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Die
Erfindung betrifft ein Automatgetriebe mit wenigstens einem Planetensatz.
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Gattungsgemäße
Automatgetriebe sind allgemein bekannt. Beispielhaft soll hier auf
die
DE 20 21 543 A1 verwiesen
werden, welche ein kombiniert hydrodynamisch – mechanisches
Getriebe für Fahrzeuge mit Teilung der Traktionsleistung
mittels eines Differentialgetriebes auf einen Kraftweg mit einem hydrodynamischen
Wandler und einen parallel dazu liegenden mechanischen Kraftweg
und mit einer Zusammenführung der Traktionsleistung auf
einen gemeinsamen Kraftweg beschreibt. Dabei weist das Getriebe
mechanische, wahlweise ein- und ausschaltbare Übersetzungsstufen
(Gängen) im hydrodynamischen und/oder mechanischen und/oder
im gemeinsamen Kraftweg auf.
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Diese
so genannten Differentialwandlergetriebe (DIWA) werden im Antrieb
von Fahrzeugen verschiedener Art angewandt. Dabei werden im DIWA – Getriebe,
wie üblicherweise in allen Automatgetrieben, mehrere Planetensätze
verwendet. Diese Planetensätze werden in einem vorbestimmten
festen Koppelschema miteinander verbunden. Mit Lamellenkupplungen
bzw. Lamellenbremsen werden dann die verschiedenen Übersetzungen
des Getriebes realisiert. Mit den Lamellen der Kupplungen bzw. Bremsen
wird typischerweise erreicht, dass es zu Schaltungen ohne Zugkraftunterbrechung
kommt.
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Den
bekannten vielfältigen Vorteilen der DIWA – Getriebe
stehen als Nachteil der hohe Bauteilaufwand von zwei Planetensätzen
und drei Kupplungen im Eingangdifferential gegenüber. Außerdem ist
die Wandlerbremse im 1. Gang nicht sinnvoll verfügbar,
weshalb als Ausweg auf das Bremsen mit den Rückwärtsganglamellen
zurückgegriffen wird.
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Es
ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein Automatgetriebe
dahingehend zu verbessern, dass mit weniger Bauraum und weniger Bauteilen
ein vergleichbares Automatgetriebe, insbesondere mit der selben
Anzahl an Gängen, oder mit dem selben Bauraum ein optimiertes
Automatgetriebe, insbesondere mit einer größeren
Zahl an Gängen, möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten
Merkmale gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Idee die Kopplungsstruktur eines
Planetensatzes zu ändern, während dieser als Ganzes
umläuft, ohne ein Antriebsmoment zu übertragen,
ermöglicht es entweder mit der selben Anzahl an Bauteilen
mehr Übersetzungen (Gangstufen) zu realisieren, oder aber
die selbe Anzahl an Übersetzungen mit weniger Bauteilen
und entsprechend weniger Bedarf an Bauraum umzusetzen.
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Damit
werden die typischen Vorteile der Schaltgetriebe, nämlich
die variable Kopplungsstruktur und der einfache Aufbau mit dem großen
Vorteil der Automatgetriebe, nämlich dem Schalten ohne Zugkraftunterbrechung
verbunden.
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In
einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist die Kopplungsstruktur über zwei Klauenkupplungen
veränderbar.
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Im
Vergleich zu Lamellenkupplungen sind Klauenkupplungen einfache und
kostengünstige Bauteile. Klauenkupplungen haben sich bei
Schaltungen mit minimalen Differenzdrehzahlen zwischen den Schaltelementen
bewährt. Aber auch bei höheren Differenzdrehzahlen
ergeben sich mit Synchronisierungen einwandfreie und schnelle Schaltvorgänge,
wenn dabei nicht das Antriebsmoment, sondern nur die Trägheits-
und Reibungskräfte übertragen werden müssen.
Mit den einfachen und effizient arbeitenden Klauenkupplungen kann
daher die Kopplungsstruktur einfach und mit wenig Bedarf an Bauraum
geändert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Klauenkupplungen
hydraulisch betätigt.
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Da
Klauenkupplungen lassen sich hydraulisch einfach betätigen,
da sie nur geöffnet und geschlossen werden müssen.
Anders als bei den Lamellenkupplungen ist hierzu keine exakte Ansteuerung
eines Betätigungsdrucks während des gesamten Schaltvorgangs
notwendig. Vielmehr können beide Klauenkupplungen gemeinsam
mit einem die Kupplungen betätigenden konstanten Druck
angesteuert werden.
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In
einer besonders günstigen Ausgestaltung der Ansteuerung
der Klauenkupplungen, werden die betätigten Kupplungen
durch Federelemente zurückgestellt.
