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Hydromechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
betrifft ein hydromechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem
eine Eingangswelle mit dem Ringrad eines ersten Planetenrädergetriebes verbunden
ist, dessen Sonnenrad am Rückwärtsdrehen in bezug zur Eingangswelle vorzugsweise
durch eine Einwegkupplung verhindert ist und dessen Planetenräderträger mit dem
Pumpenrad einer hydrodynamischen Einrichtung verbunden ist, wobei deren Turbinenrad
mit dem Eingangsglied, vorzugsweise dem Sonnenrad eines zweiten Planetenrädergetriebes,
verbunden ist und zwischen der Eingangswelle und dem Sonnenrad des ersten Planetenrädergetriebes
eine Kupplung, vorzugsweise eine füll- und entleerbare Strömungskupplung, zum Einschalten
des direkten Antriebes im ersten Planetenrädergetriebe vorgesehen ist, während das
Reaktionsglied, vorzugsweise das Ringrad, des zweiten Planetenrädergetriebes entweder
mit der Eingangswelle, beispielsweise über das Pumpenrad der hydrodynamischen Einrichtung
oder durch eine Kupplung, vorzugsweise eine Einwegkupplung, am Rückwärtsdrehen gehindert
ist.
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Bei einem bekannten hydromechanischen Getriebe dieser Art besteht
die hydrodynamische Einrichtung aus einer Strömungskupplung. Mit einer Strömungskupplung
ist aber eine Drehmomentverstärkung in den einzelnen Gängen nicht möglich. Ferner
sind hydromechanische Getriebe bekannt, bei denen dem hydrodynamischen Drehmomentwandler
im Kraftfluß ein erstes Planetenrädergetriebe vorgeschaltet ist. Dabei ist ein Glied
des Planetenrädergetriebes mit dem Pumpenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandler
verbunden. Das Leitrad des Drehmomentwandlers ist mit dem Gehäuse über eine Einwegkupplung
verbunden, oder das Leitrad des Drehmomentwandlers und das Sonnenrad des Planetenrädergetriebes
sind über Einwegkupplungen mit dem Gehäuse gekuppelt. In beiden Fällen kann das
Sonnenrad das Leitrad des Drehmomentwandlers nicht antreiben, so daß im 2. Gang
größere Verluste im Drehmomentwandler auftreten.
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Die Erfindung bezweckt, eine große, dabei aber weiche Beschleunigung
mit geringen Verlusten im Drehmomentwandler zu ermöglichen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die hydrodynamische Einrichtung ein
Drehmomentwandler ist, dessen Leitrad mit dem Sonnenrad des ersten Planetenrädergetriebes
über eine Einwegkupplung verbunden ist, die ein Rückwärtsdrehen des Leitrades in
bezug auf das Innenrad des ersten Planetenrädergetriebes verhindert.
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Hierdurch werden folgende ,Vorteile erreicht. Im 1. Gang erfolgt eine
Drehmomentverstärkung durch den Drehmomentwandler. Im 3. Gang erfolgt eine Drehmomentverstärkung
durch den Wandler und ins Langsame übersetzter Antrieb im zweiten Planetenrädergetriebe,
wobei die Getriebeübersetzung und die Drehmomentverstärkung allmählich gegen Null
abnimmt, wenn sich die Drehzahl des Turbinenrades des Wandlers der des Pumpenrades
nähert. Befindet sich das erste Planetenrädergetriebe im direkten Antrieb, so wirkt
der Drehmomentwandler als reine Flüssigkeitskupplung, da das Leitrad und das Pumpenrad
mit gleicher Drehzahl angetrieben werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Die Fig. 1 und 1 a zeigen, nebeneinandergelegt, einen Schnitt durch
ein hydromechanisches Getriebe nach der Erfindung mit einem Drehmomentwandler, einer
Strömungskupplung und zwei Planetenrädergetrieben.
