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Umlaufrädergetriebe für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein
Umlaufrädergetriebe für Kraftfahrzeuge, das aus zwei Sonnenrädern, aus einem für
zwei Planetenrädersätze gemeinsamen Planetenräderträger und einem mit der Abtriebswelle
verbundenen Ringrad besteht, das ferner dem Strömungskreislauf nachgeschaltet ist
und dessen Teile wahlweise durch mehrere Reibungskupplungen miteinander und mit
dem Turbinenrad des Strömungskreislaufes kuppelbar oder durch Reibungsbremsen feststellbar
sind, wobei mehrere Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang mit eingeschaltetem Strömungskreislauf
und ein Vorwärtsgang unter Umgehung des Strömungskreislaufes schaltbar sind.
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Die Erfindung kennzeichnet sich diesen bekannten Getrieben gegenüber
dadurch, daß das Turbinenrad des Strömungskreislaufes über zwei Reibungskupplungen
mit je einem Sonnenrad des Umlaufrädergetrieb s oder zugleich mit beiden Sonnenrädern
kuppelbar ist und der Planetenräderträger über eine dritte Reibungskupplung mit
einer mit der Motorwelle fest verbundenen Zwischenwelle kuppelbar ist.
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Bei dem bekannten Getriebe werden zwei Vorwärtsgänge über dem Strömungskreislauf,
ein ebenfalls über den Strömungskreislauf geführter Rückwärtsgang und unter Ausschaltung
des Strömungskreislaufes ein Direktgang erreicht. Der mit dem erfindungsgemäßen
Getriebe erzielte technische Fortschritt wird darin gesehen, daß außer diesen Gängen
noch ein weiterer Vorwärtsgang schaltbar ist und der den Strömungskreislauf umgehende
Direktgang dadurch weich einschaltbar ist, daß zunächst eine Kupplung geöffnet bleibt
und so der Strömungskreislauf zur Annäherung der Drehzahlen der Antriebswelle und
der Abtriebswelle herangezogen. wird.
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Das neue Gentriebe kann dabei so eingestellt werden, daß entweder
ein mechanischer Direktgang über zwei Kraftübertragungsbahnen mit einem Übersetzungsverhältnis
1 : 1 oder ein zweiter Antrieb erfolgt, bei dem die Kraft über zwei parallele Kraftübertragungsbahnen
übertragen wird, von denen die eine Kraftübertragungsbahn eine mechanische Bahn
ist, während die andere Kraftübertragungsbahn einen Drehmomentwandler einschließt.
Dieser Antrieb ist ebenfalls ein Direktantrieb, wenn der Drehmomentwandler mit einem
Übersetzungsverhältnis 1 : 1 arbeitet.
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In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Schnitt des Getriebes, Fig.2 ein
Schnitt des Planetenradsatzes nach Linie 2-2 der Fig. 1 in Richtung der Pfeile,
Fig.3 ein Schnitt des Planetenradsatzes nach Linie 3-3 der Fig. 1 in Richtung der
Pfeile, und Fig. 4 eine schematische Darstellung des Getriebes. In den Zeichnungen
sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Getriebe weist
eine Antriebswelle 10, eine Abtiebswelle 11 und eine Zwischenwelle 12 auf, die ständig
unmittelbar von der Antriebswelle 10 angetrieben wird. Die Wellen 11 und 12 sind
innerhalb des Getriebegehäuses 13 gelagert, das auch einen hydraulichen Drehmomentwandler
14 und einen Planetenradsatz 15 umschließt. Das Getriebe enthält drei Reibscheibenkupplungen
16, 17 und 18 und zwei Reibbremsen 19 und 20.