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Dies
ist einfach und effektiv, da die Rückstellung nach dem
Absenken des Betätigungsdruckes automatisch erfolgt. Dies
spart eine weitere Leitung zur Ansteuerung bzw. Betätigung
der Rückstellung und trägt damit zu einem einfachen
und kompakten Automatgetriebe bei.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Automatgetriebe
einen hydrodynamischen Wandler aufweist.
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Damit
sind die bekannten Vorteile eines mechanisch hydrodynamischen Automatgetriebes
auch mit der Erfindung nutzbar.
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In
einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung
hiervon, ist es vorgesehen, dass Getriebe so auszubilden, dass in
der niedrigsten Gangstufe das Pumpenlaufrad des hydrodynamischen
Wandler frei drehbar ist.
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Untersuchungen
und Erfahrungen haben gezeigt, dass das freie Drehen des Pumpenlaufrads
zu einer extremen Steigerung des Bremsmoments führt. Mit
dem erfindungsgemäßen Aufbau kann dieses Bremsmoment
nun genutzt werden.
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In
einer sehr günstigen Variante der Erfindung, wird die Änderung
der Kopplungsstruktur mit nur einem einzigen Planetensatz in einem
Eingangsbereich des Getriebes realisiert.
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Damit
kann bei gleicher Gangzahl wie bisher eine deutliche Optimierung
im Bauraum, insbesondere in der Baulänge des Getriebes
erreicht werden.
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In
einer weiteren sehr günstigen Variante der Erfindung, wird
die Änderung der Kopplungsstruktur an einem von zwei Planetensätzen
in einem Eingangsbereich des Getriebes realisiert.
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Hierbei
erfolgt zwar keine Einsparung an Bauraum, dafür wird eine
zusätzliche Gangstufe realisiert.
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In
einer sehr vorteilhaften Weiterbildung hiervon überträgt
auch der zweite Planetensatz in einer Gangstufe kein Drehmoment
und ist in dieser Gangstufe in seiner Kopplungsstruktur über
weitere Kupplungs- und/oder Bremselemente veränderbar.
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Indem
die erfindungsgemäße Idee auf beide Planetensätze
angewandt wird, kann hier bei gleichem Bauraum – wie im
Stand der Technik – ein weiterer zusätzlicher
Gang realisiert werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich ferner aus den restlichen
Unteransprüchen und aus den Ausführungsbeispielen,
welche nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert
werden.
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Die
Erfindung wird dabei anhand der Eingangsgruppe eines hydrodynamischmechanischen Automatgetriebes
exemplarisch detailliert dargestellt. Die Idee der Erfindung, die
Kopplungsstruktur eines Planetensatzes zu verändern, während
dieser ohne Differenzdrehzahl dreht, ist jedoch weder auf eine Eingangsgruppe
noch auf ein hydrodynamisch-mechanisches Getriebe beschränkt.
Sie kann analog auch für beliebige andere Baugruppen eines
Automatgetriebes eingesetzt werden.
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Dabei
zeigen:
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1 in
schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines hydrodynamisch-mechanischen
Automatgetriebes nach dem Stand der Technik;
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2 in
schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer Ausführungsform
des Eingangsbereichs des hydrodynamischmechanischen Automatgetriebes
gemäß der Erfindung;
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3 verschiedene
möglich Varianten der Ausgestaltung einer Klauenkupplung;
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4 eine
exemplarische Darstellung einer Klauenkupplung mit Synchronisierung
in zwei Schaltzuständen;
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5 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes gemäß der Erfindung in Neutralstellung;
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6 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses im 1. Gang;
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7 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses im 2. Gang;
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8 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses im 3. Gang, mit
Kopplungsstruktur des Eingangsbereichs für den 2. Gang;
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9 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses im 3. Gang, mit
Kopplungsstruktur des Eingangsbereichs für den 4. Gang;
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10 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses im 4. Gang;
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11 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses beim Bremsen im
4. Gang;
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12 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses beim Bremsen im
3. Gang, mit Kopplungsstruktur des Eingangsbereichs für
den 4. Gang;
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13 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses beim Bremsen im
2. Gang;
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14 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses beim Bremsen über
die Lamellen der Rückwärtskupplung im 1. Gang;
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15 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses beim Bremsen über
den Wandler im 1. Gang;
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16 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses beim verstärkten
Bremsen mit freiem Pumpenlaufrad im 1. Gang;
