DE10146836A1

DE10146836A1 - Wendeschaltung

Info

Publication number: DE10146836A1
Application number: DE2001146836
Authority: DE
Inventors: Jochen Exner
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wendeschaltung für den Einsatz in Getriebebaueinheiten zur Drehrichtungsumkehr zwischen einem Eingang und einem Ausgang DOLLAR A - mit mindestens einem Planetenradsatz; DOLLAR A - ein erstes Element des Planetenradsatzes ist mit einem Antrieb drehfest gekoppelt; DOLLAR A - ein zweites und ein drittes Element des Planetenradsatzes sind über jeweils einen Freilauf mit einem Abtrieb verbindbar; DOLLAR A - beide Freiläufe sind für gegensinnige Drehrichtungen des Abtriebes sperrend ausgeführt; DOLLAR A - mit einer, dem zweiten und dem dritten Element zugeordneten Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Relativdrehzahl zwischen dem zweiten oder dritten Element und dem Abtrieb.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wendeschaltung; ferner eine Getriebebaueinheit mit einer erfindungsgemäßen Wendeschaltung.
Getriebebaueinheiten sind in einer Vielzahl von Ausführungen in Form von Schaltgetrieben, automatisierten Schaltgetrieben oder Automatgetrieben bekannt. Stellvertretend wird dabei beispielsweise auf die Druckschrift DE 36 04 392 C2 verwiesen. Diese offenbart ein hydrodynamisches Verbundgetriebe, umfassend einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und ein mit diesem in Serie geschaltetes Schaltgetriebe. Das Schaltgetriebe selbst umfaßt dazu zwei Planetenradsätze, wobei die Planetenträger der beiden Planetenradsätze miteinander gekoppelt sind und den Ausgang des Schaltgetriebes bilden. Mit dieser Ausführung sind drei Gangstufen realisierbar. Entsprechend der Zuordnung einzelner Lastschaltelemente zu den einzelnen Elementen - Sonnenrad, Hohlrad, Planetenträger - des Planetenradsatzes beziehungsweise der beiden miteinander gekoppelten Planetenradsätze werden dabei Leistungen drehzahlgleichsinnig übertragen oder aber bei Einlegen des Rückwärtsganges mit entsprechender Umkehr der Drehrichtung der Abtriebswelle, welche gleichzeitig den Ausgang dieser Getriebebaueinheit bildet. Bei dieser Lösung wird die Drehrichtungsumkehr dabei durch die Ansteuerung einzelner Schaltelemente realisiert, welche in Abstimmung miteinander zur Umkehr führen. Dabei werden die Leistungsübertragungselemente und auch Schaltelemente, welche ohnehin für die einzelnen Gangstufen vorhanden sind, genutzt. Diese Lösung erfordert dabei die Berücksichtigung der für die Drehrichtungsumkehr zum Festhalten und miteinander Koppeln notwendigen Schaltelemente und die Auslegung der Übersetzungsverhältnisse bei Dimensionierung des Getriebes. Eine andere Möglichkeit besteht im Vorsehen einer entsprechenden Wendeschaltsatzstufe, wie dies vor allem in sogenannten hydrodynamischen Getrieben mit einer Mehrzahl von hydrodynamischen Kreisläufen vorgesehen ist. Stellvertretend wird dabei auf die Druckschrift DE 93 20 791 verwiesen. Dieses umfaßt neben den hydrodynamischen Übertragungselementen auch ein Wendegetriebe zur Drehrichtungsumkehr. Die einzelnen hydrodynamischen Bauelemente sind dabei auf zwei sogenannten Läufern angeordnet, welche mit den Eingängen des die Wendeschaltung bildenden Wendegetriebes verbunden sind. Jeder Läufer ist dabei wahlweise über zwei Stirnradzüge - einen ersten Stirnradzug mit gerader Anzahl an Stirnrädern und einen zweiten Stirnradzug mit ungerader Anzahl an Stirnrädern - mit dem Ausgang der Getriebebaueinheit verbindbar. Um die Läufer wechselweise an die Wendeschaltung koppeln zu können, sind Schiebeschaltwellen vorgesehen, welche jeweils eine drehfeste Kopplung zwischen einem Läufer und einem Stirnradzug des Wendegetriebes ermöglichen.
Während die erste beschriebene Lösung von der Gesamtkonfiguration der Getriebebaueinheit abhängig ist, insbesondere sind entsprechende Schaltelemente zu berücksichtigen, die durch Zuordnung zu den einzelnen leistungsübertragenden Elementen bei gewünschter Drehrichtungsumkehr die einzelnen möglichen miteinander kämmenden Elemente zur Leistungsübertragung ansteuern, ist bei der zweiten Möglichkeit mit separatem beziehungsweise zusätzlichem Wendegetriebe in Abhängigkeit von der Art der Getriebebaueinheit mit einem erhöhten Aufwand, einer höheren Bauteilanzahl und einer größeren Baulänge zu rechnen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wendeschaltung für den Einsatz in einer Getriebebaueinheit zu schaffen, welche neben einer universellen Einsetzbarkeit unabhängig von der Art und Auslegung der Leistungsübertragung in der Getriebebaueinheit vor der Wendeschaltsatzstufe ist und des weiteren sich durch eine geringe Bauteilanzahl, eine geringe Baulänge und einen geringen steuerungstechnischen Aufwand auszeichnet. Auch sollen Wendeschaltungen mit unterschiedlicher Übersetzung leicht gegeneinander austauschbar sein, so daß eine noch einfachere Anpassung an eine gewünschte Gesamtübersetzung der gesamten Getriebebaueinheit durch die Wendeschaltung erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unternsprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß