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Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein
insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmtes Getriebe, bei dem die treibende Welle
entweder über eine Hauptkupplung mit einer Zwischenwelle oder über ein Strömungsgetriebe
mit einer zusätzlichen Welle kuppelbar ist und bei dem einzelne Elemente eines Planetenrädergetriebes
mit der Zwischenwelle und der zusätzlichen Welle verbunden oder durch zwei zusätzliche
Kupplungen kuppelbar sind.
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Gegenüber den bekannten, eine Anzahl verschiedener Schaltmöglichkeiten
bietenden Kraftfahrzeuggetrieben der vorerwähnten Bauart hat sich die Erfindung
zur Aufgabe gestellt, durch zweckentsprechende Ausbildung und Anordnung der Getriebeelemente
dafür Sorge zu tragen, daß für den unmittelbaren Antrieb der getriebenen Welle,
d. h. den Antrieb in direktem Gang, drei verschiedene Antriebsmöglichkeiten gegeben
sind, und zwar erstens ein voll mechanischer, zweitens ein voll hydraulischer und
drittens ein teilweise mechanischer und teilweise hydraulischer Antrieb. Erfindungsgemäß
wird dies in der Hauptsache dadurch erreicht, daß eine der zusätzlichen Kupplungen
zur Verbindung eines der Elemente des Planetenrädergetriebes mit der zusätzlichen
Welle und die andere zusätzliche Kupplung zur Verbindung eines anderen Elementes
des Planetenrädergetriebes und der getriebenen Welle mit der Zwischenwelle dient.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes, bei welcher das
Planetenrädergetriebe aus zwei Ringrädern, zwei Planetenradsätzen auf einem gemeinsamen
Planetenräderträger und aus zwei Sonnenrädern besteht, ist erfindungsgemäß das zweite
Ringrad mit der Zwischenwelle, das zweite Sonnenrad mit der zusätzlichen Welle und,
das erste Ringrad mit der getriebenen Welle verbunden, während das durch eine: erste
Bremse abbremsbare erste Sonnenrad mit der zusätzlichen Welle kuppelbar und der
Planetenräderträger durch eine Freilaufkupplung bzw. durch eine zweite Bremse feststellhar
isst und das zweite Ringrad und die Zwischenwelle mit dem ersten Ringrad und der
getriebenen Welle kuppelbar sind.
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Die durch die Erfindung geschaffene Möglichkeit, die getriebene Welle
in direktem Gang wahlweise entweder auf voll mechanischem oder voll hydraulischem
Wege oder teilweise mechanisch und teilweise hydraulisch anzutreiben, gestattet
eine weitgehende Anpassung des direkten Antriebs an unterschiedliche Betriebsverhältnisse
unter Vermeidung einer Umschaltung auf langsamere Gänge, wodurch sich besonders
bei Lastkraftfahrzeugen erhebliche Vorteile ergeben. Der voll mechanische Antrieb
ergibt einen hohen Wirkungsgrad, erfordert jedoch ein häufiges Umschalten auf langsamere
Gänge, während der voll hydraulische Antrieb zwar einen geringeren Wirkungsgrad
ergibt, aber infolge des Schlupfes zwischen der treibenden und getriebenen Welle
in Verbindung mit einer Drehmomentwandlung die Verwendung des direkten Ganges unter
Bedingungen ermöglicht, die bei voll mechanischem Antrieb den langsamen oder mittleren
Gang erfordern würden. Die durch die Erfindung geschaffene dritte Möglichkeit des
direkten Antriebes durch Parallelschaltung der hydraulischen und mechanischen Übertragung
ermöglicht die Verwendung des direkten Ganges mit einem höheren Wirkungsgrad als
bei voll hydraulischem Antrieb unter Bedingungen, bei denen sonst ein Umschalten
auf den mittleren Gang erforderlich ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
einer beispielsweisen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit
der Zeichnung. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt des Getriebes gemäß der Erfindung
und Fig. 2 eine schematisch-- Darstellung des Getriebes, die dessen Arbeitsweise
deutlich erkennen läßt.