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17 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses beim „Automatischen
Neutral im Stillstand" (ANS);
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18 den
Grundaufbau einer Ausführungsform des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes mit Darstellung des Kraftflusses im Rückwärtsgang;
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19 eine
alternative konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs
des hydrodynamisch-mechanischen Automatgetriebes mit Klauenkupplungen;
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20 eine
zweite alternative konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs
des hydrodynamisch-mechanischen Automatgetriebes mit Klauenkupplungen;
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21 eine
dritte alternative konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs
des hydrodynamisch-mechanischen Automatgetriebes mit Klauenkupplungen;
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22 eine
vierte alternative konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs
des hydrodynamisch-mechanischen Automatgetriebes mit Klauenkupplungen;
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23 eine
alternative konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs
des hydrodynamisch-mechanischen Automatgetriebes mit Lamellenkupplungen
und einer Klauenkupplung;
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24 eine
weitere konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs des
hydrodynamisch-mechanischen Automatgetriebes mit fünf Lamellenkupplungen;
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25 eine
zweite konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs des
hydrodynamisch-mechanischen Automatgetriebes mit fünf Lamellenkupplungen;
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26 eine
dritte konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs des
hydrodynamisch-mechanischen Automatgetriebes mit vier Lamellenkupplungen;
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27 ein
Eingangsbereich einer Ausgestaltung des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes als Fünfganggetriebe;
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28 ein
Eingangsbereich einer Ausgestaltung des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes als Fünfganggetriebe in einer alternativen
konstruktiven Ausführung;
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29 ein
Eingangsbereich einer Ausgestaltung des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes als Fünfganggetriebe in einer zweiten alternativen
konstruktiven Ausführung;
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30 ein
Eingangsbereich einer Ausgestaltung des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes als Fünfganggetriebe in einer dritten
alternativen konstruktiven Ausführung;
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31 ein
Eingangsbereich einer Ausgestaltung des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes als Fünfganggetriebe in einer vierten alternativen
konstruktiven Ausführung;
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32 ein
Eingangsbereich einer Ausgestaltung des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes als Fünfganggetriebe in einer fünften alternativen
konstruktiven Ausführung; und
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33 ein
Eingangsbereich einer Ausgestaltung des hydrodynamischmechanischen
Automatgetriebes als Sechsganggetriebe.
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In 1 ist
ein typisches hydrodynamisch – mechanisches Automatgetriebe 1 dargestellt.
Dabei ist nur der für das Ausführungsbeispiel
relevante Teil des Eingangsbereichs 2 durchgezogen dargestellt, das
restliche hier nicht relevante Getriebe ist in hellerem Ton gezeichnet.
Der Eingangsbereich 2 eines solchen, hydrodynamisch – mechanischen
Automatgetriebes 1 besteht aus zwei Planetensätzen 4, 5, drei
Kupplungen 6, 18, 8 und einer Bremse 9.
Um in der für Automatgetriebe üblichen Art und
Weise ohne Unterbrechung der Zugkraft schalten zu können,
sind die Kupplungen als Lamellenkupplungen 6, 18, 8 ausgeführt.
Die Leistung steht also ohne schaltbedingte Zugkraftunterbrechung
am Getriebeausgang zur Verfügung.
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Mit
dem in 1 dargestellten Vierganggetriebe lassen sich vier
Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang
darstellen, wobei die Leistung, wie für hydrodynamisch – mechanische
Getriebe üblich, im 1. Gang hydrodynamisch und mechanisch übertragen wird.
Mit zunehmender Abtriebsdrehzahl steigt dabei der Anteil der mechanischen
Leistungsübertragung zu dem der hydrodynamischen Leistungsübertragung
an. Somit lässt sich ein sehr „langer" 1. Gang realisieren,
welcher einen hohen Drehzahlbereich abdeckt. In den weiteren drei
Gängen wird die Leistung bzw. Drehzahl dann rein mechanisch übertragen.
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So
verläuft durch die Lamellenkupplungen 6, 18, 8 bzw.
die Bremse 9 – z. B. im 2. Gang – der
Kraftfluss im ersten Planetensatz 4 vom Hohlrad außen zum
Steg innen. Damit wird eine Übersetzung ins langsame erreicht.
Im 3. Gang verläuft der Kraftfluss direkt, ohne Über-
oder Untersetzung, über den Steg bzw. Planetenträger
des ersten Planetensatzes 4. Im 4. Gang kommt der zweite
Planetensatz 5 zum Einsatz. Durch den Kraftfluss von Steg
innen auf das Hohlrad außen kommt es zur gewünschten Übersetzung
ins Schnelle.
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In 2 ist
nun eine mögliche Variante des erfindungsgemäßen
Aufbaus zu erkennen. Dabei ist hier nur der Eingangsbereich 2 dargestellt,
der weitere Teil des hydrodynamisch – mechanischen Getriebes,
da er für die hier vorliegende Ausführungsform der
Erfindung nicht weiter von Interesse ist, kann analog dem Stand
der Technik – wie er in 1 dargestellt
ist – aufgebaut sein.