umfaßt die Wendeschaltung für den Einsatz in Getriebebaueinheiten zum Zwecke der Drehrichtungsumkehr zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb mindestens einen Planetenradsatz. Der Planetenradsatz umfaßt dabei wenigstens vier Elemente, ein Sonnenrad, ein Hohlrad und Planetenräder, die über einen Steg miteinander gekoppelt sind. Ein erstes Element des Planetenradsatzes ist dabei mit einer ersten Welle drehfest gekoppelt. Ein zweites und drittes Element des Planetenradsatzes sind jedes für sich mit einer zweiten Welle über jeweils einen Freilauf koppelbar. Beide Freiläufe sind hinsichtlich der Drehrichtung der Abtriebswelle in gegensinniger d. h. gegensätzlicher Drehrichtung sperrend ausgeführt. Des weiteren sind Mittel zur Erzeugung einer Relativdrehzahl zwischen den mit dem Abtrieb beziehungsweise der Abtriebswelle koppelbaren Elementen des Planetenradsatzes und dem Abtrieb vorgesehen. Diese umfassen eine Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung.
Der Begriff Welle ist dabei nicht auf die konkrete Ausführung einer Welle beschränkt. Dieser bestimmt die Funktion als rotierendes Element und umfaßt ferner auch Ausführungen als Hohlwelle sowie ringförmige Vorsprünge an Leistungsübertragungselementen, die ein Element des Planetenradsatzes tragen. Dies gilt in Analogie auch für die mit dem Ausgang der Getriebebaueinheit wenigstens mittelbar, d. h. direkt oder indirekt gekoppelte Welle. Dabei kann es sich auch direkt um die den Getriebeausgang bildende Welle handeln. In diesem Fall entfällt die Kopplung und die mit den beiden Elementen - zweites Element und drittes Element des Planetenradsatzes - koppelbare Welle wird direkt von der Getriebeausgangswelle gebildet.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine kleine und kompakte Bauweise, da die Ausnutzung des Planetengetriebes aufgrund seiner Leistungsverzweigungseigenschaft bereits beide Fahrtrichtungen beinhaltet und ferner durch beliebig viele Planeten über kleinere Zahnräder verfügt. Die Anforderungen für den Einsatz in Fahrzeugen hinsichtlich des immer geringer zur Verfügung stehenden Bauraumes können somit in optimaler Weise realisiert werden. Ferner besteht die Möglichkeit der Schaffung eines vorgefertigten Modules für die Wendeschaltung, welche komplett vormontiert angeboten und gehandelt werden kann. Die einfachere Bauform und des weiteren die geringe Bauteilanzahl erhöhen die Ausfallsicherheit bedeutend.
Ferner besteht die Möglichkeit, die Wendeschaltung unabhängig von der Art der Leistungsübertragungselemente (z. B. Stirnradsätze, Planetenradsätze) der Grundgetriebebaueinheit in jeder Getriebebaueinheit einsetzen zu können. Der Abtrieb über die einzelnen Elemente des Planetenradsatzes erfolgt immer auf eine Welle.
Vorzugsweise sind die Relativdrehzahlerzeugungseinrichtungen derart ausgeführt, daß diese als Feststelleinrichtung wirkt. Dabei wird das dem jeweils freilaufenden Freilauf zugeordnete bzw. mit diesem verbundene Element des Planetenradsatzes festgehalten beziehungsweise auf die Drehzahl Null abgebremst. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß gegenüber Lösungen mit Rotation des freilaufenden Elementes bei Auslegung des Antriebsstranges bei gewünschter am Ausgang der Getriebebaueinheit anliegenden Leistung keine Verlustleistung für den Antrieb dieses Elementes mit berücksichtigt werden muß. Bei der Feststellung eines Elementes - zweites Element oder drittes Element - des Planetenradsatzes wird dieses in eine ortsfeste Position gegenüber den anderen Elementen verbracht.
Bezüglich der Ausgestaltung der zwischen den einzelnen Elementen - zweites Element oder drittes Element und der mit dem Ausgang drehfest koppelbaren Welle - angeordneten Freilaufes bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Im einfachsten Fall können dabei die Freiläufe als sogenannte Freilaufkupplungen ausgeführt sein, die in einer Rotationsrichtung als Kupplung in in der zweiten Rotationsrichtung quasi als Überholkupplung ohne Eingriffsmöglichkeit wirken. Zur Realisierung der Ausführung beider Freiläufe in gegensinniger Richtung sperrend, das heißt in gegensinniger Richtung eine drehfeste Kopplung zwischen dem jeweiligen Element und der mit dem Ausgang drehfest koppelbaren Welle schaffend, ist beispielsweise der erste zwischen dem zweiten Element des Planetenradsatzes und der mit dem Ausgang gekoppelten Welle angeordneten Freilauf in der ersten Rotationsrichtung, welche gleich der Rotationsrichtung an der Getriebeeingangswelle ist, als Kupplung wirkend ausgeführt, während bei gewünschter entgegengesetzter Drehrichtung der mit dem Ausgang gekoppelten Welle der erste Freilauf als Überholkupplung fungiert. Dementsprechend wirkt der zweite Freilauf zwischen dem dritten Element des Planetentradsatzes und der mit dem Ausgang gekoppelten Welle in der ersten Rotationsrichtung der mit dem Ausgang gekoppelten Welle als Überholkupplung und in der zweiten Rotationsrichtung als Kupplung, also sperrend. Überholkupplung bedeutet dabei, daß