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In der Zeichnung ist 10 die treibende Welle eines Kraftfahrzeugmotors,
deren Drehung über ein Planetenrädergetriebe 12 auf eine getriebene Welle 11 übertragen
wird. Das Planetenrädergetriebe 12 kann reit der treibenden Welle 10 entweder abwechselnd
oder gleichzeitig über eine als Reibungskupplung ausgebildete Hauptkupplung 13 oder
ein dieser parallel geschaltetes Strömungsgetriebe in Form eines hyd@raulischen
Drehmomentwandlers
14 verbunden werden. Die Reibungskupplung 13 überträgt das Drehmoment von der treibenden
Welle 10 über eine Zwischenwelle 15 auf das Planetenrädergetriebe 12 und die getriebene
Welle 11. Die Zwischenwelle 15 ist an den Enden der Wellen 10 und 11 drehbar gelagert.
Für das wahlweise Kuppeln der Zwischenwelle 15 mit der getriebenen Welle 11 ist
eine Reibungskupplung 16 vorgesehen. Der Drehmomentwandler überträgt das Drehmoment
von der treibenden Welle 10 über eine zusätzliche Hohlwelle 17 und eine Reibungskupplung
18 auf das Planetenrädergetriebe 12. Eine Reibungsbremse 19, eine weitere Reibungsbremse
20 und eine Freilaufkupplung 21 sind für das wahlweise Abbremsen verschiedener Elemente
des Planetenrädergetriebes 12 vorgesehen, um Festpunkte für die Erzielung der erwünschten
Gänge zu bilden, wie im folgenden näher beschrieben ist.
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Die treibende Welle 10 weist einen Flansch 22 auf, welcher an einem
Schwungrad 23 angeschraubt ist. Eine mit geräuschdämpfenden Federn 25 versehene
Kupplungsplatte 24 ist mittels Keilverzahnung 26 auf die Zwischenwelle 15 aufgesetzt.
An den beiden Seiten der Kupplungsplatte 24 sind Kupplungsbeläge 27 befestigt, welche
zwischen einer am Schwungrad 23 angeschraubten Kupplungslandrückplatte 28 und einer
ringförmigen, als Kolben wirkenden Kupplungsdruckplatte 29 eingeklemmt werden können.
Die Kupplungsplatte 24, die Kupplungsandrückplatte 28 und die als Kolben wirkende
Kupplungsdruckplatte 29 bilden die Reibungskupplung 13. Die Kupplung 13 kann dadurch
eingerückt werden, daß einer zwischen der als Kolben wirkenden Druckplatte 29 und
der gegenüberliegenden Fläche des Schwungrades 23 gebildeten ringförmigen Kolbenkammer
30 Druckmittel zugeführt wird, um die Druckplatte 29 in Richtung auf die Kupplungsplatte
28 zu bewegen.
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Der hydraulische Drehmomentwandler 14 umfaßt ein mit dem Schwungrad
23 verschraubtes Pumpenrad 31, ein mit Keilverzahnung 33 auf die zusätzliche Welle
17 aufgesetztes Turbinenrad 32 und ein auf einem Teil einer feststehenden Hülse
35 angeordnetes Leitrad 34. Eine als Klemmkörpersperre ausgebildete Überhol- oder
Einwegbremse 36 ist zwischen dem Leitrad 34 und der Hülse 35 so angeordnet, daß
sie eine Drehung des Leitrades in Vorwärtsrichtung gestattet, jedoch in Eingriff
tritt, um eine rückläufige Drehung desselben zu verhindern. Das Schwungrad 23 und
dies Pumpenrad 31 bilden eine im wesentlichen dichte Drehmomentwandlerkammer, welche
zum größten Teil mit einer Flüssigkeit, wie hydraulischem Ö1 oder Schmieröl, gefüllt
ist, welche das Antriebsmittel zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad bildet.
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Wie in der Getriebetechnik bekannt, bewirkt eine Drehung des Pumpenrades
31 in Vorwärtsrichtung eine Drehung des Turbinenrades 32 in der gleichen Richtung
mit erhöhtem Drehmoment, wobei das Leitrad 34 durch die Einwegbremse 36 an einer
Drehung in entgegengesetzter Richtung gehindert wird. Wenn die Drehzahl des Turbinenrades
32 diejenige des Pumpenrades 31 erreicht, wird die Richtung der auf die Schaufeln
des Leitrades 34 wirkenden Kräfte umgekehrt, wodurch eine Drehung des Leitrades
in Vorwärtsrichtung und demzufolge ein Überholen der Einwegbremse 36 bewirkt wird.