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Anstelle
der beiden Planetensätze 4, 5 reicht hier
ein einziger Planetensatz 4 aus. Da eine der Lammellenkupplungen 6, 18, 8 doppelt
verwendet wird, kann eine Lamellenkupplung entfallen. Anstelle des
Umschaltens von dem einen Planetensatz 4 auf den anderen
Planetensatz 5, wird hier die Kopplungsstruktur des einen
Planetensatzes 4 geändert. Die bevorzugte, hier
dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist dazu zwei
Klauenkupplungen 10, 11 auf.
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Der
erfindungsgemäße Aufbau erlaubt über die
erste Lamellenkupplung 6 (Durchgangskupplung) einen direkten
Kraftfluss vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang. Dies entspricht
dem direkten 3. Gang, bei dem im Stand der Technik der Kraftfluss ebenfalls
ohne Über- oder Untersetzung, jedoch über den
Steg bzw. Planetenträger des ersten Planetensatzes 4 verläuft.
Entgegen dem Stand der Technik, läuft der Eingangskorb
bestehend aus der zweiten Lamellenkupplung 7 (Pumpenkupplung),
dem Hohlrad bzw. Außenkranz, dem Planetenträger
bzw. Steg und der Pumpenwelle des hydrodynamischen Wandlers 3 im
3. Gang ohne Relativdrehzahl der Bauteile untereinander um. Nun
wird die Kopplungsstruktur genau in diesem 3. Gang geändert.
Wegen der fehlenden Relativdrehzahl der Bauteile des Eingangskorbs
kann dies mit den einfachen Klauenkupplungen 10, 11 erfolgen.
Der Planetensatz 4 überträgt zu diesem
Zeitpunkt im 3. Gang kein Antriebsmoment, nur das Reibmoment der
offenen Lamellenkupplung 7 (Pumpenkupplung) liegt an. Diese
kleinen Momente begünstigen jedoch den schnellen Schaltvorgang, da
Verzögerungen durch Kopf – an – Kopf
liegende Schaltelemente ausgeschlossen werden.
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Die
Klauenkupplungen 10, 11 sind dabei so ausgeführt,
wie sie auch bei Schaltgetrieben üblich sind. Im Vergleich
zu den Lamellenkupplungen sind Klauenkupplungen einfache und billige
Bauteile. Außerdem müssen diese nur geöffnet
und geschlossen werden, so dass anders als bei den Lamellenkupplungen
keine exakte Ansteuerung eines Betätigungsdrucks während
des gesamten Schaltvorgangs notwendig ist. Vielmehr können
beide Klauenkupplungen 10, 11 gemeinsam mit angesteuert
werden. Im Falle einer hydraulischen Ansteuerung reicht dafür ein
konstanter die Kupplungen betätigender Druck aus. Die Rückstellung
kann durch Federn erreicht werden. Alternativ dazu kann die Ansteuerung
auch mechanisch erfolgen. Dazu können beispielsweise Hebel
zur Betätigung der Klauenkupplungen 10, 11 eingesetzt
werden, welche aus dem Gehäuse des Getriebes bzw. dem sich
drehenden Eingangskorb herausgeführt und damit einfach
ansteuerbar sein können.
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Die
Klauenkupplungen können dabei in verschiedenen Varianten
aufgebaut sein und in verschiedenen Varianten geschaltet werden.
In 3 sind dafür verschiedene fachübliche
Beispiele dargestellt, bei der in verschiedenen Anordnungen jeweils die
Verbindung von a nach b auf die Verbindung von a nach c umgeschaltet
wird. Die formschlüssige Verbindung der zentralen Seite
kann dabei durch beliebige Führungen ausgeführt
werden. Neben den üblicherweise häufig verwendeten
Verzahnungen können allgemein alle formschlüssigen,
aber axial verschiebbaren Verbindungen verwendet werden. Auch bei
den Klauenverzahnungen sind beliebige Formen, sowohl der Klauenverzahnung
als auch der Kopfform denkbar. Grundsätzlich ist es natürlich
möglich, die Klauenkupplungen 10 durch solche
mit Synchronisierungen S zu ersetzen, wie sie in Schaltgetrieben üblich
sind. Eine entsprechende Darstellung möglicher Klauenkupplungen 10' mit
Synchronisierung S findet sich in 4. Die Darstellung
I zeigt dabei die Neutralstellung, die Darstellung II den geschalteten
Zustand. Aufgrund der fehlenden oder allenfalls minimalen Relativdrehzahl
der Bauteile des Einganskorbes kann der Aufwand für Synchronisierungen
jedoch typischerweise eingespart werden.