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Auf der Antriebswelle 10 ist mittels Schraubenbolzen 22 eine Scheibe
21 befestigt, die auch mit den beiden Gehäuseabschnitten 23a und 23b des Drehmomentwandlers
14 mittels Schraubenbolzen 24 verschraubt ist. Der Gehäuseabschnitt 23 b des Drehmomentwandlers
ist an einen Ring 25 angeschweißt, der in der Antriebswelle 10 geführt ist. Der
Gehäuseabschnitt 23 a des Drehmomentwandlers besteht mit dem Laufrad. 26 aus einem
Stück. Der hydraulische Drehmomentwandler 14 weist außerdem ein Turbinenrad 27 und
ein Leitrad 28 auf, von denen das Turbinenrad 27 mit dem Ring 29 verbunden ist,
dessen innere Keilnuten in entsprechenden äußeren Keilnuten einer Rohrwelle 30 eingreifen.
Das Leitrad 28 ist mittels einer Klemmkörperkupplung 32 mit einer ortsfesten Rohrwelle
31 verbunden. Die Einwegkupplung oder Klemmkörperkupplung 32 weist einen mit Keilnuten
auf dem Leitrad 28 aufgekeilten äußeren Laufring 33, ferner einen mit Keilnuten
auf die Rohrwelle 31 aufgekeilten inneren Laufring 34 und mehrere Klenmkörper oder
Rollen 35 auf. Die Kupplung 32 verhütet einen Rücklauf des Leitrades 28, ermöglicht
jedoch einen Vorwärtslauf dieses Leitrades in der Drehrichtung der Antriebswelle
10. Der Drehmomentwandler 14 ist mit Flüssigkeit gefüllt. Beim Umlauf
des
Laufrades 26 dreht sich das Turbinenrad 27 anfangs mit einer kleineren Geschwindigkeit
als das Laufrad 26. Während dieser Arbeitsphase des Drehmomentwandlers 14 will sich
das Leitrad 28 rückwärts drehen, wird jedoch an dieser Drehung von der Klemmkörperkupplung
32 gehindert: Nähert sich die Drehzahl des Turbinenrades 27 der Drehzahl des Laufrades
26, dann arbeitet der Drehmomentwandler 14 als Flüssigkeitskupplung, wobei sich
unter diesen Arbeitsverhältnissen das Leitrad 28 nicht mehr länger nach hinten drehen
will, sondern sich mit der gleichen Drehzahl wie das Laufrad 26 und das Turbinenrad
27 vorwärts dreht. Hydraulische Drehmomentwandler dieser Art sind bekannt, so daß
eine nähere Beschreibung nicht notwendig erscheint.
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Der Gehäuseabschnitt 23a des Drehmomentwandlers ist mittels Schraubenbolzen
37 an einen Flansch 36 der Büchse 38 angeschraubt, die sich frei um die ortsfeste
Rohrwelle 31 dreht und eine Gruppe von Zähnen 39 aufweist, welche im Eingriff mit
Zähnen 40 stehen, die sich auf der einen Seite eines Zahnrades 41 befinden. Das
Zahnrad 41 steht mit einem Zahnrad 42 im Eingriff. Die beiden Zahnräder 41 und 42
bilden gemeinsam eine vordere Flüssigkeitspumpe. Die Pumpe arbeitet, sobald :sich
die Antriebswelle 10 dreht.
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Der Planetenradsatz 15 besteht aus einem Sonnenrad 43, das ein Stück
der Rohrwelle 44 bildet, die konzentrisch zur Zwischenwelle 12 aufgestellt ist und
sich um diese Zwischenwelle 12 dreht, ferner aus einem zweiten Sonnenrad 45, das
ein Stück der Rohrwelle 46 bildet, die sich frei um die Rohrwelle 44 dreht, ferner
aus einer Gruppe von Planetenrädern 47, die im Eingriff mit dem Sonnenrad 45 stehen,
und aus einer Gruppe von Plantenrädern 46, die mit dem Sonnenrad 43, den Planetenrädern
47 und mit einem Ringzahnrad 49 im Eingriff stehen, das mit einer zylindrischen
Trommel 50 einen gemeinsamen Bauteil bildet. Ein Planertenradträger 51 dreht sich
um die Welle 12 und trägt auf zwei Gruppen von Wellen 52 und 53 drehbar die Zahnräder
47 und 48.