Der Drahmomentwandler 14 arbeitet nunmehr im wesentlichen als gewöhnliche Flüssigkeitskupplung,
wobei das Pumpenrad 31, das Turbinenrad 32 und das Leitrad 34 sämtlich mit etwa
gleicher Drehzahl umlaufen. Das Planetenrädergetriebe 12 umfaßt zwei Getriebe sätze
37 und 38. Der Getriebesatz 37 besteht au einem auf der zusätzlichen Welle 17 drehbar
ge lagerten Sonnenrad 39, einem innenverzahnten Ring rad 40 und einem Planetenräderträger
41, auf welchen mehrere mit dem Sonnenrad 39 kämmende Planeten räder 42 sowie mehrere
mit den Planetenrädern 42 und dem Ringrad 40 im Eingriff stehende Planeten räder
43 drehbar angeordnet sind. Das Ringrad 4( ist mit der getriebenen Welle 11 dadurch
fest ge kuppelt, daß es mittels Keilverzahnung 44 in eine Trommel 45 eingesetzt
ist, welche ihrerseits mittels Keilverzahnung 47, 48 auf einen Ringflansch 46 der
Welle 11 aufgesetzt ist. Der Getriebesatz 38 umfaßt ein mittels Keilverzahnung 60
auf die zusätzliche Welle 17 aufgesetztes Sonnenrad 49, ein innenverzahntes Ringrad
51 und ein auf dem Planetenräderträger 41 drehbar gelagertes, mit dem Sonnenrad
49 und dem Ringrad 51 kämmendes Planetenrad 52. Das Ringrad 51 ist mit einem radial
nach innen gerichteten Steg versehen, welcher mittels Keilverzahnung 53 auf der
Zwischenwelle 15 befestigt ist.
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Die Reibungskupplung 18 umfaßt eine Trommel 54, die mittels eines
ringförmigen Kupplungsteils 55 fest mit dem Sonnenrad 39 gekuppelt ist. Der ringförmige
Kupplungsteil 55 ist mit Keilverzahnung auf eine in einem Stück mit dem Sonnenrad
39 ausgebildete Hülse 56 aufgesetzt und sitzt ferner mit Keilverzahnung 57 in der
Trommel 54. Das innere Kupplungsglied 58 ist mittels Keilverzahnung 59 auf die Hohlwelle
17 aufgesetzt. Die als Mehrscheibenkupplung ausgebildete Kupplung weist mehrere
in die Verzahnung 57 der Trommel 54 eingreifende Kupplungsscheiben 60 und dazwischenliegende
Kupplungsscheiben 61 auf, die mit Keilverzahnung auf das Glied 58 aufgesetzt sind
und beiderseits Kupplungsbeläge 62 tragen. Die Reibungskupplung 18 wird dadurch
eingerückt, daß einer zwischen einem Kupplungskolben 64 und der axial gegenüberliegenden
Fläche der Trommel 54 gebildeten ringförmigen Druckkammer 63 Druckmittel zugeführt
wird, um die Scheiben 60 und 61 zwischen dem Kolben und dem Kupplungsteil 55 einzuklemmen.
Zwischen dem Kolben 64 und dem Teil 55 sind eine Anzahl Druckfedern 65 vorgesehen,
um den Kolben in die Ruhestellung zudrücken und die Kupplung 18 auszurücken, wenn
der vom Druckmittel ausgeübte Druck nachläßt. Somit ist bei eingerückter Kupplung
18 das Sonnenrad 39 mit der zusätzlichen Welle 17 gekuppelt.