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Die
nachfolgenden 5 bis 18 zeigen den
Kraftfluss durch das Getriebe in allen Gangstufen, am Beispiel eines
DIWA – Getriebes mit einem Eingangsbereich 2 gemäß der
Erfindung. Dabei ist der sich an das Eingangsbereich 2 gemäß 2 anschließende
Teil analog dem in 1 ausgebildet. Daher werden
in der Beschreibung nur die Schaltzustände des Eingangsbereichs 2 erläutert.
Die Schaltzustände des Getriebeabtriebs entsprechen denen des
DIWA – Getriebes gemäß dem Stand der
Technik und sind dem Fachmann geläufig.
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In
der 5 ist die Neutral-Stellung zu erkennen. Die Klauenkupplungen 10, 11 haben
dabei immer den Kopplungszustand für den 1. Gang. Die erste
Klauenkupplung 10 verbindet dabei also den Antrieb 12 mit
dem Außenkranz 13 des Planetensatzes 4.
Die Planetenträgerwelle 14 ist über die
zweite Klauenkupplung 11 mit dem Steg 15 des Planetensatzes 4 verbunden.
Die Pumpenkupplung 7 trennt den Leistungsfluss zwischen
Eingang und Ausgang.
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In 6 ist
die 1. Gangstufe zu erkennen. Durch schließen der Pumpenkupplung 7 wird
der hydrodynamisch-mechanische Leistungsfluss vom Eingang zum Ausgang
geschlossen. Wie bei DIWA – Getrieben üblich,
wird ein Teil der Leistung über den hydrodynamischen Wandler 3,
ein Teil mechanisch übertragen. Im Zuge der Drehzahlsteigerung
in dem sehr „langen" 1. Gang wird dabei der Anteil an mechanischer
Leistungsübertragung stetig anwachsen.
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In
dem in 7 dargestellten 2. Gang wird durch Schließen
der Pumpenbremse 9 eine rein mechanische Leistungsübertragung
erreicht. Der Planetensatz 4 sorgt dabei weiterhin für
eine Übersetzung ins Langsame.
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In 8 wird
jetzt der direkte 3. Gang – mit der Übersetzung 1 – durch
Schließen der ersten Lamellenkupplung 6 (Durchgangskupplung)
erreicht. Die Pumpenkupplung 7 wird dabei geöffnet.
Der Planetensatz 4 rotiert nun ohne Relativbewegung des Stegs 15,
der Sonne 16 und des Außenkranzes 13 zueinander. Über
den Planetensatz wird somit kein Antriebsmoment übertragen.
Nur das Reibmoment der geöffneten Lamellen der Pumpenkupplung 7 liegt an.
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In
diesem Zustand können nun die beiden Klauenkupplungen 10, 11 gleichzeitig
umgeschaltet oder nacheinander werden. Man erreicht damit eine Umkehr
der Kopplungsstruktur des Planentensatzes 4 von einer Übersetzung
ins Langsame hin zu einer Übersetzung ins Schnelle. Dieses
in 9 dargestellte Kraftflussdiagramm ist zwar weiterhin
das des 3. Gangs, jedoch mit erfolgter Vorbereitung zum Hochschalten
in den 4. Gang. Zwischen den beiden Zuständen, Vorbereitung
für den 2. Gang oder Vorbereitung für den 4. Gang,
kann schnell, je nach Fahrsituation und erforderlichem Hochschalten
aus dem 3. in den 4. Gang oder Herunterschalten aus dem 3. in den
2. Gang, umgeschaltet werden.
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In
der Vorbereitung zum 4. Gang koppelt die erste Klauenkupplung 10 nun
den Antrieb 12 mit dem Steg 15, während
die zweite Klauenkupplung 11 den Außenkranz 13 des
Planetensatzes 4 mit der Planetenträgerwelle 14,
d. h. dem Abtrieb, verbindet.
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Durch
Schließen der Pumpenkupplung 7, bei gleichzeitigem Öffnen
der Durchgangskupplung 6, wird dann – wie in 10 dargestellt,
der 4. Gang aktiviert.
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Neben
der Übertragung von Leistung zu Antriebszwecken, können
hydrodynamisch – mechanische Getriebe ferner zum Bremsen
eingesetzt werden. In den nachfolgenden Figuren sind die dazu notwendigen
Schaltungen bzw. die damit korrelierenden Kraftflüsse dargestellt.
Dabei entspricht das Bremsen in den mechanischen Gängen
dem des Standes der Technik. Zwischen den Gängen wird dabei
analog der oben bereits beschriebenen Art geschaltet.