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Das Getriebe ist in einem Gehäuse 40 enthalten und besteht aus einem
hydrodynamischen Drehmomentwandler A, einem ersten Planetenrädergetriebe
B,
einer Strömungskupplung C für das erste Planetenrädergetriebe, einer Bremse
D für ein zweites Planetenrädergetriebe, einer Kupplung E für das zweite
Planetenrädergetriebe,
dem zweiten Planetenrädergetriebe F, einem Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebe G
und einer Bremse H für das Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebe.
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Eine Eingangswelle 10 ist mit einem Deckel 11 des hydrodynamischen
Drehmomentwandlers A verbunden, der aus einem Pumpenrad 12 mit Schaufeln 13, einem
Turbinenrad 14 mit Schaufeln 15 und einem Leitrad 17 mit Schaufeln 18 besteht. Mit
dem Pumpenrad 12 ist ein Antriebsglied 16 verbunden, das sich zwischen dem Turbinenrad
14 und dem Leitrad 17 zu einer Nabe erstreckt, die auf eine Hohlwelle 46 aufgekeilt
ist. Das Antriebsglied 16 hat in Abstand voneinander liegende Speichen 19 im Bereich
des Flüssigkeitsstromes zwischen dem Turbinenrad 14 und dem Leitrad 17, um dem Flüssigkeitsstrom
kleinsten Widerstand zu bieten. Der Deckel 11 umschließt auch das erste Planetenrädergetriebe
B, das ein Ringrad 21, Planetenräder 22 und ein Sonnenrad 23 hat. Das Ringrad 21
ist über einen Schwingungsdämpfer 20 am Deckel 11 befestigt. Die Planetenräder
kämmen mit dem Ringrad 21 und dem Sonnenrad 23 und sind drehbar in einem am Pumpenrad
12 befestigten Planetenräderträger 24 gelagert. Das Sonnenrad 23 ist auf eine Hohlwelle
31 aufgekeilt. Das Ringrad 21 ist mit einer büchsenartigen Nabe 25 verbunden, die
an der Hülle eines Pumpenrades 27 der Strömungskupplung C des ersten Planetenrädergetriebes
befestigt ist. Eine Büchse 26 am Deckeln umschließt die büchsenartige Nabe
25. Das Pumpenrad 27 hat Schaufeln 28. Die Strömungskupplung C hat ferner ein Turbinenrad
29 mit Schaufeln 30, dessen Nabe auf die Hohlwelle 31 aufgekeilt ist.
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Eine trommelförmige Verlängerung 32 der Hülle des Pumpenrades 27 trägt
eine Abschlußplatte mit vierVentilen33;die denAbfluß derFlüssigkeit aus der Strömungskupplung
C steuern. Eine Nabe 34 der Abschlußplatte dient dem Antrieb einer Pumpe 35, die
in einem an dem Gehäuse 40 befestigten feststehenden Teil 39 liegt. Die Hohlwelle
31 erstreckt sich über die Abschlußplatte hinaus. Auf ihr ist eine innere Laufbahn
36 einer Einwegkupplung aufgekeilt: Die innere Laufbahn trägt eine an ihr befestigte
Brems-Scheibe 37. In dem feststehenden Teil 39 befindet sich eine Kammer 88, in
der ein ringförmiger Kolben 38 sitzt, der durch hydraulischen Druck bewegt und die
Bremsscheibe 37 mit einem anderen feststehenden Teil 41 des Gehäuses 40 kuppelt.
Zwischen der Laufbahn 36 und dem feststehenden Teil 39 sind Sperrglieder 42 vorgesehen,
die ein Rückwärtsdrehen der Hohlwelle 31 verhindern.
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Der Planetenräderträger 24 erstreckt sich in die Nabe des Leitrades
17, die eine äußere Laufbahn 45 einer Einwegkupplung trägt. Die Einwegkupplung hat
ferner eine innere Laufbahn 43, die auf die Hohl- ; welle 31 aufgekeilt ist, und
Sperrollen 44 zwischen den Laufbahnen 43 und 45. Die Sperrollen 44: verhindern ein
Rückwärtsdrehen des Leitrades 17 in bezug auf die Hohlwelle 31.