hier keine drehfeste Verbindung möglich ist, da die beiden Elemente nicht miteinander drehmomentübertragend in Eingriff gelangen. Eine andere Ausführung besteht darin, daß der Freilauf ein erstes Kupplungselement umfaßt, welches drehfest mit dem jeweiligen Element - zweiten oder dritten Element des Planetenradsatzes gekoppelt ist und ein zweites Element, welches drehfest mit der mit dem Ausgang gekoppelten Welle verbunden ist. Zwischen beiden sind Rastelemente vorgesehen, die je nach Laufrichtung beziehungsweise Rotationsrichtung des ersten Kupplungselementes eine drehfeste Kopplung zwischen diesem und dem zweiten Kupplungelement ermöglichen oder jedoch ein Freilaufen ohne wirksame Kopplung zwischen beiden. Bezüglich der konkreten konstruktiven Ausgestaltung eines Freilaufes sind keine Beschränkungen vorgesehen. Einzige Voraussetzung ist, daß die beiden verwendeten Freiläufe in entgegengesetzter Rotationsrichtung sperren.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung aus zwei einzelnen Relativdrehzahlerzeugungseinheiten bestehen, die den beiden, über die Freiläufe mit dem Ausgang beziehungsweise der mit dieser gekoppelten Welle verbundenenen Elementen zugeordnet sind. Beide sind dann wechselweise betätigbar, das heißt bewirkt die eine eine Zwangsführung beziehungsweise Relativdrehzahl, befindet sich die andere im gelösten Zustand. Die wechselweise Ansteuerung kann dabei über eine, beiden gemeinsam zugeordnete Steuereinrichtung erfolgen, deren Ausgangssignal wechselweise an der Stelleinrichtung jeder der beiden Relativdrehzahlerzeugungseinheiten anliegt und umgesetzt wird. Bei dieser gemeinsamen Steuereinrichtung kann es sich dabei beispielsweise um eine Getriebesteuervorrichtung oder diese übergeordnete Fahrsteuerung beim Einsatz in Fahrzeugen handeln.
Eine weitere Möglichkeit der Kopplung der Betätigung beider Relativdrehzahlerzeugungseinheiten miteinander besteht in der direkten Kopplung der Stelleinheiten miteinander, wobei diese Kopplung mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder ähnlich erfolgen kann und bei welcher die jeweilige Betätigung der Stelleinrichtung einer Relativdrehzahlerzeugungseinheit eine gleichzeitige Betätigung der anderen zweiten Relativdrehzahlerzeugungseinheit in entgegengesetzte Funktionsstellung bewirkt.
Die Relativdrehzahlerzeugungseinheiten können dabei in Form von Bremseinrichtungen ausgeführt sein. Bei diesem kann es sich um elektrische, hydraulische oder mechanische Bremseinrichtungen handeln. Wie bereits ausgeführt, wird jedoch vorzugsweise eine Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung in Form einer Feststelleinrichtung verwendet, umfassend eine jedem über die Freiläufe mit der mit dem Ausgang drehfest koppelbaren Welle verbundenen Element zugeordnete Feststelleinheit. Diese Feststelleinheit kann dabei ebenfalls als Bremseinheit ausgeführt sein, wobei das erzeugte Bremsmoment eine Größe aufweist, die zum Stillstand des jeweiligen Elementes des Planetenradsatzes führt. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht in der Ausbildung der Feststelleinheiten in Form von sogenannten Klauenschaltungen mit in axialer Richtung verschiebbaren, jedoch in Umfangsrichtung ortsfesten Klauenkupplungselementen, welche mit den jeweiligen Elementen des Planetenradsatzes gekoppelten Klauenkupplungselementen in Wirkverbindung treten. Vorzugsweise ist dabei das in Umfangsrichtung ortsfeste, jedoch in axialer Richtung verschiebbar ausgeführte Klauenkupplungselement in Form einer Schiebeschaltachse ausgeführt, welche am Umfang Vorsprünge und Ausnehmungen trägt, die formschlüssig mit den komplementär dazu ausgeführten Ausnehmungen und Vorsprüngen an den jeweils anderen zweiten Klauenkupplungselementen der einzelnen Elemente des Planetenradsatzes in Wirkverbindung bringbar sind. Dabei kann jedem der beiden Elemente - zweites und drittes Element - des Planetenradsatzes eine entsprechende Klauenschaltung zugeordnet werden, wobei jedem auch ein separates erstes Kupplungselement in Form einer klauentragenden Schiebeschaltachse zugeordnet ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, insbesondere zur Vermeidung unnötiger Plausibilitätskontrollen bei der Betätigung wird beiden Einrichtungen ein gemeinsam nutzbares erstes Klauenschaltelement zugeordnet, welches mindestens drei Funktionsstellungen einnimmt. In der ersten Funktionsstellung ist dieses mit dem zweiten Element des Planetenradsatzes gekoppelt und führt damit zur Feststellung des zweiten Elementes. In der zweiten Funktionsstellung ist dieses mit dem dritten Element des Planetenradsatzes verbunden und führt zum Feststellen des dritten Elementes und in der dritten Funktionsstellung ist das Klauenschaltelement weder mit dem zweiten Kupplungselement des zweiten oder dritten Elementes des Planetenradsatzes in Wirkverbindung, das heißt, keines der beiden Elemente ist in Umfangsrichtung festgestellt. Bezüglich der Funktionszuordnung zu den einzelnen Elementen des Planetenradsatzes bestehen viele Möglichkeiten. Beispielsweise wird das erste Element