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11 zeigt
das Bremsen im 4. Gang. 12 zeigt
das Bremsen im 3. Gang. 13 zeigt das
Bremsen im 2. Gang. Die Kopplungsstruktur des Planetensatzes 4 wurde
dabei beim Herunterschalten von der in 12 noch
vorliegenden Struktur auf die hier in 13 vorliegende
Kopplungsstruktur durch Betätigung der beiden Klauenkupplungen 10, 11 erfindungsgemäß – analog
der obigen Beschreibung – geändert.
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In 14 ist
eine erste Möglichkeit zum Bremsen im 1. Gang dargestellt.
Diese Variante ist auch beim Stand der Technik üblich.
Da das Bremsmoment, das bei den niedrigen Drehzahlen des 1. Gangs
im Wandler 3 eher gering ist werden die Lamellen einer
Lamellenkupplung 17, welche typischerweise nur im Rückwärtsgang
geschlossen wird, leicht angelegt, um durch das Reibmoment die Bremskraft zu
steigern.
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Eine
weitere Variante des Bremsens im 1. Gang, wie sie mit der Erfindung
möglich wird, zeigt 15. Beim
Erreichen der Leerlaufdrehzahl des Motors im 2. Gang wird die Pumpenkupplung 7 geöffnet.
Die Wandlerbremse 3 kann somit auch im 1. Gang aktiv bleiben,
da das Pumpenlaufrad stillsteht. Es kann also weiterhin gleichzeitig
mit dem Wandler 3 gebremst werden. Der Motor am Eingang
kann dabei vom Getriebe 1 durch die Pumpenkupplung 7 getrennt
werden, so dass er frei im Leerlauf ist und nicht in seiner Drehzahl
zu tief gedrückt wird.
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Eine
verstärkte Bremswirkung gegenüber dem bisher Beschriebenen
kann durch zusätzliches Öffnen der Pumpenbremse 9 erzeugt
werden. Dann ist es – wie in 16 zu
erkennen – nämlich möglich, das Pumpenlaufrad
des Wandlers 3 im 1. Gang frei drehen zu lassen. Untersuchungen
und Erfahrungen haben gezeigt, dass das freie Drehen des Pumpenlaufrads
zu zu einer extremen Steigerung des Bremsmoments führt.
Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau kann dieses Bremsmoment
nun genutzt werden. Durch die spezielle Anordnungen der Pumpenkupplung 7 wird
ein schneller und sicherer Übergang vom Bremsen mit freiem
Pumpenlaufrad zum Anfahren durch einfaches Schließen der
Pumpenkupplung 7 ermöglicht.
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In 17 ist
zur Vervollständigung der Darstellung noch das Automatische
Neutral beim Stillstand des Fahrzeuges (ANS) dargestellt, welches sich
nicht von Stand der Technik unterscheidet. In 18 ist
der Rückwärtsgang beim erfindungsgemäßen
Getriebe dargestellt, welcher durch die angezogene Lamellenkupplung 17 als
hydrodynamischer Gang analog dem Stand der Technik ausgebildet ist.
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19 zeigt
eine alternative konstruktive Ausführung des Eingangsbereichs 2 des
Getriebes 1. Dabei ist die erste Klauenkupplung 10 nicht
wie bei den bisherigen Darstellungen zwischen dem Außenkranz 13 und
dem Gehäuse des Getriebes 1 angeordnet, sondern
neben dem Planetensatz 4. Die zweite Klauenkupplung kann
auch neben dem Planetensatz angeordnet werden. Damit lässt
sich ein im Durchmesser wesentlich größerer Planetensatz 4 verwenden.
Dieser kann einerseits wesentlich größere Drehmomente übertragen,
andererseits ist eine Geradverzahnung für den Planetensatz 4 bei
geringerer Zahnbreite denkbar. Ohne die Axialkräfte einer Schrägverzahnung
können Lager und Bauteile einfacher gestaltet werden. Daraus
ergeben sich ebenfalls Vorteile hinsichtlich des Bauraums und der
Kosten.
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In
den folgenden 20 bis 26 sind
weitere alternative Möglichkeiten der konstruktiven Umsetzung
der erfinderischen Änderung der Kopplungsstruktur dargestellt,
jeweils wieder am Beispiel des DIWA – Vierganggetriebes
mit im Sinne der Erfindung geändertem Eingangsbereich.
Die 20 bis 22 zeigen ähnlich
wie die 19 alternative Anordnungen der
Klauenkupplungen 10, 11, aus welchen der Fachmann
je nach Anforderungen und zur Verfügung stehendem Bauraum
eine geeignete Anordnung auswählen kann.
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23 zeigt,
dass die Klauenkupplungen 10, 11 nur eine mögliche
Ausführung sind. Bei der hier gewählten konstruktiven
Umsetzung ist die erste Klauenkupplung 10 durch zwei Lamellenkupplungen 8, 19 ersetzt.