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Die Reibscheibenkupplung 16, die nach ihrem Einkuppeln die Rohrwelle
30 und die Rohrwelle 44 verbindet, besteht aus einem Zylinder 54, der mit Keilnuten
auf einen Flansch 55 der Rohrwelle 30 aufgekeilt ist, und aus einem Zylinder 56,
dessen Flansch 57 mit Keilnuten auf der Welle 44 aufgekeilt ist. Mehrere Reibscheiben
58 sind auf den Zylinder 54 aufgekeilt, sind aber in Längsrichtung des Zylinders
verschiebbar. Auf den Zylinder 56 sind mehrere Scheiben 59 aufgekeilt. Ein Kolben
60 drückt bei seiner Bewegung nach rechts die Scheiben 58 und 59 zwischen sich und
einem am Zylinder 54 vorhandenen Anschlag 54a zusammen und kuppelt dadurch die Kupplung
16 ein. Der Kolben 60 ist zwischen zwei vom Flansch 55 ausgehenden Flanschen 61
und 62 in Längsrichtung verschiebbar. Beim Zuführen von Druckflüssigkeit hinter
den Kolben 60 (Fig. 1) wird die Kupplung 16 eingekuppelt. Eine Druckfeder 63 drückt
den Kolben 60 dauernd nach links, um die Kupplung 16 auszukuppeln.
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Die Kupplung 17 verbindet die Rohrwelle 30 mit der Rohrwelle 46 und
dem Sonnenrad 45. Diese Kupplung weist einen auf die Rohrwelle 46 aufgenuteten Zylinder
64 und einen zylindrischen Ansatz 65 auf der Trommel 54 auf. Mehrere Scheiben 66
sind auf den Zylinder 64 aufgenutet, während mehrere Scheiben 67 auf den Zylinderansatz
65 mit Keilnuten aufgekeilt sind. Innerhalb des Zylinders 64 kann sich ein Kolben
68 verschieben. Beim Zuführen. von Druckflüssigkeit in der Rohrleitung 69 wird der
Kolben 68 nach links gedrückt, so daß sich die Scheiben 66 und 67 aneinanderlegen
und infolgedessen die Kupplung 17 eingekuppelt wird. Eine Druckfeder 70 drückt den
Kolben 68 dauernd nach rechts, um die Kupplung 17 auszukuppeln.
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Die Kupplung 18 kann den Planetenradträger 51 unmittelbar mit der
Zwischenwelle 12 verbinden. Die Kupplung 18 weist eine auf der Welle 12 mit Keilnuten
aufgenutete Büchse 71 auf, an deren radialen Flansch 72 zwei axial gerichtete Flansche
73 und 74 befestigt sind. Die Flansche 72, 73 und 74 bilden gemeinsam einen Zylinder,
in dem sich ein Kolben 75 bewegt. Mehrere auf dem Flansch 74 aufgenutete Scheiben
76 stehen abwechselnd im Abstand zwischen mehreren Scheiben 77, die mit Keilnuten
auf einen Zylinder 78 aufgenutet sind, dessen Flansch 79 am Planetenradträger 51
befestigt ist. Beim Zuführen von Druckflüssigkeit in der Leitung 80 hinter den Kolben
75 werden die Scheiben 76 und 77 zwischen dem Kolben 75 und einem am Flansch 74
vorgesehenen Anschlag 74a zusammengedrückt und die Kupplung 18 auf diese Weise eingekuppelt.
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Die Bremse 19 besteht aus einem Bremsband, das um den Umfang des Zylinders
64 gelegt ist. Beim Zuführen. von Druckflüssigkeit zu einem Flüssigkeitsmotor (nicht
dargestellt) legt sich das Bremsband an den Zylinder 64 an und hält den Zylinder
64 fest. Die Bremse 20 weist ein Bremsband auf, das von einem Flüssigkeitsmotor
(nicht dargestellt) gesteuert wird. Beim Arbeiten des Flüssigkeitsmotors legt sich
das Bremsband an den am Träger 51 geformten Zylinder 81 an und unterbricht dadurch
die Drehung des Trägers 51.