a) vom Sonnenrad oder
b) vom Steg oder
c) vom Hohlrad

Bei Ausführung des ersten Elementes vom Sonnenrad wird das zweite Element vom Steg und das dritte Element des Planetenradsatzes vom Hohlrad gebildet. Dabei wird zur Leistungsübertragung auf den Ausgang das Hohlrad festgestellt beziehungsweise mit der entsprechenden Relativdrehzahl zum Sonnenrad betrieben, so daß der Steg und das Sonnenrad in gleicher Richtung rotieren. In diesem Fall würde der mit dem zweiten Element in Form des Steges gekoppelte Freilauf sperren, während der mit dem Hohlrad gekoppelte Freilauf eine Relativbewegung zwischen dem Abtrieb und dem Hohlrad zuläßt. Wird das erste Element vom Steg gebildet, wird das zweite Element vom Hohlrad und das dritte Element vom Sonnenrad gebildet. In diesem Fall wird bei Festsetzen des Sonnenrades das Hohlrad gleichsinnig, das heißt mit gleicher Rotationsrichtung wie der Steg betrieben, so daß in diesem Fall der mit dem Hohlrad gekoppelte Freilauf sperrt, während der mit dem Hohlrad gekoppelte Freilauf in dieser Rotationsrichtung freigegeben ist. Bei umgekehrter Drehrichtung wird das Hohlrad festgesetzt beziehungsweise mit Relativdrehzahl zwangsgeführt. Der mit dem Hohlrad gekoppelte Freilauf läuft frei und der mit dem Sonnenrad gekoppelte Freilauf sperrt in dieser Richtung und bewirkt damit eine drehfeste Kopplung zwischen dem Sonnenrad und dem Ausgang beziehungsweise der mit dem Ausgang gekoppelten Welle.
Im dritten Fall bei Ausgestaltung des Hohlrades als erstes Element des Planetenradsatzes erfolgt bei Festsetzung des Sonnenrades als zweites Element des Planetenradsatzes die Leistungsübertragung über den Steg, wobei der mit dem Steg gekoppelte Freilauf in dieser Richtung sperrt, das heißt der gleichen Rotationsrichtung wie das Hohlrad. Der mit dem Sonnenrad gekoppelte Freilauf läuft frei. Im umgekehrten Fall, zur Realisierung der Drehrichtungsumkehr, wird der Steg festgehalten und das Sonnenrad rotiert mit entgegengesetzter Rotationsrichtung zum Hohlrad. Bei Sperrung durch den mit dem Sonnenrad gekoppelten Freilauf wird die Leistung über das Sonnenrad auf die mit dem Ausgang koppelbare Welle übertragen, welche in diesem Fall ebenfalls mit entgegengesetzter Rotationsrichtung zum Hohlrad dreht.
Die konkrete Auswahl der Zuordnung der Funktionen zu den einzelnen Elementen des Planetenradsatzes hängt dabei von der konkreten Einbausituation und den mit diesen gestellten Anforderungen ab. Die sich ergebenden Übersetzungen durch die Wendeschaltung bzw. Nachschaltstufe bestimmen sich nach den üblichen Formeln für die Übersetzungsverhältnisse an Planetenradstufen und werden entsprechend dem Einsatzerfordernis ausgelegt.
Die erfindungsgemäß gestaltete Wendeschaltung kann in jeder Art von Getriebebaueinheiten zum Einsatz gelangen. In diesem Fall ist die Wendeschaltung bei Leistungsübertragung im Traktionsbetrieb zwischen Getriebeeingangswelle und Getriebeausgang vor dem Getriebeausgang angeordnet bzw. diesem vorgeschaltet. Insbesondere bei Ausführungen mit hydrodynamischer Leistungsübertragung, beispielsweise einer hydrodynamischen Kupplung, wie sie beispielsweise bei automatisierten oder Automatgetrieben zum Einsatz gelangen, besteht zusätzlich die Möglichkeit der Einsparung eines separaten Retarders für die hydrodynamische Bremsung, da unter der Schaltung in Gegenantriebsrichtung mit gefüllter Kupplung auch gebremst werden kann. Die Turbokupplung kann in der anderen Betriebsweise der Wendeschaltung ganz normal als Leistungsübertragungselement genutzt werden. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung kann sowohl bei kleinen Drehzahlen und entsprechend großen Momenten als auch bei großen Drehzahlen und kleinen Momenten erfolgen. Insbesondere für hydrodynamische Getriebe, vorzugsweise hydrodynamische-mechanische Verbundgetriebe ist letztere Variante von besonderem Vorteil, da mit dieser . Lösung kleinere und leichtere Einheiten geschaffen werden können.
Bei Nichtfesthalten der zweiten und dritten Elemente des Planetenradsatzes sondern lediglich Zwangsfügung und Erzeugung einer Relativdrehzahl kann zusätzlich die Übersetzungscharakteristik beeinflußt werden. Des weiteren kann die gleiche technologische Grundanordnung auch für ein zweistufiges Getriebe entsprechend der Verwendung von Planetenstufen in Pkw-/Lkw's- Automatikgetrieben verwendet werden. Entsprechend der Auslegung können die Freiläufe auch als Überholfreiläufe in die gleiche Richtung sperren oder frei sein.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß für die Schaltung selbst die Verzahnung nicht stillstehen muß. D. h. eine Zahn- vor Zahn-Stellung wie bei einer Klauenkupplung ist nicht notwendig. Ferner müssen vorhandene hydrodynamische Kreisläufe nicht zwangsläufig entleert werden.
Ein Verspannen der beiden Freiläufe auf der Abtriebsseite kann ausgeschlossen werden, da das Lösen eines Freilaufes immer schneller bzw. auf einem kleineren Umdrehungswinkel erfolgt, als das Verspannen. Konkret ist dabei immer eine Relativabtriebsdrehzahl vorhanden, die entweder gegen die Antriebsquelle bremsend wirkt oder von ihr beschleunigt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einer Getriebebaueinheit den Grundaufbau und das Grundprinzip einer erfindungsgemäß gestalteten Wendeschaltung;