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Die Reibungskupplung 16 ist wie die Reibungskupplung 18 als Mehrscheibenkupplung
ausgebildet und umfaßt mehrere Kupplungsscheiben 66, welche in eine Verzahnung 47
der Trommel 45 eingreifen, sowie mehrere zwischen den Scheiben 66 liegende Kupplungsscheiben
67, welche mit Keilverzahnung auf einen an dem Steg des Ringrades 51 vorgesehenen
Ringflansch 68 aufgesetzt sind. Ein Kupplungsandrückring 69 ist mittels Keilverzahnung
in die Trommel 45 eingesetzt, während ein Kupplungskolben 70 dazu dient, die Scheiben
66 und 67 gegen den An -drüekring 69 zu drücken, wenn einer zwischen dem Kolben
und der gegenüberliegenden axialen Fläche des Abtriebswellenflansches 46 gebildeten
ringförmigen Druckkammer 71 Druckmittel zugeführt wird. Für das Ausrücken :der Kupplung
16 ist eine Druckfeder 72 vorgesehen, welche dem Kolben 70 in die Ruhestellung zurückbewegt,
wenn der vom Druckm:i.ttel ausgeübte Druck nachläßt. Es ist ersichtlich, daß bei
eingerückter Reibungskupplung 16 das Ringrad 51 mit :der getriebenen Welle 11 gekuppelt
ist.
Die Reibungsbremse 19 umfaßt ein ringförmiges Bremsband 73,
an dessen Innenseite ein Bremsbelag 74 befestigt ist. Das Bremsband 73 kann gegen
den äußeren Umfang der Trommel 54 angezogen werden, um sie abzubremsen. Für das
Anziehen der Reibungsbremse 19 können beliebige Mittel verwendet werden, z. B. ein
nicht gezeigter hydraulischer Bremszylinder. Durch Anziehen der Reibungsbremse 19
wird das Sonnenrad, 39 über den Kupplungsteil 55 abgebremst.
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Die Reibungsbremse 20 dient zum Abbremsen einer fest mit dem Planetenräderträger
41 verbundenen Bremstrommel 75. Die Bremse 20 umfaßt ein ringförmiges Bremsband
76 und einen an dessen innerem Umfang befestigten Bremsbelag 77, welcher gegen den
äußeren Umfang der Trommel 75 angezogen werden kann. Für das Anziehen der Reibungsbremse
20 können gleiche oder ähnliche Mittel verwendet werden, wie für :die Bremse 19.
Es ist ersichtlich, daß bei angezogener Bremse 20 der Planetenträger 41 festgehalten
wird.
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Eine in vorliegendem Fall als Klemmkörpergesperre ausgebildete Einwegbremse
oder Freilaufkupplung 21 ist zwischen einem an der Bremstrommel 75 befestigten Ringflansch
78 und einem feststehenden Teil 79 des Getriebegehäuses vorgesehen. Die Freilaufkupplung
21 ist so angeordnet, daß sie nur eine Vorwärtsdrehung des Planetenräderträgers
41 und der Bremstrommel 75 gestattet.
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Als Druckmittelquellen für die Schmierung der beweglichen Teile des
Getriebes und für die Zufuhr von Druckmittel zum Zweck des Einrückens und Anziehens
der verschiedenen Kupplungen und Bremsen sind zwei Pumpen 80 und 81 vorgesehen.
Die Pumpe 80 wird von der treibenden Welle 10 über das Pumpenrad 31 und eine an
diesem befestigte Hülse angetrieben. Der Läufer 83 der Pumpe 81 ist auf der getriebenen
Welle 11 befestigt.
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Ein langsamer Vorwärtsgang wird über den hydraulischen Drehmomentwandler
14 und den Getriebesatz 37 durch Einrücken der Reibungskupplung 18 erzielt. Der
Antrieb erfolgt über das Schwungrad 23, den Drehmomentwandler 14, die zusätzliche
Welle 17, die Reibungskupplung 18, das Sonnenrad 39, die Planetenräder 42 und 43,
das Ringrad 40 und die Trommel 45 zur getriebenen Welle 11. Der Widerstand der Welle
11 übt auf den Planetenträger 41 eine Kraft aus, welche bestrebt ist, ihn in Gegenrichtung
zu drehen, um die Freilaufkupplung :in Eingriff zu bringen, so daß der Planetenräderträger
im langsamen Gang als festes Widerlager wirkt. Es ist leicht ,ersichtlich, daß der
Getriebesatz 37 mit den Planetenrädern 42, 43 einen stark untersetzten Antrieb der
Welle 11 ergibt. Der Drehmomentwandler 14 ergibt eine veränderliche weitere Erhöhung
des Drehmoments.