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Die Hohlwelle 46 erstreckt sich über die Hohlwelle 31 hinaus. An ihrem
rückwärtigen Ende ist ein ringförmiger Kupplungsscheibenträger 47 aufgekeilt, dessen
äußere Umfangsfläche mit einer Keilverzahnung versehen ist, die Kupplungsscheiben
48 der Kupplung E aufnehmen.
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Das Turbinenrad 14 hat eine Nabe 49, die auf das vordere Ende einer
Zwischenwelle 50 aufgekeilt ist. Auf das rückwärtige Ende dieser Zwischenwelle
ist ein Sonnenrad 51 des zweiten Planetenrädergetriebes F aufgekeilt. Mit dem Sonnenrad
51 kämmen Planetenräder 52, die drehbar in einem Planetenräderträger 53 gelagert
sind. Die Planetenräder 52 kämmen auch mit einem Ringrad 54, das auf der Innenseite
einer Bremstrommel 55 vorgesehen ist. Gegen die Außenfläche der Bremstrommel
55 kann ein Bremsband 56 durch einen nicht dargestellten Flüssigkeitsservomotor
angelegt werden. Die Bremstrommel 55
trägt innen eine Keilverzahnung zur Aufnahme
von Kupplungsscheiben 57, die zwischen die Kupplungsscheiben 48 greifen. Zwischen
dem Ringrad 54 und den Kupplungsscheiben ist auf die Bremstrommel 55 ein Anschlagring
59 aufgekeilt, während auf das andere Ende der Bremstrommel 55 ein ringförmiges
Teil 60 aufgekeilt ist. Das Teil 60 bildet eine Ringkammer 63, in der ein
Kolben 58 angeordnet ist. Dieser Kolben wird von den Kupplungsscheiben durch Federn
62 abgedrückt. Er kann gegen den Anschlagring 59 bewegt werden, indem Flüssigkeitsdruck
der Ringkammer 63 zugeleitet wird, wodurch die Kupplung E durch Ineingriffkommen
der Kupplungsscheiben 48 und 57 eingerückt wird.
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Ein Teil des Gehäuses 40 trägt eine Keilverzahnung, - die einen Satz
von Bremsscheiben 65 der Bremse D aufnehmen. Der andere Satz von Brems-Scheiben
66 ist auf einen äußeren Laufring 67 einer Einwegkupplung aufgekeilt, die Sperrglieder
69 und einen inneren Laufring 61 hat. Der innere Laufring 61 ist am inneren Umfang
des mit der Bremstrommel 55 verbundenen ringförmigen Teils 60 befestigt. Die Bremsscheiben
65 und 66 können zusammen gegen einen Anschlagring 71 gedrückt werden, der am Gehäuse
40 sitzt. Dies erfolgt durch einen Ringkolben70, der durch Druckmittelzufuhr zu
einer den Ringkolben 70 enthaltenden Kammer 70A, die in dem feststehenden Teil 41
gebildet ist, bewegt wird. Bei angelegter Bremse D wird die Bremstrommel 55 und
das Ringrad 54 am Rückwärtsdrehen gehindert.
