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Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge mit vorgeschaltetem Strömungswandler
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge mit vorgeschaltetem
Strömungskreislauf, einem oder mehreren den Strömungskreislauf überbrückenden Gängen
und mehreren durch ein Steuerorgan einstellbaren Fahrbereichen mit selbsttätiger
Gangschaltung innerhalb eines jeden Fahrbereiches, wobei die Fahrbereiche verschiedene
Gänge umfassen und vorzugsweise eine Bremse vorgesehen ist, die das vom Getriebe
trennbare Turbinenrad des mit einer Überbrückungskupplung versehenen Strömungskreislaufes
abbremsen kann.
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Die Erfindung bezweckt vor allem eine verbesserte Ausnutzung des Strömungskreislaufes,
insbesondere eines Wandlers, zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit eines mit diesem
arbeitenden Antriebes und besteht im wesentlichen darin, daß das Steuerorgan für
die Einstellung der Fahr-Bereiche die Schaltmittel für die einzelnen Gänge so steuert,
daß in dem einen Fahrbereich andere über den Strömungswandler gehende Vorwärtsgänge
als in dem anderen Fahrbereich einschaltbar sind. Vorzugsweise wird in dem Fahrbereich
nur ein Gang des nachgeschalteten Wechselgetriebes durch den Strömungskreislauf
übertragen, während die übrigen Gänge den Strömungskreislauf umgehen und über diesen
abbremsbar sind.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen
bei zwei einstellbaren Fahrbereichen diese Fahrbereiche gleiche, den Strömungskreislauf
überbrückende Gänge, wobei außerdem der eine der beiden Fahrbereiche (»Normalu)
einen über den Strömungswandler gehenden niederen Gang und der andere der beiden
Fahrbereiche (»Berg«) einen den Strömungswandler überbrückenden niederen Gang sowie
einen weiteren über den Strömungskreislauf gehenden, noch niedrigeren Gang aufweist.
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Durch die Verwendung einer solchen Anzahl von den Strömungswandler
überbrückenden Gängen kann die Wirtschaftlichkeit des Betriebes ganz erheblich heraufgesetzt
werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Antrieb über das Getriebe und den
Strömungswandler (bzw. gegebenenfalls auch bei Verwendung einer Strömungskupplung)
abbremsbar ist. Wie die Erfahrung gezeigt hat, ist die durch die Verwendung von
Strömungswandlern bedingte Erhöhung des Brennstoffverbrauches, ganz besonders bei
Nutzfahrzeugen, unerwünscht groß. Durch die Beschränkung des Wandlerbetriebes auf
einen einzigen Gang pro Fahrbereich kann die unter anderem auch mit dem Bremsen
verbundene Verschlechterung des Wirkungsgrades auf ein Mindestmaß beschränkt werden,
indem der Wandler ausschließlich zum Anfahren benutzt wird, im gesamten übrigen
Fahrbereich dagegen die Hydraulik ausgeschaltet ist. Gleichzeitig kann der Wandler
durch Heranziehung zur Fahrzeugbremsung in allen denjenigen Gängen, in welchen der
Wandler nicht in den Antrieb eingeschaltet ist, in einer für den Fahrbetrieb und
die Sicherheit des Fahrzeuges besonders vorteilhaften, die Wirtschaftlichkeit des
Fahrbetriebes erhöhenden Weise ausgenutzt werden.
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In allen Fällen kann, soweit nicht die angestrebten Wirkungen an die
Verwendung eines Wandlers gebunden sind, dieser auch durch eine Strömungskupplung
ersetzt werden.
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Die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels gibt eine
besonders einfache Lösung des erfindungsgemäßen Prinzips wieder, wenn auch selbstverständlich
die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
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In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Getriebes, Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein das Leitrad des Strömungswandlers
gegen das Gehäuse abstützenden Freilaufes, Fig. 3 einen Teilschnitt durch den das
Turbinenrad des Strömungswandlers mit dem nachgeschalteten Wechselgetriebe verbindenden
Freilauf,.