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Das Getriebe enthält außerdem eine hintere Flüssigkeitspumpe 82, die
aus einem mit der Abtriebswelle il sich drehenden Zahnrad 83 und aus einem mit diesem
Zahnrad im Eingriff befindlichen Zahnrad 84 besteht.
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Das Getriebe arbeitet in folgender Weise: Bei Neutralstellung des
Getriebes sind alle Kupplungen 16,17 und 18 und die Bremsen 19 und 20 ausgeschaltet.
Bei diesem Getriebeverhältnis treibt die Antriebswelle 10 unmittelbar das Laufrad
26 des hydraulischen Drehmomentwandlers und treibt auch unmittelbar die Zwischenwelle
12. Das über die Zwischenwelle 12 übertragene Drehmoment bleibt unter diesem Getriebeverhältnis
unbenutzt, da die Kupplung 18 ausgekuppelt ist. Ebenso drehen sich das Turbinenrad
27 des Drehmomentwandlers 14 und die Rohrwelle 30 im Leerlauf, da die Kupplungen
16 und 17 ausgekuppelt sind.
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Der Vorwärtsgang für langsame Geschwindigkeit wird über das Getriebe
dadurch hergestellt, daß die Kupplung 16 und die Bremse 19 eingeschaltet, die anderen
Kupplungen und die andere Bremse aber ausgeschaltet werden. Ebenso wie in der Neutralstellung
dreht sich die Zwischenwelle 12 im Leerlauf, da die Kupplung 18 ausgekuppelt ist.
Der Vorwärtsgang für langsame Geschwindigkeit besteht jedoch zwischen der Antriebswelle
10 und der Abtriebswelle 11 und verläuft von der Antriebswelle 10 über das Laufrad
26, das Turbinenrad 27, die Rohrwelle 30, die Kupplung 16, die Rohrwelle 44 zum
Sonnenrad 43. Wird angenommen, da,ß das Sonnenrad 43 in Rochtsrichtung getrieben
wird, so wollen sich die Planetenräder 48 in Linksrichtung und die Zahnräder 47
in Rechtsrichtung drehen. Das Sonnenrad 45, das bei diesem Gangverhältnis das Gegendruckelement
ist, ist ortsfest, so daß sich bei der Rechtsdrehung der Zahnräder
47
der Planetenradträger 51 ebenfalls in Rechtsrichtung dreht. Die Zahnräder 48 drehen
sich daher in Linksrichtung um ihre Achsen und haben auch eine nach rechts gerichtete
Umlaufbewegung. Infolge der Verhältnisse der Zähnezahl der verschiedenen Bauteile
auf dem Planetenradsatz 15 ist die Umlaufdrehung der Planetenräder 48 größer als
ihre Axialdrehung, und infolgedessen werden das Ringzahnrad 49 und die Abtriebswelle
11 in Rechtsrichtung mit einer verringerten Drehzahl mit Bezug auf die Antriebswelle
10 getrieben.
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Zum Einschalten des 2. Vorwärtsganges oder des Vorwärtsganges für
eine langsame mittlere Geschwindigkeit werden die Kupplung 17 und die Bremse 20
eingeschaltet, während die übrigen Kupplungen und die andere Bremse ausgeschaltet
werden. Bei diesem Getriebeverhältnis dreht sich die Zwischenwelle 12 im Leerlauf,
da die Kupplung 18 ausgekuppelt ist, dagegen wird ein Antrieb von der Antriebswelle
10 zur Abtriebswelle 11 hergestellt, von der Antriebswelle 10 über den. Drehmomentwandler
14, die Welle 30, die Kupplung 17 und über die Rohrwelle 46 zum Sonnenrad 45. Bei
diesem Getriebeverhältnis dient der Träger 51 als Gegendruckelement, da er von der
Bremse 20 ortsfest gehalten wird. Wird wieder angenommen, daß sich das Sonnenrad
45 in Rechtsrichtung dreht, dann wird den Planetenrädern 47 eine Linksdrehung erteilt.