Fig. 2 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Wendeschaltung gemäß Fig. 1 mit Klauenschaltung.
Die Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine erste besonders vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäß gestalteten Wendeschaltung 1. Diese ist in der Regel in Getriebebaueinheiten 2 integriert, wobei die Anordnung an beliebiger Stelle zwischen dem Getriebeeingang E und dem Getriebeausgang A erfolgt. Die Wendeschaltung 1 umfaßt eine Getriebeeinheit 3, welche mindestens einen Planetenradsatz 4 umfaßt. Der Planetenradsatz 4 ist dabei wellengelagert, d. h. frei von einer Anordnung bzw. Fixierung im Gehäuse der Getriebebaueinheit 2. Dies bedeutet, daß kein Element des Planetenradsatzes ortsfest gelagert ist. Der Planetenradsatz 4 ist dabei auf einer, mit dem Getriebeeingang E wenigstens mittelbar drehfest gekoppelten Welle 5, welche auch als Antrieb 35 bezeichnet wird, gelagert. Die Kopplung der Welle 5 mit dem Getriebeeingang E kann dabei über eine Mehrzahl unterschiedlich gestalteter Leistungsübertragungs- und/oder Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtungen erfolgen. Dabei ist ein erstes Element 6 des Planetenradsatzes auf der mit dem Getriebeeingang E wenigstens indirekt oder direkt gekoppelten Welle 5 gelagert bzw. drehfest mit dieser und damit einem Antrieb 35 verbunden. Die Lagerung der weiteren Elemente des Planetenradsatzes 4 - eines zweiten Elementes 7 und eines dritten Elementes 8 - erfolgt entweder auf einer wenigstens mittelbar mit dem Getriebeausgang A gekoppelten Welle 9 oder ebenfalls der mit dem Getriebeeingang gekoppelten Welle. Erfindungsgemäß sind das zweite und dritte Element 7, 8 des Planetenradsatzes 4 jeweils über einen Freilauf 10 und 11 mit dem Ausgang A beziehungsweise der mit diesem gekoppelten Welle 9 verbunden. Die Welle 9 wird allgemein als Abtrieb 36 bezeichnet und muß nicht wie dargestellt als Vollprofilwelle ausgeführt sein. Dabei ist das zweite Element 7 über den Freilauf 10 mit der Welle 9 verbindbar, während das dritte Element 8 über den Freilauf 11 mit der Welle 9 verbindbar ist. Erfindungsgemäß weisen beide Freiläufe 10 und 11 bezogen auf die Rotationsrichtung des mit dem Ausgang A verbundenen oder diesen bildenden Abtriebes 36 bzw. der Welle 9 unterschiedliche Sperrichtungen auf. Die Freiläufe sind dabei im einfachsten Fall als sogenannte Freilaufkupplungen ausgeführt, wobei jeweils ein erstes Element 12 bzw. 13 jeder Freilaufkupplung 10 und 11 drehfest mit einem Element - dem zweiten Element 7 und dem dritten Element 8 - des Planetenradsatzes 4, verbunden sind. Die zweiten Elemente 14 und 15 der Freilaufkupplungen 10 und 11 sind dabei drehfest mit der wenigstens mittelbar mit dem Getriebeausgang A drehfest gekoppelten Welle 9 verbunden. Die Kopplung erfolgt dabei beispielsweise über Übertragungselemente 16 und 17, welche zwischen dem ersten Element 12 bzw. 13 und dem zweiten Element 14 bzw. 15 angeordnet sind und bei Rotationsrichtung des jeweils zweiten Elementes 7 oder dritten Elementes 8 in einer ersten, zur Rotation des ersten Elementes 6 gleichgerichteten Rotationsrichtung I eine drehfeste Kopplung zwischen dem zweiten Element 7 über den Freilauf 10 mit der Welle 9 und damit dem Ausgang A ermöglichen, während der zweite Freilauf 11 als Freilauf fungiert und eine Relativbewegung des dritten Elementes 8 gegenüber der Welle 9 zuläßt. In der zweiten Rotationsrichtung II arbeitet der Freilauf 10 als Freilauf und ermöglicht eine Relativbewegung zwischen dem zweiten Element 8 und der Welle 9 ohne Kopplung zwischen beiden. In dieser zweiten Rotationsrichtung II arbeitet dann der zweite Freilauf 11 mit Sperrwirkung. Dies bedeutet, daß in diesem Fall eine drehfeste Kopplung zwischen dem dritten Element 8 und der Welle 9 und damit dem Ausgang A ermöglicht wird. Im Zustand der drehfesten Kopplung besteht zwischen dem zweiten Element 7 und der Welle 9 bzw. dem dritten Element 8 und der Welle 9 keine Drehzahldifferenz. In der Funktion als Wendeschaltung 1, d. h. zur Realisierung einer Drehrichtungsumkehr am Ausgang A der Getriebebaueinheit 2, müssen beide Abtriebsseiten, welche vom zweiten Element 7 oder dem dritten Element 8 des Planetenradsatzes 4 gebildet werden, gegensinnig rotieren können und den Abtrieb 36 bzw. die Welle 9 gegensinnig antreiben können. Dies wird dadurch erzielt, daß die beiden Freiläufe 10 und 11 unterschiedliche Sperrichtungen aufweisen. Eine weitere Voraussetzung ist, daß das Element 7 oder 8, dessen zugeordneter Freilauf 10 oder 11 für eine bestimmte erste Rotationsrichtung frei läuft, das heißt keine Kopplung zwischen dem Element 7 oder 8 und der Welle 9 realisiert, festgehalten wird. Die beiden Freiläufe 10 und 11 sperren in unterschiedlicher Drehrichtung, so daß beispielsweise bei Sperren des Freilaufes 10 in der ersten Rotationsrichtung I der Freilauf 11 offen ist und umgekehrt. Für die Funktion des