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Fig. 4 eine Tabelle zur Schaltung der einzelnen Gänge, Fig. 5 ein
Zugkraft- und Bremskraftdiagramm des Antriebs.
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Der Antrieb erfolgt durch die Motorwelle 10, welche die z.
B. gleichzeitig als Schwungrad wirkende Trommel 11 mit dem Pumpenrad 12 des Strömungswandlers
13 verbindet. Das Leitrad 14 des Strömungswandlers 13 ist in an sich bekannter Weise
über den Freilauf 15 mit dem Abstützring 16 verbunden, welcher mit dem Getriebe-Kupplungs-Gehäuse
17 fest verbunden ist. Der Freilauf 15 ist hierbei derart ausgebildet, daß er bei
Antrieb des Leitrades 14 in Vorwärtsdrehrichtung x1 relativ zum Gehäusering 16 freigegeben
wird und bei entgegengesetztem Antrieb des Leitrades dieses mit dem Gehäuse kuppelt.
Das
Turbinenrad 18 ist durch eine Hohlwelle 19 einerseits mit dem Innenring 20 eines
weiteren Freilaufes 21 und andererseits mit der Trommel 22 einer Bremse B, verbunden.
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Die Hohlwelle 19 umschließt die Welle 23, welche durch eine Überbrückungskupplung
K, mit der Motorantriebswelle 10 bzw. mit dem Pumpenrad 12 des Strömungswandlers
13 kuppelbar ist. Sie ist gleichzeitig Antriebswelle des ersten Umlaufgetriebes
U,., welches aus dem mit der Welle 23 verbundenen Sonnenrad 24, einem weiteren auf
der Welle 23 lose gelagerten und mit dem Außenring 25 des Freilaufes 21 verbundenen
Sonnenrad 26, den auf dem Planetenträger 27 gelagerten Planetenrädern 28 und 29
sowie dem äußeren Rad 30 besteht. Das Sonnenrad 26 ist hierbei im Durchmesser kleiner
als das Sonnenrad 24 bemessen. Der Freilauf 21 ist, wie insbesondere _Fig. 3 zeigt,
derart ausgebildet, daß er nur bei Antrieb durch das Turbinenrad 18 über den Innenring
20 den Außenring 25 und damit das Sonnenrad 26 in Drehrichtung x, mitnimmt, den
Antrieb jedoch unterbricht, wenn der Außenring 25 den Innenring 20 überholt.
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Eine Kupplung K2, welche in räumlich günstiger Anordnung axial zwischen
dem Strömungswandler 13 und dem Umlaufgetriebe U1 einerseits und radial zwischen
dem Freilauf 21 und der Bremse B,. untergebracht ist, kann das Sonnenrad 26 mit
dem Planetenträger 27 kuppeln und somit das Umlaufgetriebe UI in sich sperren.
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Durch eine Bremse B2 kann der Planetenträger 27, durch eine Bremse
B3 das äußere Zentralrad des Umlaufgetriebes U1 abgebremst werden.
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Der Planetenträger 27 steht über eine Welle 31 mit dem äußeren Zentralrad
32 des zweiten Umlaufgetriebes U2 in fester Verbindung. Das Zentralrad 32 treibt
über die Planetenräder 33 den Planetenträger 34 des zweiten Umlaufgetriebes U2 und
die z. B. die Räder eines Kraftfahrzeuges etwa über ein Differentialgetriebe antreibende
Antriebswelle 35 an. Das Sonnenrad 36 des zweiten Umlaufgetriebes ist über die Trommel
37 mit einer Welle 38 verbunden, welche durch eine Kupplung K3 mit dem äußeren Zentralrad
30 des ersten Umlaufgetriebes U1 kuppelbar ist. Durch eine Bremse B4 kann das Sonnenrad
36 abgebremst werden. Eine weitere Kupplung K4 gestattet es, das zweite Umlaufgetriebe
U2 in sich zu sperren.