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Das feststehende Teil 41 hat eine Verlängerung, auf der der innere
Laufring 61 drehbar gelagert ist. Der Planetenräderträger 53 ist ein Teil einer
Abtriebswelle 90, auf die die Nabe eines Planetenräderträgers 75 des Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebes
G aufgekeilt ist. In dem Planetenräderträger 75 sind drehbare Planetenräder 76 gelagert,
die mit einem Ringrad 78 und einem Sonnenrad 77 kämmen. Am Ringrad 78 ist ein doppelkegelförmiger
Ring gebildet. Das Sonnenrad 77 ist auf der Abtriebswelle 90 drehbar gelagert und
durch eine Platte 79 mit der Bremstrommel 55 verbunden. Der doppelkegelförmige Ring
hat eine konische Fläche 80, die mit einem am Gehäuse 40 befestigten feststehenden
Konusring 82 zusammenarbeitet, und eine zweite konische Fläche 81, die mit einer
konischen Fläche 83 zusammenarbeitet, welche an einem ringförmigen Kolben 84 gebildet
ist. Der ringförmige Kolben 84 sitzt in einer Kammer 85, die in einer festen Abschlußplatte
des Gehäuses 40 vorgesehen ist. Der ringförmige Kolben 84 kann durch Druckflüssigkeitszufuhr
zur Kammer 85 bewegt werden, um die konische Fläche 81 in Eingriff zu bringen, wodurch
der doppelkegelförmige Ring bewegt wird, um die konische Fläche 80 mit dem Konusring
82 in Eingriff zu bringen, wodurch die Bremse H für das Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebe
angelegt wird. Der doppelkegelförmige Ring trägt eine Ringscheibe 86, die drehbar
auf der Nabe des Planetenräderträgers 75 gelagert ist. Eine Federscheibe 87 zwischen
dem
Planetenräderträger 75 und der Ringscheibe 86 zwingt den doppelkegelförmigen
Ring nach rechts, um die konische Fläche 80 vom Konusring 82 zu entfernen.
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Mit dem hydromechanischen Getriebe können vier Vorwärts- und ein Rückwärtsgang
geschaltet werden. Bei allen Vorwärtsgängen läuft das Rückwärtsgang- Planetenrädergetriebe
G leer, und die Bremse D des zweiten Planetenrädergetriebes ist angelegt.
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Um den 1. Gang zu erhalten, werden das das Reaktionsglied bildende
Sonnenrad 23 des ersten Planetenrädergetriebes B und die innere Laufbahn 43 durch
die Sperrglieder 42 der Einwegkupplung gegen Rückwärtsdrehen festgehalten, und die
Strömungskupplung C des ersten Planetenrädergetriebes ist leer. Das als Reaktionsglied
dienende Ringrad 54 des zweiten Planetenrädergetriebes ist gegen Rückwärtsdrehen
durch die Einwegkupplung mit ihren Sperrgliedern 69 festgehalten, da die Bremse
D eingerückt ist, um den äußeren Laufring 67 gegen Drehung festzuhalten. Die Bremse
H des Rückwärtsgang- Planetenrädergetriebes ist gelüftet.
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In diesem Falle bewirkt das Drehen der Eingangswelle 10 und des Deckels
11 ein Umlaufen des Ringrades 21 des ersten Planetenrädergetriebes. Der Planetenräderträger
24 wird in gleicher Richtung wie das Ringrad 21, jedoch mit geringerer Drehzahl,
angetrieben, da das Sonnenrad 23 feststeht. Das Drehen des Planetenräderträgers
24 veranlaßt ein Drehen des Pumpenrades 12 des Drehmomentwandlers, so daß das Turbinenrad
14 mit verringerter Drehzahl abhängig von der Drehmomentverstärkung durch den Drehmomentwandler
gedreht wird, um das Sonnenrad 51 des zweiten Planetenrädergetriebes anzutreiben.
Da dessen Ringrad 54 am Rückwärtsdrehen gehindert ist, werden der Planetenräderträger
53 und die Abtriebswelle 90 in gleicher Richtung wie das Sonnenrad 51, jedoch mit
verringerter Drehzahl, angetrieben. Da die Bremse H des Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebes
gelüftet ist und das Sonnenrad 77 feststeht, veranlaßt das Drehen des auf die Abtriebswelle
90 aufgekeilten Planetenräderträgers 75 ein Drehen des Ringrades 78. Dies hat jedoch
keine Wirkung.
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Das Pumpenrad 27 der Strömungskupplung C des ersten Planetenrädergetriebes
wird durch das Ringrad 21 angetrieben. Da die Strömungskupplung C aber leer ist,
kann das Sonnenrad 23 durch das Turbinenrad 29 nicht vorwärts angetrieben werden.