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Wenn die Freilaufwirkung der Kupplung 21 im langsamen Gang, welche
sich daraus ergibt, daß die getriebene Welle 11 voreilt, wenn das von der treibenden
Welle 10 ausgeübte Drehmoment plötzlich, z. B. durch Loslassen des Gashebels des
Fahrzeugmotors, unterbrochen wird, beseitigt werden soll, kann die Reibungsbremse
20 angezogen werden, um eine Abremsung des Planetenräderträgers 41 in beiden Richtungen
zu bewirken.
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Ein mittlerer Vorwärtsgang wird über das Planetenrädergetriebe 12
und sowohl die Reibungskupplung 13 als auch den hydraulischen Drehmomentwandler
14 bei gelöster Reibungsbremse 20 durch Anziehen der Reibungsbremse 19 und Ausrücken
der Reibungskupplung 18 erzielt. Einer der beiden Kraftflußwege verläuft über das
Schwungrad 23, den Drehmomentwandler 14, die zusätzliche Welle 17 und das Sonnenrad
49, während der andere Kraftflußweg über das Schwungrad 23, die eingerückte Reibungskupplung
13, die Zwischenwelle 15 und das Ringrad 51 verläuft. Das Sonnenrad 49 und das Ringrad
51 werden infolgedessen mit gleicher Drehzahl angetrieben, so daß der Getriebesatz
38 gesperrt ist und der Planetenräderträger 41 mit der gleichen Drehzahl umläuft.
Durch Abbremsen des Sonnenrades 49 ergibt sich ein festes Widerlager für den untersetzten
Antrieb des Ringrades 40 und somit der getriebenen Welle 11 über das Planetenrädergetriebe.
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Wie oben erwähnt, kann der schnelle Vorwärtsgang oder direkte Gang
erfindungsgemäß auf drei verschiedene Arten erzielt werden.
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an direkter mechanischer Antrieb läßt sieh durch Einrücken der Reibungskupplungen
13 und 16 erzielen, so daß der Antrieb über das Schwungrad 23, die Reibungskupplung
13, die Zwischenwelle 15 und die Reibungskupplung 16 zur getriebenen Welle 11 erfolgt.
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Ein direkter Gang mit zwei Kraftflußwegen läßt sich durch Einrücken
der Reibungskupplungen 13 und 18 erzielen. Bei diesem Gang verläuft ein Kraftflußweg
über das Schwungrad 23, den Drehmomentwandler 14, die zusätzliche Welle 17 zum Sonnenrad
49 und über die Reibungskupplung 18 zum Sonnenrad 39. Ein zweiter Kraftflußweg verläuft
über das Schwungrad 23, die Reibungskupplung 13, die Zwischenwelle 15 und das Ringrad
51. Bei diesem, zwei Kraftflußwege aufweisenden Gang ist der Getriebesatz 38 gesperrt,
da das Ringrad 51 und das Sonnenrad 49, ebenso wie im mittleren Vorwärtsgang, mit
gleicher Drehzahl angetrieben werden; ferner ist auch der Getriebesatz 37 gesperrt,
da der Planetenräderträger 41 und das Sonnenrad 39 dieses Getriebesatzes mit der
gleichen Drehzahl angetrieben werden. Demzufolge werden das Ringrad 40 und die getriebene
Welle 11 mit im wesentlichen gleicher Drehzahl wie die treibende Welle 10 angetrieben.
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Durch Einrücken der Reibungskupplungen 18 und 16 läßt sich ein voll
hydraulischer direkter Gang erzielen. Bei diesem Gang verläuft der gesamte Kraftfluß
über den hydraulischen Drehmomentwandler 14 und die zusätzliche Welle 17 zum Sonnenrad
49 und über die Reibungskupplung 18 zum Sonnenrad 39. Das Ringrad 40 ist durch die
Reibungskupplung 16 fest mit dem Ringrad 51 gekuppelt. Da beide Sonnenräder und
beide Ringräder des Planetenrädergetriebes 12 fest miteinander gekuppelt sind, ist
das gesamte mechanische Getriebe gesperrt und liefert einen direkten Antrieb zur
getriebenen Welle 11.