Die Planetenräder 47 erteilen eine Rechtsdrehung den größeren Planetenrädern 48,
die wiederum eine Rechtsdrehung dem Ringzahnrad 49 und der Abtriebswelle 11 erteilen.
Infolge des Unterschiedes in der Zähnezahl des Zahnrades 47 und des Zahnrades 48
ist dieser Antrieb ebenfalls ein untersetzter Antrieb, obwohl das Übersetzungsverhältnis
etwas größer als das Übersetzungsverhältnis des 1. Vorwärtsganges ist.
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Im 3. Vorwärtsgang oder dem Vorwärtsgang für eine schnelle mittlere
Geschwindigkeit zwischen. der Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle 11 sind die
Kupplung 18 und die Bremse 19 eingeschaltet, während die übrigen Kupplungen und
die andere Bremse ausgeschaltet sind. Infolge der eingekuppelten Kupplung 18 wird
der Träger 51 in Vorwärtsrichtung oder Rechtsrichtung mit derselben Drehzahl getrieben
wie die Antriebswelle 10. Die Bremse 19 hält das Sonnenrad 45 zu dieser Zeit gegen
Drehung, das als Gegendruckelement für den Planetenradsatz 15 dient. Da das Sonnenrad
45 ortsfest gehalten wird, verursacht die Rechtsdrehung des Trägers 51 eine Rechtsdrehung
der Planetenräder 47 um ihre Achsen. Durch die Zahnräder 47 werden wiederum die
Planetenräder 48 in Linksrichtung um ihre Achsen gedreht. Die Geschwindigkeit der
Umlaufdrehung in Rechtsrichtung des Planetenträgers 51 ist größer als die Axialgeschwindigkeit
der Planetenräder 48 in Linksrichtung, so daß das Ringzahnrad 49 und die Abtriebswelle
11 in Vorwärtsrichtung getrieben werden, jedoch mit einer etwas kleineren Geschwindigkeit
mit Bezug auf die Umlaufgeschwindigkeit der Antriebswelle 10.
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Das erfindungsgemäße. Getriebe schafft einen unmittelbaren 1 : 1-Gang
zwischen der Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle 11 und. auch einen abgezweigten
1 : 1-Gang zwischen diesen beiden Wellen. Der unmittelbare Antrieb wird in der Hauptsache
verwendet, und zwar sind bei diesem Getriebeverhältnis alle drei Kupplungen 16,
17 und 18 eingekuppelt, während die beiden Bremsen 19 und 20 gelöst sind. Durch
das Einkuppeln der Kupplung 18 wird der Planetenradträger 51 mit derselben Drehzahl
getrieben, wie sie die Antriebswelle 10 hat. Durch das Einkuppeln der Kupplungen
16 und 17 werden die Sonnenräder 45 und 43 miteinander verriegelt. Wenn zwei Bauteile
eines Planetenradsatzes miteinander verriegelt sind, dreht sich bekanntlich der
gesamte Satz als ein einheitlicher Bauteil. Infolge dieser Tatsache und dadurch,
daß der Planetenradträger 51 mit derselben Drehzahl und in derselben Richtung getrieben
wird, wie sie die Antriebswelle 10 hat, werden das Ringzahnrad 49 und ebenso die
Abtriebswelle 11 mit derselben Drehzahl und in derselben Richtung gedreht, wie sie
die Antriebswelle 10 hat. Die Sonnenräder 45 und 43 werden ebenfalls mit derselben
Drehzahl gedreht wie die Antriebswelle 10. Es ist daher offensichtlich, daß der
hydraulische Drehmomentwandler 14 während des schnellen Vorwärtsganges zwischen
der Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle 11 verriegelt ist, wie dies auch der
Fall bei dem 3. Vorwärtsgang zwischen der Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle
11 war.