Festhaltens ist eine Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung 27 in Form einer Feststelleinrichtung 24 mit gemeinsamer Nutzung von Elementen durch beide Elemente 7 und 8 vorgesehen. Denkbar ist es auch, daß die Feststelleinrichtung 24 zwei, jeweils wechselweise betätigbare Feststelleinheiten 25.1 und 25.2 umfaßt, wobei jeweils eine Feststelleinheit 25.1 beziehungsweise 25.2 einem Element, dem zweiten Element 7 beziehungsweise dem dritten Element 8 zugeordnet ist. Die Funktion der Feststelleinrichtung 24 kann auch durch eine Bremseinrichtung 26 realisiert werden. Diese kann als mechanische Einheit, wie Scheibenbremseinrichtung, Lamellenbremseinrichtung sowie auch als elektrische Bremseinrichtung ausgeführt werden. Bezüglich der konkreten Auswahl der Bremseinrichtung sind keine Restriktionen vorgesehen, so daß auch hydrodynamische oder hydrostatische Komponenten verwendet werden können.
Im dargestellten Fall wird das erste Element 6 des Planetenradsatzes 4 von einem Sonnenrad 18 des Planetenradsatzes 4 gebildet. Das zweite Element 7 wird vom Steg 19 und das dritte Element 8 vom Hohlrad 20 gebildet. Eine Vertauschung der Funktionen erstes Element des Planetenradsatzes, zweites Element 7 des Planetenradsatzes 4 und drittes Element 8 des Planetenradsatzes 4 zu Sonnenrad 18, Steg 19 oder Hohlrad 20 ist denkbar. Dies hängt vom konkreten Einsatzfall und den sich ergebenden konstruktiven und technischen Vorteilen ab. Zwischen Steg 19 und Welle 9 ist der Freilauf 10 angeordnet, zwischen Hohlrad 20 und Welle 9 ist der Freilauf 11 zwischengeschaltet.
Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung erfolgt das Festhalten der einzelnen Elemente - zweites Element 7 oder drittes Element 8 - des Planetenradsatzes 4 wechselweise. Dies kann dadurch realisiert werden, daß entweder lediglich eine entsprechende Bremseinrichtung vorgesehen ist oder aber jedem der beiden mit dem Ausgang A drehfest koppelbaren Elemente 7 und 8 eine separate Bremseinheit 22 bzw. 23 zugeordnet ist, wobei die Betätigung beider Bremseinheiten 22 und 23 wechselweise vorzugsweise durch Kopplung der Betätigung beider miteinander erfolgt, so daß keine Überschneidungen entstehen. Mit dieser Ausführung kann eine Richtungsumkehr des Abtriebes 36 beziehungsweise Ausgangs A, d. h. der Welle 9, welche wenigstens mittelbar mit dem Ausgang A einer Getriebebaueinheit gekoppelt ist, sowohl bei rotierendem und belastetem Antrieb als auch im lastfreien Betrieb von einer fest vorgegebenen Drehrichtung realisiert werden. Dazu wird die Leistungsverzweigungseigenschaft des Planetenradsatzes 4 ausgenutzt. Der Planetenradsatz 4 ist bezüglich der Übersetzungsverhältnisse derart ausgelegt, daß zum Beispiel bei Festhalten des Steges 19 eine gegensinnige Drehrichtung am Abtrieb, d. h. der Welle 9 und damit des Ausganges A, vorliegt. Die Übertragung des Momentes bzw. der Drehzahl über das Hohlrad 20 auf die Welle 9 erfolgt dann durch den Freilauf 11, der in dieser gegensinnig zum Sonnenrad 18 vorliegenden Rotationsrichtung sperrt. In diesem Fall ist dies die zweite Rotationsrichtung II. Der festgehaltene Steg 19 ist dabei mit dem Freilauf 10 gekoppelt, welcher jedoch in dieser zweiten Rotationsrichtung II nicht sperrt. Dies bedeutet, daß zwischen Steg 19 und Welle 9 eine Drehzahldifferenz und damit Relativgeschwindigkeit vorliegt. Das heißt, daß die gesamte Antriebsleistung über den Freilauf 11 übertragen wird.
Bei drehzahlgleichsinniger Übertragung des Momentes zur Getriebeausgangswelle A, d. h. zur Welle 9, und damit einer Leistungsübertragung bei gleicher Drehrichtung zwischen Antrieb 35 bzw. der Welle 5 und Abtrieb 36 bzw. der Welle 9, ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 das Hohlrad 20 festzusetzen, wobei der mit dem Hohlrad 20 gekoppelte Freilauf 11 in dieser Rotationsrichtung geöffnet ist, da die Welle 9 gleichsinnig zum Eingang E, d. h. der Welle 5, rotiert. Das Moment wird dann über den Steg 9 und den in diesem Funktionszustand beziehungsweise der ersten Rotationsrichtung 1 sperrenden Freilauf 10 auf die Welle 9 übertragen. Die Wendeschaltung 1 wird somit durch einfaches Abbremsen bzw. Festhalten des für die jeweilige Richtung vorgesehenen Teiles der Leistungsverzweigung durchgeführt, wobei gleichzeitig die Gegenseite hinsichtlich der Rotationsrichtung freigegeben wird. Dabei stellt die in der Fig. 1 dargestellte Lösung des Festhaltens des jeweils weiteren zweiten Abtriebes, d. h. des zweiten Elementes 7 oder des dritten Elementes 8, einen besonders vorteilhaften Spezialfall dar. Es besteht ferner auch die Möglichkeit, durch eine entsprechende Zwangsführung mit einer Relativdrehzahl eine geeignete Umkehrung der Drehrichtung zu bewerkstelligen. Diese Lösung ist jedoch mit Verlustleistung verbunden und daher nur in besonderen Ausnahmefällen zu empfehlen. In diesem Fall werden die Bremseinrichtungen derart angesteuert, daß ein Bremsmoment für das jeweilige mit Relativdrehzahl zum Abtrieb rotierende Element bei geöffnetem Freilauf erzeugt wird, welches die Zwangsführung des Elementes mit einer Drehzahl ermöglicht.
