-
-Hydromechanische Verbundgetriebe mit einem Strömungswandler und einer
den Strömungswandler umgehenden Uberbrückungskupplung Die Erfindung bezieht sich
auf ein hydromechanisches Verbundgetriebe mit einem Strömungswandler, einer dem
Strömungswandler vor- oder/und nachgeschalteten Getriebeübersetzung und einer den
Strömungswandler umgehenden, die Antriebs- und Abtriebswelle direkt verbindenden
Überbrückungskupplung, insbesondere für Kraft- oder Schienenfahrzeuge. Derartige
hydromechanische Verbundgetriebe können insbesondere bei Straßen- oder Schienenfahrzeugen,
jedoch auch überall dort verwendet werden, wo ein hydraulischer Drehmomentwandler
sich als vorteilhaft erweist und aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ein den Wandler
überbrückender Direktgang zweckdienlich ist.
-
Wandler mit Überbrückung und solche, bei denen zum Zwecke der Anpassung
des Wandlers an das Motordrehmoment eine Getriebestufe vorgeschaltet ist, sind an
sich bekannt. Da der Wandler hierbei jedoch grundsätzlich nur in den untersten Gängen,
z. B. im ersten oder zweiten Gang, arbeitet und dementsprechend bemessen ist, kann
er nur unvollkommen ausgenutzt werden. Die Überbrückungskupplung hat hierbei im
wesentlichen nur den Zweck, den relativ schlechten Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers
beim Betrieb in der Nähe des sogenannten Kuppelpunktes (ca. 85-90 %) zu vermeiden,
indem auf Überbrückungsbetrieb umgeschaltet wird, sobald die Fahrgeschwindigkeit
eine bestimmte Größe überschreitet.
-
Des weiteren ist ein turbomechanischer Drehmomentwandler mit einem
Umlaufrädergetriebe und einer Überbrückungskupplung bekannt, bei dem das Pumpenrad
fest mit einem inneren Zentralrad und das Turbinenrad mit einem äußeren Zentralrad
des Umlaufrädergetriebes verbunden ist, wobei infolge einer Kraftflußteilung ein
Teil des Drehmomentes hydraulisch, der andere Teil gleichzeitig mechanisch auf die
Abtriebswelle übertragen wird. Bei Einschalten der Überbrückungskupplung läuft das
Planetengetriebe in sich gesperrt als einheitliches Ganzes um, wobei Pumpenrad und
Turbinenrad die gleiche Geschwindigkeit haben.
-
Bei einer anderen bekannten Konstruktion mit nachgeschaltetem bzw.
vor- und nachgeschaltetem Umlaufrädergetriebe ist das Turbinenrad mit dem Planetenträger
eines Planetengetriebes mit paarweise im Eingriff stehenden Planetenrädern verbunden,
derart, daß zwischen Turbinenrad und Abtriebswelle eine starke Untersetzung ins
Langsame erzielt wird, die sich zu dem Schlupf des Wandlers addiert. Bei Schalten
auf den den Wandler überbrückenden Direktgang ist dadurch ein sehr großer Dreh,zahunterschied
an der vorgesehenen Reibungskupplung zu überbrücken, was eine entsprechend große
Bemessung derselben erfordert. Zweck der Erfindung ist demgegenüber vor allem ein
Verbundgetriebe, dessen Wandler nicht nur zum Anfahren in den unteren Gängen, sondern
auch zum Beschleunigen in höheren Gängen benutzt werden kann, wodurch man, insbesondere
bei Lastkraftwagen, einen Fahrbereich erhält, der im Vergleich zu den bisher verwendeten
Gangabstufungen mit einer Zugkraftcharakteristik arbeitet, die der idealen Zugkrafthyperbel
möglichst nahe kommt. Gleichzeitig wird die Möglichkeit eines stoßfreien, stetigen
Überganges beim Schalten angestrebt.
-
Demgemäß besteht das Wesentliche der Erfindung darin, daß die zwischen
Antriebswelle und Pumpenrad oder/und zwischen Turbinenrad und Abtriebswelle zwischengeschaltete
Getriebeübersetzung ins Schnelle übersetzt, so daß insgesamt bei Wandlerantrieb
der Schlupf des Wandlers im wesentlichen ausgeglichen wird und die Kupplungshälften
der ausgerückten Überbrückungskupplung ungefähr mit gleicher Drehzahl laufen können
bzw. bei eingerückter Überbrükkungskupplung das an die Antriebswelle angeschlossene
Pumpenrad zwangläufig mit einer bestimmten, etwa dem Wandlerschlupf entsprechenden
höheren Drehzahl als das an die Abtriebswelle angeschlossene Turbinenrad umläuft.