Diese beiden Lamellenkupplungen 8, 19 werden ebenfalls
im lastfreien Zustand geschaltet. Sie bilden Schalt-Lamellenkupplungen 8, 19,
welche keine Relativbewegungen und Antriebsmomente synchronisieren
müssen, sondern nur im geschlossenen Zustand das Drehmoment übertragen.
Der Druck auf die beiden Lamellenpakete der Kupplungen 8, 19 kann
daher gleichzeitig zum Umschalten der Klauenkupplung 11 verwendet
werden. Für die beiden Schalt-Lamellenkupplungen 8, 19 und
die Klauenkupplung 11 wird also zusammen nur ein Steuerdruck
auf konstantem Niveau benötigt, eine gezielte Ansteuerung
des Druckverlaufs, wie bei Lamellenkupplungen sonst üblich,
kann entfallen.
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Im
Beispiel der 24 werden nun beide Klauenkupplungen 10, 11 durch
insgesamt vier Lamellenkupplungen 8, 19, 20, 21 ersetzt.
Auch hier können alle vier Lamellenkupplungen 8, 19, 20, 21 als
Schalt-Lamellenkupplungen 8, 19, 20, 21 ausgebildet
sein, da sie keine Synchronisierung durchführen müssen,
sondern nur im geschlossenen Zustand die Drehmomente übertragen.
Jeweils zwei der vier Schalt-Lamellenkupplungen 8, 19, 20, 21 werden wiederum
hydraulisch miteinander gekoppelt. In 25 sind
nun die beiden Lamellenkupplungen 20, 21 so zusammengefasst,
dass der Lamellenträger der einen Kupplung mit dem der
anderen zusammengefasst wird. Dies spart Bauteile und Bauraum ein.
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Wenn
nun wieder Lamellenkupplungen eingesetzt werden, dann können
anders als bei den einfachen Klauenkupplungen auch wieder Drehmomente
während des Schaltens übertragen werden. In 26 ist
daher auf die Durchgangskupplung 6 als direkte Durchgangskupplung
verzichtet worden. Ohne die Durchgangskupplung 6 muss nun
beim Ändern der Kopplungsstruktur ein Drehmoment übertragen
werden. Im so entstehenden Eingangsbereich 2 können
wieder jeweils zwei der vier Lamellenkupplungen 8, 19, 20, 21 hydraulisch
miteinander gekoppelt werden. Im einfachsten Steuerungsfall müssen alle
vier Lamellenkupplungen 8, 19, 20, 21 Synchronisierungsaufgaben
erledigen.
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Werden
jeweils zwei der hydraulisch gekoppelten Lamellenkupplungen 18, 19, 20, 21 so
geschaltet, dass eine Lamellenkupplung immer als erstes geschlossen
ist, so kann die andere als reine Schalt-Lamellenkupplung kleiner
dimensioniert werden. Die Sicherstellung der Reihenfolge der Lamellenkupplung
kann durch geeignete Dimensionierung der hydraulischen Verbindungen
(z. B. mit Drosseln) und den Kupplungsdimensionen erfolgen.
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Der
erfindungsgemäße Aufbau, insbesondere in der Ausgestaltung
mit Klauenkupplungen, ermöglicht es, Bauraum, insbesondere
Baulänge des Vierganggetriebes, einzusparen. Falls dieser
Bauraum jedoch ohnehin zu Verfügung steht, kann er auch
genutzt werden, um eine höhere Zahl an Gängen
zu erreichen, ohne mehr oder zumindest wesentlich mehr Bauraum zu
benötigen als beim Vierganggetriebe gemäß dem
Stand der Technik. Dafür muss jedoch für ein solches
Fünfganggetriebe der zweite Planetensatz 5 wieder
hinzugenommen werden.
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In 27 und
den folgenden Figuren ist eine zusätzliche schaltbare Übersetzung
zur Drehmomenterhöhung im Leistungsfluss vor dem eigentlichen
Differential mit einer Lamellenkupplung 22 (Eingangskupplung)
eingefügt. Mit einer weiteren Lamellenkupplung 23 (Zweite
Durchgangskupplung) wird der zweite Planetensatz 5 überbrückt.
Die eingefügte Übersetzung wirkt im 1. Gang und
im rein mechanischen 2. Gang. Danach wird der zweite Planetensatz 5 überbrückt
und der „frühere" 2. Gang des analogen Vierganggetriebes
als 3. Gang geschaltet. Der 4. und 5. Gang sind dann wieder gleich
dem 3. und 4. Gang des Vierganggetriebes. Für Sonderfälle
wäre es auch denkbar, zwei hydrodynamisch – mechanische
Gänge anzusteuern. Die Drehmomente zum Wandler 3 und
zur Planetenträgerwelle werden erhöht. Für niedrigere
Drehmomentklassen (z. B. D85x) müssen weder der Wandler 3 noch
der Abtriebsteil des Getriebes 1 gegenüber dem
herkömmlichen Vierganggetriebe angepasst werden. Für
höhere Drehmomente müssen jedoch Anpassungen vorgenommen werden.