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Im 1.. Gang wird das Sonnenrad 51 des zweiten Planetenrädergetriebes
F also mit doppelter Übersetzung ins Langsame durch das erste Planetenrädergetriebe
B und die Drehmomentsverstärkung des Drehmomentwandlers A angetrieben. Bei Beschleunigung
im niedrigen Gang verringert sich die Drehmomentverstärkung durch den Drehmomentwandler
so lange, bis dieser als Strömungskupplung wirkt. Dann wird das Sonnenrad des rückwärtigen
Planetenrädergetriebes allein mit der Übersetzung des vorderen Planetenrädergetriebes
angetrieben.
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Nähert sich die Drehzahl des Turbinenrades 14 der des Pumpenrades
12, so fällt die Drehmomentverstärkung des Drehmomentwandlers, bis das Leitrad 18
frei vorwärts umläuft, wodurch der Drehmomentwandler als Strömungskupplung arbeitet.
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Im 1. Gang ist daher eine Drehmomentverstärkung im Drehmomentwandler
erreichbar, wobei das erste PlanetenrädergetriebeB und das zweite Planetenrädergetriebe
F mit ins Langsame übersetztem Antrieb laufen. Um den 2. Gang zu erhalten, wird
die Strömungskupplung C des vorderen Planetenrädergetriebes mit Flüssigkeit gefüllt.
Das sich drehende Pumpenrad 27 verursacht ein Drehen des Turbinenrades 29 und des
mit ihm verbundenen Sonnenrades 23. Dieses Drehen wird durch die Sperrglieder 42
der Einwegkupplung gestattet, so daß das Sonnenrad 23 im wesentlichen mit gleicher
Drehzahl wie das Ringrad 21 umläuft. Der Drehzahlunterschied infolge des Schlupfes
der Strömungskupplung C ist so gering, daß praktisch das Sonnenrad 23 und das Ringrad
21 gemeinsam umlaufen und damit den Planetenräderträger 24 zum Umlauf bringen.
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Die innere Laufbahn 43 der Einwegkupplung wird mit gleicher Geschwindigkeit
wie das Sonnenrad 23 angetrieben und nimmt das Leitrad 17 mit, das am Rückwärtsdrehen
durch die Sperrollen 44 gehindert ist. Der Drehstromwandler wirkt als Strömungskupplung
mit vergrößertem Pumpenrad.
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Beim 2. Gang ist also das erste Planetenrädergetriebe B im direkten
Antrieb und das zweite Planetenrädergetriebe in ins Langsame übersetztem Antrieb.
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Um den 3. Gang zu erhalten, wird die Flüssigkeitskupplung C des ersten
Planetenrädergetriebes entleert, so daß sich das Sonnenrad 23 verzögert und zum
Stillstand kommt. Ein Rückwärtsdrehen des Sonnenrades 23 wird durch die Sperrglieder
42 der Einwegkupplung verhindert. Die Kupplung E des rückwärtigen Planetenrädergetriebes
ist eingerückt und kuppelt das Ringrad 54 mit der Hohlwelle 46. Das Ringrad 54 wird
mit der gleichen Drehzahl wie das Pumpenrad 12 des Drehmomentwandlers A angetrieben,
und das Sonnenrad 51 wird durch das Turbinenrad 14 des Drehmomentwandlers A angetrieben.
Das Vorwärtsdrehen des Ringrades 54 wird durch die Sperrglieder 69 gestattet. Bei
starken Belastungen ergibt sich ein wesentlicher Drehzahlunterschied zwischen dem
Ringrad 54 und dem Sonnenrad 51, so daß eine beträchtliche Drehmomentverstärkung
im zweiten Planetenrädergetriebe ebenso wie im Drehmomentwandler selbst erfolgt.