Die Überibrückungskupplung kann infolgedessen stoßlos oder praktisch stoßlos eingerückt
werden. Nach dem Einschalten läuft alsdann das Pumpenrad des Wandlers zwangläufig
mit einer bestimmten, dem Schlupf entsprechenden höheren Drehzahl als das Turbinenrad
um, wobei der Drehzahlunterschied etwa dem günstigsten Schlupf des Wandlers entspricht.
Eine Trennkupplung kann vorgesehen
sein, um den Antrieb über den
Strömungswandler zu unterbrechen.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind aus der Zeichnung
und Beschreibung dreier schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele zu entnehmen,
und zwar zeigt Fig. 1 eine Antriebsanordnung mit Strömungswandler und vorgeschaltetem
Planetengetriebe und Fig. 2 eine Antriebsanordnung mit Strömungswandler und nachgeschaltetem
Planetengetriebe und Fig. 3 eine Antriebsordnung, :bei welcher dem Strömungswandler
je ein Planetengetriebe sowohl vor- als auch nachgeschaltet ist.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt der Antrieb von der
Antriebsmaschine, z. B. einem Kraftfahrzeugmotor, durch die Welle 10, welche
über eine Kupplung 11 den Planetenträger 12 des Planetengetriebes 13 antreibt. Die
Planetenräder 14 sind an einem äußeren Zahnkranz 15, welcher z. B. fest mit dem
Gehäuse verbunden ist oder gegen dieses abgebremst werden kann, abgestützt und treiben
ein Sonnenrad 16 an, welches mit dem Pumpenrad 17 des hydraulischen Wandlers
18 fest verbunden ist. Das Leitrad 19 ist am Getriebegehäuse fest (oder gegebenenfalls
über einen Freilauf) abgestützt, während das Turbinenrad 20 des Wandlers
mit der Abtriebswelle bzw. der Getriebeantriebswelle 21 fest verbunden ist. Die
Wellen 10 und 21 können durch eine Überbrückungskupplung22 unmittelbar
gekuppelt werden.
-
Es sei zunächst angenommen, daß die Kupplung 22 aus- und die Kupplung
11 eingerückt ist, der Antrieb also ausschließlich über den Wandler 18 erfolgt.
Das Pumpenrad 17 treibt einerseits das Turbinenrad 20 mit Schlupf an, wobei die
Drehzahl der Welle 21 zunächst Null ist und sich beim Anfahren allmählich der Drehgeschwindigkeit
der Welle 10 nähert. Während nun bei direktem Antrieb des Pumpenrades durch
die Antriebswelle 10, wie es bei den bisherigen Antrieben üblich ist, die Drehzahl
der mit dem Turbinenrad fest gekuppelten Abtriebswelle stets unterhalb derjenigen
der Antriebswelle bleibt, hat das Pumpenrad infolge des erfindungsgemäß vorgeschalteten
Übersetzungsgetriebes das Bestreben, das Turbinenrad und damit die Abtriebswelle
bis zur Drehzahl der Antriebswelle bzw. darüber hinaus trotz des Schlupfes im Wandler
zu beschleunigen. Es ist infolgedessen möglich, ein Kuppeln der Wellen 10 und 21
durch die überbrückungskupplung22 bei Drehzahlgleichheit stoßfrei vorzunehmen, obwohl
zwischen dem Pumpenrad 17 und dem Turbinenrad 20 der bei Wandlern übliche Schlupf
besteht und der Wandler daher in der Lage ist, das gewünschte Drehmoment aufzubringen.
Infolge des stoßfreien Einrückens kann die Kupplung verhältnismäßig klein ausgeführt
werden. Nach dem Einrücken der Kupplung 22 kann die Kupplung 11 ausgerückt und damit
die Wirkung des `'Tandlers 18 ausgeschaltet werden. Da auch an die Kupplung 11 keine
besonderen Anforderungen gestellt werden, kann auch diese verhältnismäßig einfach
und klein ausgeführt sein.
-
Statt zwischen Antriebswelle 10 und Planetengetriebe 13 kann die Kupplung
11 auch zwischen dem Planetengetriebe 13 und dem Wandler 18 oder zwischen diesem
und der Abtriebswelle 21 zwischengeschaltet sein.
-
Der Wandler kann bei jeder Schaltung des nachgeschalteten (nicht dargestellten)
Wechselgetriebes zur Überbrückung des Schaltvorganges benutzt werden. Dies hat den
Vorteil, daß der Wandler mit seinem relativ schlechten Wirkungsgrad nur dann arbeitet,
aber auch stets dann arbeiten kann, wenn er tatsächlich gebraucht wird. Ein günstiger
Kraftstoffverbrauch ist dadurch gewährleistet.