Die Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung 27 in Form der Feststelleinrichtung 24 in Fig. 1 umfaßt die beiden Bremseinrichtungen 25.1 und 25.2. Bei diesen handelt es sich dabei hinsichtlich der baulichen Ausführung um autarke Einheiten, welche jedoch wechselweise ansteuerbar sind. Dies kann beispielsweise durch eine, beiden Bremseinrichtungen gemeinsam zugeordnete Steuereinrichtung 28 erfolgen, welche beispielsweise von der ohnehin bei Integration in einer Getriebebaueinheit vorhandenen Getriebesteuereinrichtung gebildet wird. Es ist jedoch auch denkbar, insbesondere bei mechanisch ausgeführten Bremseinheiten 25.1 und 25.2 deren Betätigung miteinander zu koppeln, so daß die Betätigung der einen Bremseinrichtung in Richtung Erzeugung einer Relativdrehzahl zwischen dem entsprechenden Element des Planetenradsatzes und der mit dem Ausgang A gekoppelten Welle 9 gleichzeitig eine Freigabe beziehungsweise ein Lösen der dem jeweils anderen Element des Planetenradsatzes zugeordneten Bremseinheit ermöglicht.
Die Fig. 2 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäß gestalteten Wendeschaltung 1.2. Der Grundaufbau entspricht dem in der Fig. 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Im Gegensatz zu Fig. 1 erfolgt jedoch hier die Erzeugung einer Relativdrehzahl zwischen einem Element des Planetenradsatzes 4.2 und der mit dem Ausgang gekoppelten Welle 9.2 über eine Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung 27.2 in Form einer Feststelleinrichtung 24.2, welche als Klauenschaltung 29 ausgeführt ist.
Dabei ist jedem der beiden mit dem Abtrieb gekoppelten Elemente, hier dem Steg 19.2 als zweites Element 7.2 des Planetenradsatzes 4.2 und des Hohlrades 20.2 als drittes Element 8.2 des Planetenradsatzes 4.2 ein klauentragendes Element Zugeordnet. Im dargestellten Fall ist dabei ein klauentragendes Element 30 dem zweiten Element 7.2 des Planetenradsatzes zugeordnet und mit diesem drehfest verbunden, während das klauentragende Element 31 mit dem dritten Element 8.2 des Planetenradsatzes 4.2 drehfest gekoppelt ist. Beiden gemeinsam ist ein weiteres drittes klauentragendes Element 32 zugeordnet, beispielsweise in Form einer ortsfest gelagerten Schiebeschaltachse 33. Die Schiebeschaltachse weist dabei im wesentlichen drei Funktionsstellungen auf, eine erste Funktionsstellung, bei der diese mit dem klauentragenden Element 30 am zweiten Element des Planetenradsatzes, das heißt dem Steg 19.2 in Wirkverbindung tritt, eine zweite Funktionsstellung, bei welcher das klauentragende Element 31 mit der Schiebeschaltachse beziehungsweise dem klauentragenden Element 32 in Wirkverbindung gebracht wird, und eine dritte Funktionsstellung, in der keine formschlüssige Verbindung mit einem der Elemente des Planetenradsatzes besteht. Durch die Verwendung der Schiebeschaltachse 33 wird das jeweilige Element des Planetenradsatzes 4.2, insbesondere das zweite Element 7.2 und das dritte Element 8.2 auf Drehzahll Null zurückgeführt, das heißt festgesetzt. Vorzugsweise werden die festzusetzenden Elemente vorher jedoch abgebremst. Dies kann beispielsweise auch mitzusätzlichen Bremseinrichtungen, wie in Fig. 1 beschrieben erfolgen. Die Funktionsweise gestaltet sich daher analog zu der in der Fig. 1 beschriebenen. Jedoch ist mit dieser Möglichkeit der Verwendung einer Klauenschaltung 29 nur ein Festsetzen zur Erzeugung einer Relativdrehzahl zwischen den einzelnen Elementen des Planetenradsatzes und der mit dem Ausgang gekoppelten Welle 9.2 möglich. Andernfalls dürfte es sich hier nicht um eine ortsfeste Schiebeschaltachse 33 handeln, sondern um einen Schiebeschaltring, der zusätzlich abgebremst wird. Vorzugsweise werden jedoch die Relativdrehzahlerzeugungseinrichtungen 27 und 27.2 für die Ausführung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 immer derart ausgeführt, daß ein Festsetzen eines der Elemente des Planetenradsatzes erfolgt.
Ausführungen mit Relativdrehzahl, das heißt noch rotierendem Element, sind zwar ebenfalls denkbar, werden jedoch aufgrund der anfallenden Verlustleistung nur bedingt zum Einsatz gelangen. Bezugszeichenliste 1, 1.2 Wendeschaltung
2, 2.2 Getriebebaueinheit
3 Getriebeeinheit
4 Planetenradsatz
5 Welle
6 erstes Element des Planetenradsatzes
7, 7.2 zweites Element des Planetenradsatzes
8, 8.2 drittes Element des Planetenradsatzes
9 Welle
10 Freilauf
11 Freilauf
12 erstes Element der ersten Freilaufkupplung
13 erstes Element der zweiten Freilaufkupplung
14 zweites Element der ersten Freilaufkupplung
15 zweites Element der zweiten Freilaufkupplung
16 Übertragungselement
17 Übertragungselement
18 Sonnenrad
19 Steg
20 Hohlrad
21 Bremseinrichtung
22 Bremseinheit
23 Bremseinheit
24, 24.2 Feststelleinrichtung
25.1, 25.2 Feststelleinheit
26 Bremseinrichtung
27, 27.2 Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung
28 Steuereinrichtung
29 Klauenschaltung
30 klauentragendes Element
31 klauentragendes Element
32 klauentragendes Element
33 Schiebeschaltachse
35, 35.2 Antrieb
36, 36.2 Abtrieb
E Eingang der Getriebebaueinheit
A Ausgang der Getriebebaueinheit