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Ein vollkommen hydraulischer Rückwärtsgang wird durch Anziehen der
Reibungsbremse 20 und Einrücken der Reibungskupplung 16 erzielt. Der Antrieb erfolgt
hierbei Über das Schwungrad 23, den hydraulischen Drehmomentwandler 14 und die Zwischenwelle
17 zum Sonnenrad 49. Da der Planetenräderträger 41 durch die Reibungsbremse 20 festgehalten
und das Ringrad- 51 durch die Reihungskupplung 16 feist mit der getriebenen Welle
11 gekuppelt ist, läuft das Ringrad 51 und demzufolge auch die Welle 11 -mit
einer durch das Planetenrad 52 untersetzten Drehzahl in einer Richtung um, die der
Drehrichtung der treibenden Welle 10 entgegengesetzt ist.
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Wenn beispielsweise angenommen wird, daß das Sonnenrad 39 mit 24 Zähnen,
das Sonnenrad 49 mit 21 Zähnen, das Ringrad 40 mit 57 Zähnen und das Ringrad 51
mit 51 Zäihnen ausgeführt ist, so beträgt
das Übersetzungsverhältnis
im langsamen Vorwärtsgang 2,375 : 1. Das Übersetzungsverhältnis des mittleren Vorwärtsganges
beträgt im wesentlichen 1,727:1, während das Übersetzungsverhältnis des direkten
Ganges bei jeder der drei zur Auswahl stehenden Möglichkeiten im wesentlichen 1
:1 beträgt. Bei den angenommenen Zahnradgrößen ist das Kraftflußverhältnis sowohl
im mittleren Vorwärtsgang als auch in dem die beiden Kraftflußwege benutzenden direkten
Gang 71/o mechanisch und 29% hydraulisch. Das Übersetzungsverhältnis des Rückwärtsganges
beträgt 2,428 : 1, wodurch sich ein wesentlich langsamerer Antrieb der getriebenen
Welle 11 ergibt, als er im langsamen Vorwärtsgang erzielt wird. Wie in der Getriebetechnik
allgemein bekannt, ist ein langsamerer Antrieb im Rückwärtsgang zwar erwünscht,
läßt sich jedoch bei einem Getriebe, in welchem Planetenrädergetriebe verwendet
werden, gewöhnlich nicht erzielen. Der im mittleren Vorwärtsgang und in einer der
zur Auswahl stehenden Formen des direkten Ganges angewandte, über zwei Kraftflußwege
verlaufende Antrieb dient dazu, das vom hydraulischen Drehmomentwandler übertragene
Drehmoment zu verringern und somit den Schlupf und die sich in einem Leistungsverlust
auswirkende Wärmeerzeugung herabzusetzen. Andererseits wird die drehmomentsteigernde
Eigenschaft des Strömungsgetriebes teilweise beibehalten, so daß beim Betrieb in
diesen Gängen ein zusätzliches Drehmoment zur Verfügung steht.
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Wie aus der Beschreibung ersichtlich, liefert das erfindungsgemäß
ausgebildete Getriebe sowohl im langsamen Vorwärtsgang als auch im Rückwärtsgang
einen voll hydraulischen Antrieb über ein Planetenrädergetriebe, wobei der Rückwärtsgang
einen langsameren Antrieb als der langsame Vorwärtsgang ergibt. Beim direkten Gang
sind drei verschiedene Schaltungen möglich, ohne daß dabei am Getriebe selbst irgendwelche
Veränderungen vorgenommen werden. müssen. Von den zur Wahl stehenden Formen des
direkten Ganges ist eine ein voll mechanischer Antrieb, eine zweite ein teilweise
mechanischer und teilweise hydraulischer Antrieb mit zwei Kraftflußwegen und eine
dritte ein voll hydraulischer Antrieb. Da ausschließlich Reibungskupplungen und
-bremsen verwendet werden, können sämtliche Gänge geschaltet werden, ohne daß der
Antrieb der getriebenen Welle unterbrochen zu werden braucht.