-
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen
nach Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß das Planetengetriebe 13a dem Wandler
18 nachgeschaltet ist. Das Pumpenrad 17 wird also durch die Kupplung 11 unmittelbar
mit der Antriebswelle 10 gekuppelt, während das Turbinenrad 20 mit dem Planetenträger
12a des Planetengetriebes und das Sonnenrad16a mit der Abtriebswelle21 verbunden
ist. Die auf dem Planetenträger 12a gelagerten Planetenräder 14a stützen sich hierbei
wieder auf einem mit dem Gehäuse fest oder kuppelbar verbundenen äußeren Ringrad
15 a ab.
-
Die Wirkungsweise ist grundsätzlich die gleiche wie im Falle der Fig.
1. Auch in diesem Falle wird infolge des Schlupfes im Wandler 18 der Planetenträger
12a zwar mit geringerer Drehzahl als die Antriebswelle 10 angetrieben, doch wird
durch die nachfolgende Übersetzung im Planetengetrieb° 13a das Sonnenrad 16a bzw.
die Abtriebswelle21 mit erhöhter Drehzahl angetrieben, so daß auch in diesem Falle
das Sonnenrad 16a die Antriebswelle 10 überholen und die Kupplung22 bei synchroner
Drehzahl der Wellen 10 und 21 eingerückt werden kann.
-
Ob eine Ausführung nach Fig. 1 oder eine nach Fig. 2 zweckmäßiger
ist, richtet sich im wesentlichen danach, wie der vorhandene Wandler mit Bezug auf
den Motor bemessen ist. Entspricht z. B. die Momentaufnahme des Pumpenrades bei
einer gewählten Motordrehzahl dem Motormoment, so wird man vorteilhaft die Schaltung
nach Fig. 2 wählen. Ist das Motormoment größer, so wählt man zweckmäßig eine Schaltung
nach Fig. 1 und erreicht damit, daß von dem gegebenen Wandler das höhere Drehmoment
mit Sicherheit übertragen werden kann. Besondere Bedeutung hat diese Möglichkeit
für Antriebsmaschinen, welche mit Aufladegebläse arbeiten. Bemißt man beispielsweise
den Wandler derart, daß er in der Schaltung nach Fig. 2 zum unaufgeladenen Motor
passen würde, so ist derselbe Wandler in der Schaltung nach Fig. 1 in der Lage,
das Drehmoment des aufgeladenen Motors zu übertragen.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Schaltung nach Fig.
1 mit derjenigen nach Fig. 2 vereinigt, indem sowohl ein Planetengetriebe 13 vor
dem Wandler 18 als auch ein Planetengetriebe 13a hinter dem Wandler vorgesehen ist.
Auch in diesem Falle läßt sich die grundsätzlich gleiche Wirkung wie bei den Schaltungen
nach den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erzielen. Die Übersetzungen durch
die Planetengetriebe 13 und 13 a können hierbei zweckmäßig verschieden groß sein,
was den Vorteil ergibt, daß die Kennlinie des Wandlers an den Motor in besonders
günstiger Weise angepaßt werden kann. Zusätzlich kann eine weitere Kupplung vorgesehen
sein, welche das Planetengetriebe 13 umgeht und die Antriebswelle 10 unmittelbar
mit dem Pumpenrad 17 des Wandlers verbindet.
-
Sind zunächst die Kupplungen 22 und 23 aus- und die Kupplung 11 eingerückt,
so läuft das Pumpenrad 17 mit erhöhter Drehzahl, wobei der Wandlereinsatzpunkt sich
auf der Getriebestufenkurve nach der Seite der niedrigen Drehzahl verschiebt. Hierdurch
kann erwünschterweise ein geräuscharmes Anfahren erzielt werden. Wird die Kupplung
11 gelöst und die Kupplung 23 angezogen, so läuft das Pumpenrad 17 langsamer
als im ersten Fall, und zwar mit der Drehzahl der Antriebswelle 10 um. Der
Einsatzpunkt des Wandlers
verschiebt sich hierbei nach den höheren
Drehzahlen hin und der Wandler hilft in den oberen Gängen, z. B. im zweiten, dritten
oder vierten Gang, die Zugkraft zu erhöhen. Mittels der nachgeschalteten Übersetzung
13a kann die Lage der Zugkraftkurve proportional erhöht werden, so daß mittels der
Überbrückungsikupplung22 stoßfrei durchgekuppelt und ein sehr niedriger Versbrauch
in günstiger Weise erreicht werden kann.
-
Die Unteransprüche beziehen sich auf Maßnahmen, die der vorteilhaften
Ergänzung des Gegenstandes nach dem Hauptanspruch bzw. des erfindungsgemäßen Schaltverfahrens
dienen. Für dieselben wird indessen lediglich Schutz im Zusammenhang mit den Merkmalen
des Hauptanspruchs begehrt.