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In der Tabelle-(Fig. 4) sind die Schaltstellungen der Kupplungen und
Bremsen in den einzelnen Gängen aufgeführt, wobei das Zeichen o die ausgerückte
Stellung und das Zeichen -f- die eingerückte Stellung der Kupplung oder Bremse bedeuten.
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Wie aus der Tabelle ersichtlich, arbeitet das Getriebe mit zwei Fahrbereichen,
von denen der Fahrbereich »Normal« vier Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang, der
Fahrbereich »Berg« fünf Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang umfaßt.
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Die Einstellung des Fahrbereiches kann hierbei, wie bereits bekannt,
durch einen Bereichsschieber und die Schaltung der einzelnen Gänge innerhalb des
Fahrbereiches durch einen Druckstufenregler erfolgen.
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Wie aus der Tabelle ersichtlich, stimmt der 2. bis 4. Vorwärtsgang
sowie der Rückwärtsgang des Fahrbereiches »Normal« mit dem 3. bis 5. Vorwärtsgang
bzw. dem Rückwärtsgang des Fahrbereiches »Berg« überein. In diesen Vorwärtsgängen
ist die Überbrückungskupplung K, eingeschaltet, so daß der Antrieb ausschließlich
auf mechanischem Wege erfolgt. Im Rückwärtsgang R ist die Überbrückungskupplung
K,. ausgeschaltet, so daß der Antrieb hydraulisch über den Strömungswandler 13 und
damit über den Freilauf 21 stattfindet.
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Zusätzlich zu diesen Gängen weist der Fahrbereich »Normal« einen weiteren
hydraulischen, über den Strömungswandler arbeitenden 1. Gang auf, während der Fahrbereich
»Berg« einen zusätzlichen mechanischen 2. Gang und einen weiteren zusätzlichen hydraulischen,
über den Strömungswandler wirkenden 1. Gang mit hoher Drehzahlübersetzung umfaßt.
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Im einzelnen erfolgt der Antrieb in den Gängen wie folgt: Fahrbereich
»Berg«, 1. Gang 10, 12, 18, 19, 21, 26 (30 abgebremst), 29, 28, 27, 31, 32 (36 abgebremst)
33, 34, 35.
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Fahrbereich »Berg«, 2. Gang 10, K,., 23, 24 (30 abgebremst), 28, 27,
31, 32 (36 abgebremst), 33, 34, 35.
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Fahrbereich »,Normal«, 1. Gang , 10, 12, 18, 19, 21, 26 (30 abgebremst),
29, 28, 27, 31, U, (durch K4 in sich gesperrt).
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»Bergcc, 3. Gang bzw. »Normal, 2. Gang 10, K1, 23, 24 (30 abgebremst),
28, 27, 31, U2 (durch K4 in sich gesperrt), 35.
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»Berg«, 4. Gang bzw. »Normal«, 3. Gang 10, K1, 23, U,. (durch K2 in
sich gesperrt) 31, 32 (36 abgebremst), 33, 34, 35.
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»Berg«, 5. Gang bzw. »Normal«, 4. Gang 10, K,, 23, U,. (durch K2 in
sich gesperrt) 31, U2 (durch K4 in sich gesperrt), 35.
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»Berg« und »Normal«, Rückwärtsgang 10, 12, 18, 19, 21, 26, (27 durch
Ba abgebremst) 29, 28, 30, K3, 38; 37, 36 (32 durch B2 abgebremst), 33, 34, 35.
In den mechanischen Vorwärtsgängen ist entweder B3 oder K2 eingeschaltet. Bei Einschaltung
von B3 wird das Sonnenrad 26 mit Übersetzung ins Schnellere gegenüber dem Sonnenrad
24 und damit gegenüber dem Pumpenrad 12 des Strömungswandlers angetrieben, wodurch
der Freilauf 21 entkuppelt wird. Eine solche Entkupplung durch den Freilauf 21 tritt
auch bei Sperrung des an-: laufenden Getriebes U,. durch die Kupplung K2 ein, da
infolge des Schlupfes in der Strömungskupplung 13 der Innenring 20 auch in diesem
Falle mit geringerer Umfangsgeschwindigkeit in Richtung x,. als der Außenring 25
umläuft.