Claims

1. Wendeschaltung (1; 1.2) für den Einsatz in Getriebebaueinheiten zur Drehrichtungsumkehr zwischen einem Eingang (E) und einem Ausgang (A)

1. 1.1 mit mindestens einem Planetenradsatz (4; 4.2);

2. 1.2 ein erstes Element (6; 6.2) des Planetenradsatzes (4; 4.2) ist mit einem Antrieb (35; 35.2) drehfest gekoppelt;

3. 1.3 ein zweites und ein drittes Element (7, 8; 7.2, 8.2) des Planetenradsatzes (4; 4.2) sind über jeweils einen Freilauf (10, 11) mit einem Abtrieb (36, 36.2) verbindbar;

4. 1.4 beide Freiläufe (10, 11) sind für gegensinnige Drehrichtungen des Abtriebes (36; 36.2) sperrend ausgeführt;

5. 1.5 mit einer, dem zweiten Element (7, 7.2) und dem dritten Element (8; 8.2) zugeordneten Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung (27; 27.2) zur Erzeugung einer Relativdrehzahl zwischen dem zweiten Element (7; 7.2) und dem Abtrieb (36; 36.2) und dem dritten Element (8; 8.2) und dem Abtrieb.

2. Wendeschaltung (1; 1.2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (10, 11) als Freilaufkupplung ausgeführt ist.

3. Wendeschaltung (1; 1.2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Relativdrehzahlerzeugungseinrichtung (27; 27.2) zwei Relativdrehzahlerzeugungseinheiten, die jeweils einem Element - zweitem Element (7, 7.2) und drittem Element (8, 8.2) - des Planetenradsatzes (4; 4.2) zugeordnet sind, umfaßt.

4. Wendeschaltung (1; 1.2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Relativdrehzahlerzeugungseinheiten wechselweise ansteuerbar sind.

5. Wendeschaltung (1; 1.2) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 5.1 mit jeweils einem ersten, beiden Relativdrehzahlerzeugungseinheiten gemeinsam zugeordneten Stellelement (32, 33);

2. 5.2 jede Relativdrehzahlerzeugungseinheit umfaßt ein zweites, dem entsprechenden Element - zweitem Element (7; 7.2) und drittem Element (8; 8.2) des Planetenradsatzes (4; 4.2) zugeordnetes Element (30, 31);

3. 5.3 das Stellelement (32) umfaßt mindestes drei Funktionsstellungen
eine erste Funktionsstellung, die durch das Zusammenwirken mit dem zweiten Element (30) der Relativdrehzahlerzeugungseinheit des zweiten Elementes (7; 7.2) der Getriebebaueinheit charakterisiert ist,
eine zweite Funktionsstellung, welche durch das Zusammenwirken mit dem zweiten Element (31) der Relativdrehzahlerzeugungseinheit des dritten Elementes (8; 8.2) des Planetenradsatzes (4; 4.2) charakterisiert ist und
eine dritte Funktionsstellung, welche frei von einem Zusammenwirken mit einem der beiden zweiten Elemente (30, 31) der Relativdrehzahlerzeugungseinheiten charakterisiert ist.

6. Wendeschaltung (1; 1.2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch charakterisiert, daß die Relativdrehzahlerzeugungseinheiten als Bremseinheiten (22, 23) ausgeführt sind.

7. Wendeschaltung (1; 1.2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativdrehzahlerzeugungseinheiten als Feststelleinheiten (25.1, 25.2) ausgeführt sind.

8. Wendeschaltung (1; 1.2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinheiten (25.1, 25.2) als elektrische oder hydraulische, insbesondere hydrostatische oder hydrodynamische oder mechanische oder pneumatische Bremseinrichtungen oder eine Kombination aus verschiedenen Wirkprinzipien ausgeführt sind.

9. Wendeschaltung (1; 1.2) dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (35; 35.2) von einer ersten Welle (5; 5.2) und der Abtrieb (36; 36.2) von einer zweiten Welle (9; 9.2) gebildet wird.

10. Wendeschaltung (1; 1.2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Welle (5; 5.2) und/oder die zweite Welle (6; 6.2) als Hohlwelle ausgeführt ist.

11. Wendeschaltung (1; 1.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Element (6; 6.2) des Planetenradsatzes (4; 4.2) vom Sonnenrad (18), ein zweites Element (7; 7.2) des Planetenradsatzes (4; 4.2) vom Steg (19) und ein drittes Element (8; 8.2) vom Hohlrad (20) gebildet werden.

12. Wendeschaltung (1; 1.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Element (6; 6.2) vom Hohlrad, ein zweites Element (7; 7.2) des Planetenradsatzes (4; 4.2) vom Sonnenrad und ein drittes Element (8; 8.2) vom Steg gebildet werden.

13. Wendeschaltung (1; 1.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Element (6; 6.2) vom Steg, ein zweites Element (7; 7.2) des Planetenradsatzes (4; 4.2) vom Hohlrad und ein drittes Element (8; 8.2) vom Sonnenrad gebildet werden.

14. Getriebebaueinheit (2; 2.2) mit einem Getriebeeingang (E) und einem Ausgang (A) und mit einer vor dem Ausgang angeordneten Wendeschaltung (1; 1.2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.

15. Getriebebaueinheit (2; 2.2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (35; 35) von einem mit der Getriebeeingangswelle (E) wenigstens indirekt verbundenen Leistungsübertragungselement gebildet wird, während der Abtrieb (36; 36.2) von einem wenigstens mittelbar drehfest mit dem Getriebeausgang (A) gekoppelten Element gebildet wird.

16. Getriebebaueinheit (2; 2.2) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß diese als automatisiertes Schaltgetriebe ausgeführt ist.

17. Getriebebaueinheit (2; 2.2) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Automatgetriebe ausgeführt ist.

18. Getriebebaueinheit (2; 2.2) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen hydrodynamischen Getriebeteil in Form einer hydrodynamischen Kupplung umfaßt.