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Bei dem abgezweigten 4. Vorwärtsgang sind die Kupplungen 17 und 18
eingekuppelt, während die Kupplung 16 und die Bremsen 19 und 20 nicht eingeschaltet
sind. Bei diesem Getriebeverhältnis wird der Planetenradträger 51 in Vorwärtsrichtung
mit derselben Drehzahl gedreht, wie sie die Antriebswelle 10 hat, und das Sonnenrad
45 wird in Vorwärtsrichtung von einem Getriebezug getriebene, der verläuft von der
Antriebswelle 10 über den hydraulischen Drehmomentwand er 14, die Rohrwelle 30,
die Kupplung 17 und über die Rohrwelle 46 zum Sonnenrad 45. Wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit
so weit erhöht hat, daß der hydraulische Drehmomentwandler 14 als Flüssigkeitskupplung
arbeitet, d. h. wenn alle Bauteile des Drehmomentwandlers im wesentlichen mit derselben
Drehzahl oder derselben Geschwindigkeit umlaufen, drehen sich das Sonnenrad 45 und
der Planetenradträger 51 in Vorwärtsrichtung mit ungefähr derselben Drehzahl oder
Drehgeschwindigkeit. Der Planetenradsatz 15 ist verriegelt, und die Abtriebswelle
11 wird mit derselben Drehzahl angetrieben wie die Antriebswelle 10. Wenn sich bei
dem abgezweigten 4. Vorwärtsgang die Belastung auf die Antriebsräder des Fahrzeuges
genügend erhöht, fällt das Antriebsverhältnis zwischen der Antriebswelle 10 und
der Abtriebswelle 11 auf etwas weniger als ein 1 : 1-Verhältnis. Unter diesem Antriebsverhältnis
tritt ein geringer Schlupf im Drehmomentwandler 14 auf, und das Sonnenrad 45 läuft
infolgedessen mit einer etwas geringeren Drehzahl mit Bezug auf den Planetenradträger
51 um. Der Planetenradsatz 15 ist daher nicht länger verriegelt. Der Träger 51 wird
infolgedessen mit einer etwas größeren Drehzahl in Rechtsrichtung als das Sonnenrad
45 getrieben, so daß sich die Planetenräder 47 axial in Rechtsrichtung langsam drehen.
Durch die Axiaddrehung der Planetenräder 47 in Rechtsrichtung drehen sich die Zahnräder
48 axial in Linksrichtung, so daß daher die Drehgeschwindigkeit des Ringzahnrades
49 und der Abtriebswelle 11 etwas kleiner sein kann als die Drehgeschwindigkeit
der Antriebswelle 10 und des Planetenradträgers 51.
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Das erfindungsgemäße Getriebe kann für einen Rückwärtsgang zwischen
der Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle 11 dadurch eingestellt werden, daß die
Kupplung 16 und die Bremse 20 eingeschaltet und die Kupplungen 17 und 18 und die
Bremse 19 ausgeschaltet werden. Unter diesem Getriebeverhältnis läuft die Zwischenwelle
12 leer, und der Getriebezug für den Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle
10
und der Ab:triebswelle 11 wird hergestellt über den
hydraulischen
Drehmomentwandler 14, die Rohrwelle 30, die Kupplung 16, die Rohrwelle 44 zum Sonnenrad
43. Da die Bremse 20 zu dieser Zeit eingeschaltet ist, wird der Planetenradträger
51 festgehalten und dient als Abstützung für den Getriebesatz 15.
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Durch die von dem hydraulischen Drehmomentwandler 14 dem Sonnenrad
43 erteilte Vorwärtsdrehung werden die Planetenräder 48 rückwärts gedreht und erteilen
dem Ringzahnrad 49 und der Abtriebswelle 11 eine Rückwärtsdrehung.
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Wie aus der Beschreibung hervorgeht, ist ein Getriebe geschaffen worden,
daß besonders für Lastkraftwagen geeignet ist und ein stoßloses und wirtschaftlich
günstiges Arbeiten sichert. Es können zahlreiche Änderungen und Abwandlungen vorgenommen
werden, ohne den Bereich der in dem Patentanspruch niedergelegten Erfindung zu verlassen.