger Betätigung als
Fahrzeugbremse dienen können. In diesem Fall sind auch Vorkehrungen getroffen, dass die Kupplungen ausreichend von Öl durchspült werden, das die sich entwickelnde Wärme ableitet.
Im Gegensatz zu Fig. 3, in der die Kupplung für den Direktgang auf der Abtriebswelle angeordnet ist, ist bei der vorliegenden Ausführung eine Kupplung 471 in dem Hohlrad 412 auf der als Hohlwelle aus- gebildeten Getriebewelle 424 angeordnet. Diese Anordnung bietet den Vorteil geringer Zahnbelastung, jedoch kann auch die Anordnung nach Fig. 3 gewählt werden. Entsprechend den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 ist auch bei diesem Getriebe eine Kupplung 413 zum Überbrücken des Drehmomentwandlers 403 vorgesehen. Das Hohlrad 412 kann, wie die Zeichnung zeigt, mit einer als Fahrzeugbremse dienenden Reibungs- oder hydraulischen Bremse 473 ausgestattet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydromechanisches Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Einkreislauf-
Drehmomentwandler und einem nachgeschalteten mehrstufigen Umlaufrädergetriebe, dessen als Hohl- wellen ausgebildete Getriebewellen auf der koaxial zur Antriebswelle angeordneten Abtriebswelle ge- lagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb des Zahnräderwechselgetriebes ein für alle Übersetzungsstufen gemeinsames Hohlrad (112, 212,312, 412) angeordnet ist, während zentrisch zur Abtriebs- welle (102, 202, 302,402), die koaxial zur Antriebswelle (101, 201 ;
301,401) liegt, für jede Über- setzungsstufe im Vorwärtsgang je zwei Bremskupplungen angeordnet sind, von denen eine (109) fest und die zweite (110) über einen Freilauf (127) so mit der der Gangstufe zugehörigen Sonnenrad- welle (124, 224, 258) verbunden sind, dass diese Sonnenradwelle beim Schalten In einen höheren Gang vom Freilauf löst bzw. abhebt.