Indessen ist die Drehmomentverstärkung im zweiten Planetenrädergetriebe geringer
als beim 1. Gang und nimmt ab, wenn die Drehmomentverstärkung des Drehmomentwandlers
kleiner wird. Nähert sich die Drehzahl des Turbinenrades 14 der des Pumpenrades
12, so sinkt die Drehmomentverstärkung des Drehmomentwandlers ab, bis sich der Drehmomentwandler
dem direkten Antrieb nähert und als Strömungskupplung wirkt. Gleichzeitig nimmt
die Drehmomentverstärkung des zweiten Planetenrädergetriebes ab, wenn sich die Drehzahl
des Sonnenrades 51, das von dem Turbinenrad 14 angetrieben wird, der Drehzahl des
vom Pumpenrad 12 angetriebenen Ringrades 54 nähert. Beim 3. Gang ergibt sich also
eine feste Übersetzung im ersten Planetenrädergetriebe und eine veränderliche Übersetzung
im zweiten Planetenrädergetriebe sowie eine veränderliche Drehmomentverstärkung
im Drehmomentwandler, wobei die Übersetzung im zweiten Planetenrädergetriebe abnimmt,
wenn die Drehmomentverstärkung im Drehmomentwandler kleiner wird. Bei geringer Belastung
und großer Drehzahl arbeitet das zweite Planetenrädergetriebe im wesentlichen mit
direktem Antrieb.
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Um den 4. Gang zu erhalten, wird die Strömungskupplung C des ersten
Planetenrädergetriebes erneut mit Flüssigkeit gefüllt, um im ersten Planetenrädergetriebe
B direkten Antrieb zu erhalten. Bei direktem Antrieb wird das Leitrad 17 durch die
Hohlwelle 31
vorwärts angetrieben, so daß das Leitrad als Teil des
Pumpenrades wirkt. Im 4. Gang sind beide Planetenrädergetriebe in direktem Antrieb.
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Für den Rückwärtsgang befindet sich das erste Planetenrädergetriebe
B in ins Langsame übersetztem Antrieb. Das Ringrad 54 des zweiten Planetenrädergetriebes
F kann frei rückwärts drehen, und das Ringrad 78 des Rückwärtsgang-Planetengetriebes
G ist festgebremst.
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Um den Rückwärtsgang zu erhalten, wird die Bremse D des zweiten Planetenrädergetriebes
gelüftet, die Bremse H des Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebes angelegt und die
Strömungskupplung C des ersten Planetenrädergetriebes entleert. Das erste Pla netenrädergetriebe
läuft in ins Langsame übersetztem Antrieb wie beim 1. und 3. Gang. Die Abtriebswelle
90 bietet anfänglich eine Gegenkraft, die den Planetenräderträger 53 gegen Drehen
festhält. Das Vorwärtsdrehen des Sonnenrades 51 veranlaßt ein Rückwärtsdrehen des
Ringrades 54, da die Planetenräder 52 sich lediglich um ihre eigenen Achsen drehen
können. Das Sonnenrad 77 des Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebes G wird mit dem
Ringrad 54 rückwärts angetrieben, und da das Ringrad 78 am Drehen gehindert ist,
wird der Planetenräderträger 75 in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad 77, jedoch
mit verringerter Drehzahl, angetrieben. Die Abtriebswelle 90 wird daher rückwärts
angetrieben und treibt den Planetenräderträger 53 rückwärts an, so daß die Übersetzungsverhältnisse
des Rückwärtsgang - Planeten rädergetriebes und des zweiten Planetenrädergetriebes
vereinigt sind. Das Übersetzungsverhältnis im Rückwärtsgang ergibt sich aus dem
Übersetzungsverhältnis des ersten Planetenrädergetriebes, den vereinigten Übersetzungsverhältnissen
des zweiten Planetenrädergetriebes und des Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebes
und der veränderlichen Drehmomentverstärkung des Drehmomentwandlers.
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An Stelle der Strömungskupplung C und der Einwegkupplung mit den Sperrgliedern
42 könnte auch eine Mehrscheibenkupplung benutzt werden, um das Ringrad 21 mit dem
Sonnenrad 23 zu verbinden, und eine wechselweise betätigbare Bandbremse, um das
Drehen des Sonnenrades 23 und der Hohlwelle 31 zu verhindern.