Da sich der Eingangsplanetensatz 5 nicht auf der Pumpenwelle
abstützt, bleibt die Drehmomentverteilung des Differentials
gleich.
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Anstelle
der Lamellenkupplung im Eingangskorb lässt sich die Erweiterung
zum Fünfganggetriebe auch durch eine Lamellenbremse 24 erreichen. Die 28 bis 30 zeigen
verschiedene konstruktive Ausgestaltungen eines solchen Aufbaus. Da
Bremsen immer leichter zu handhaben und anzusteuern sind als Kupplungen,
haben diese Ausgestaltungen entsprechende Vorteile gegenüber
denen mit einer Kupplung. Ansonsten sind verschiedene Anordnungen
der Kupplungen im Verhältnis zu den Planetensätzen
4, 5, im Wesentlichen analog den 19 fortfolgende
zu erkennen.
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Auch
im folgenden Beispiel der 31 ist wiederum
der 3. Gang der direkte Gang. Bei fest verbundenem Steg 25 wird
bis zum 4. Gang die Bremse 24 geöffnet und die
zweite Durchgangskupplung 23 geschlossen. Um für
den 5. Gang durch den zweiten Planetensatz 5 die Drehmomente
weiter zu verringern, wird dies umgekehrt, also die Bremse 24 geschlossen
und die zweite Durchgangskupplung 23 geöffnet.
Es ergibt sich somit eine weitere Übersetzung ins Schnelle.
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In 32 ist
eine weitere Alternative dargestellt, bei der beide Planetensätze 4, 5 auf
der Pumpenwelle 26 abgestützt sind. Auch eine
solche konstruktive Lösung ist denkbar, allerdings ändert
sich die Drehmomentverteilung zwischen dem hydrodynamischen und
dem mechanischen Leistungszweig deutlich, so dass weitere Anpassungen
des Getriebes 1 notwendig sind.
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Wie
in 33 dargestellt, lässt sich das erfinderische
Prinzip der Änderung des Kopplungsschemas des Vierganggetriebes
natürlich auch für den zweiten Planetensatz 5 anwenden.
Aus dem oben beschriebenen Aufbau des Fünfganggetriebes wird
so mit minimalem Mehraufwand an Bauraum und zwei weitere Klauenkupplungen 27, 28 ein Sechsganggetriebe.
Durch die Änderung des Kopplungsschemas des zweiten Planetensatzes 5 ergibt sich
sowohl eine Erhöhung des Drehmoments in den ersten beiden
Gängen als auch ein „längerer" 6. Gang.
Der direkte Gang ist in diesem Fall dann der 4. Gang.
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Wie
bereits beim Fünfganggetriebe beschrieben sind die verschiedenen
Möglichkeiten der Verwendung von einer Lamellenkupplung
oder einer Lamellenbremse und deren Anordnung möglich, auch
wenn in 33 nur eine der Möglichkeiten
dargestellt ist.
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Überhaupt
sind alle beschreiben Möglichkeiten mit verschiedenen Arten
von Kupplungen und/oder Bremsen bei allen drei dargestellten Getrieben
durch einfaches fachmännisches Anpassen miteinander kombinierbar
und untereinander austauschbar, ohne dass damit ein Aufbau außerhalb
der vorliegenden Erfindung entsteht.
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- 1
- Getriebe
- 2
- Eingangsbereich
- 3
- Wandler
- 4
- Planetensatz
- 5
- Planetensatz
- 6
- Lamellenkupplung
(Durchgangskupplung)
- 7
- Lamellenkupplung
(Pumpenkupplung)
- 8
- Lamellenkupplung
- 9
- Lamellenbremse
- 10
- Klauenkupplung
- 11
- Klauenkupplung
- 12
- Antrieb
- 13
- Außenkranz
des Planetensatzes 4
- 14
- Planetenträgerwelle
- 15
- Steg
des Planetensatzes 4
- 16
- Sonne
des Planetensatzes 4
- 17
- Lammellenkupplung
(Rückwärtsgang)
- 18
- Lamellenkupplung
- 19
- Lamellenkupplung
- 20
- Lamellenkupplung
- 21
- Lamellenkupplung
- 22
- Lamellenkupplung
- 23
- Lamellenkupplung
(Zweite Durchgangskupplung)
- 24
- Lamellenbremse
- 25
- Steg
des Planetensatzes 5
- 26
- Pumpenwelle
- 27
- Klauenkupplung
- 28
- Klauenkupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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