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In keinem Vorwärts- oder Rückwärtsgang ist normalerweise die Bremse
Bi eingerückt. Wird diese in einem der mechanischen Gänge, d. h. bei eingeschalteter
Überbrückungskupplung K1 eingerückt, so wird die mit dem Pumpenrad 12 in Verbindung
stehende Antriebswelle 23 und damit über das Getriebe die Abtriebswelle 35 infolge
des durch B, festgebremsten Turbinenrades 18 ebenfalls abgebremst. Das mit der jeweiligen
Drehzahl umlaufende Pumpenrad 12 muß hierbei unter vollem Schlupf der Strömungskupplung
gegen das stillstehende Turbinenrad 18 arbeiten, wodurch die geleistete Bremsarbeit
zur Abbremsung des Fahrzeuges über den jeweils eingeschalteten Gang im Strömungswandler
vernichtet wird. Ist das Pumpenrad 12 mit der Motorantriebswelle 10 fest verbunden,
so werden sich jeweils die Bremsarbeiten von Motor und Strömungswandler summieren.
Durch Anordnung einer zusätzlichen Kupplung zwischen der Kupplung K1 und der Motorwelle
bzw. zwischen der Kupplung K,. und dem Pumpenrad 12 ist es gegebenenfalls auch möglich,
je nach Bedarf die Bremswirkung des Motors oder des Strömungswandlers auszuschalten.
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Die Wandlerbremse B, kann zu jedem der mechanisch geschalteten Gänge
(2 bis 5 im Fahrbereich »Berg«, 2 bis 4 im Fahrbereich »Normal«) hinzugeschaltet
werden.
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In Fg. 5 ist in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit ein beispielsweises
Diagramm für das im Fahr-Bereich »Berg« mit fünf Gängen und im Fahrbereich »Normal«
mit vier Gängen arbeitende Getriebe dargestellt, wobei im oberen Teil des Diagramms
(oberhalb der Abszissenachse) die Zugkraft bei Antrieb durch den Motor und im unteren
Teil des Diagramms (unterhalb der
Abszissenachse) die Bremskraft
(z. B. je in kg) aufgetragen ist.
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Die einzelnen Gänge sind hierbei für den Fahrbereich »Normal« mit
I bis IV, für den Fahrbereich »Berg« mit I' bis V' bezeichnet.
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Die Zugkraft im Fahrbereich »Normal« ist hierbei durch eine ausgezogene
Linie, im Fahrbereich »Berg« durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Wie ersichtlich,
wird bei hydraulischer Übersetzung zum Anfahren eine kontinuierlich veränderliche
Zugkraft entsprechend den Linien 1 (»Normal«) bzw. I' (»Berg,,) erzeugt, während
in den übrigen Gängen das Zugkraftdiagramm entsprechend den stufenförmig sich ändernden
Übersetzungen des Wechselgetriebes sich ebenfalls stufenförmig verändert.
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In dem Diagramm ist ferner die durch die Wandlerbremse erzielbare
Bremskraft durch die ausgezogenen parabelartigen Linien angedeutet, während die
durch den bremsenden Motor erzeugte Bremskraft etwa durch die gestrichelten Linien
wiedergegeben ist. Wie daraus ersichtlich, ist die durch die Wandlerbremse erzeugte
Bremswirkung jeweils oberhalb einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit größer als die
durch den Motor erzielte Bremswirkung, wobei die Bremswirkung der Wandlerbremse
mit sich erhöhender Fahrgeschwindigkeit schnell zunimmt. Eine Überlastung des Motors
durch Heranziehen desselben zur Fahrzeugbremsung kann daher unter allen Umständen
vermieden werden.
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Im Ausführungsbeispiel ist entsprechend der Tabelle in Fig.4 ein geometrischer
Gangsprung von 1 : 1,6 angenommen. Selbstverständlich können auch beliebige andere
Gangübersetzungen vorgesehen sein.