-
Hydrodynamisch-mechanische Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrodynamischmechanisches Getriebe, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, mit einem hydrodynamischen Kreislauf und mit einem diesem nachgeschalteten
drei- oder mehrgängigen .. Zahnräderwechselgetriebe in Vorgelegewellenbauart, insbesondere
mit einem hydrodynamischen Drehmomentenwandler, der im hydraulischen übertragungszweig
eines leistungsverzweigenden Getriebes mit Umlaufrädergetriebe angeordnet ist.
-
Zahnräderwechselgetriebe mit drei oder mehr Gängen sind sowohl in
Vorgelegebauart als auch in Gestalt von Umlaufrädergetrieben bekannt, und zwar ohne
hydrodynamischen Kreislauf sowie auch mit vorgeschaltetem Kreislauf. Bei der Ausführung
mit Umlaufrädergetriebe sind meist mehrere Unilaufrädersätze - deren Anzahl vielfach
der Gangzahl entspricht - in Achsrichtung hintereinander angeordnet, um die erforderlichen
übersetzungsverhältnisse zu erzielen und die zugehörigen Schaltbremsen und Schaltkupplungen
entsprechend unterbringen zu können. In diesen Fällen ergibt sich meist eine erhebliche
Baulänge. Zwar lassen sich auch mit nur einem einzigen Umlaufrädersatz mindestens
drei verschiedene Gänge erreichen, doch ist man dann in der Wahl der Übersetzungen
und Abtriebsdrehrichtungen nicht mehr freizügig genug, um den Betriebserfordernissen
ausreichend Rechnung zu tragen.
-
Die ferner bekannten Ausführungen mit Vorgelegegetriebe gestatten
wohl hinsichtlich der übersetzungen und Abtriebsdrehrichtungen eine weit größere
Freizügigkeit, benötigen aber andererseits ebenfalls verhältnismäßig viel Platz.
So ist bereits ein Vorgelegegetriebe mit fluchtender Ein- und Ausgangswelle, zwei
hierzu parallele Vorgelegewellen und einer der Gangzahl entsprechenden Anzahl von
Schaltkupplungen bekanntgeworden, wobei diese Schaltkupplungen zwischen den auf
den Vorgelegewellen angeordneten Zahnrädern liegen und zum wahlweisen Kuppeln je
zweier Zahnräder jeder Vorgelegewelle dienen. Außerdem kämmt hierbei ein Zahnrad
jeder Vorgelegewelle mit einem für alle Vorgelegewellen gemeinsamen, auf der Eingangswelle
befestigten Eingangszahnrad, während die übrigen Zahnräder der Vorgelegewellen mit
der Ausgangswelle in Triebverbindung stehen. Dabei ist es auch schon bekannt, das
genannte Eingangszahnrad zusammen mit den zugehörigen Vorgelegezahnrädern für eine
Übersetzung ins Schnelle auszulegen. Die bisherigen Vorgelegegetriebe dieser Art
besitzen jedoch, falls sie für drei oder mehr Gänge ausgelegt sind, eine erhebliche
Baulänge, da sich auf mindestens einer Vorgelegewelle mindestens drei Zahnräder
und wenigstens eine, meist aber sogar zwei dazwischenliegende Schaltkupplungen befinden.
-
Der gleiche Nachteil einer großen Baulänge besteht bei zwei ähnlichen
vorbekannten Ausführungen mit einem hydrodynamischen Drehmomentenwandler, der sich
im hydraulischen übertragungszweig eines leistungsverzweigenden Getriebes mit Umlaufrädergetriebe
befindet und dem ein zweigängiges Zahnräderwechselgetriebe mit fluchtender Ein-
und Ausgangswelle sowie mit einer Vorgelegewelle nachgeschaltet ist. Auch hier befinden
sich auf dem Hauptwellenstrang (mit Ein- und Ausgangswelle) und der Vorgelegewelle
mindestens je drei Zahnräder nebeneinander, und die Gangschaltung erfolgt durch
Verschieben eines auf der Abtriebswelle drehfest angeordneten Gegenzahnrades, in
einem Falle außerdem noch durch eine im Hauptwellenstrang vorgesehene Klauenkupplung.
Infolgedessen sind für die axiale Länge zumindest eines Wellenzuges drei Zahnräder,
gegebenenfalls noch eine Schaltkupplung und auf jeden Fall der Verschiebeweg des
Verschiebezahnrades maßgebend, wobei insbesondere letzterer wegen der zwei Betriebsstellungen
des Verschiebezahnrades und einer dazwischenliegenden Leerlaufstellung eine erhebliche
axiale Baulänge des Getriebes verlangt. Abgesehen davon ist diese Ausführung wegen
der Verschiebezahnräder während des Betriebes schwierig zu schalten und wohl nur
für geringere Übertragungsleistungen brauchbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einem hydrodynamischen
Kreislauf (Strömungswandler oder Strömungskupplung) und einem diesem nachgeschalteten
drei- oder mehrgängigen Zahnräderwechselgetriebe in Vorgelegebauart zu schaffen,
das möglichst gedrungen ist und vor allem eine kurze Baulänge aufweist., Solche
Forderungen
bestehen insbesondere bei Getrieben für Kraftfahrzeuge
wegen deren beschränkten Raumverhältnissen. Die Erfindung kommt `vorzugsweise für
sogenannte Differentialwandlergetriebe in Frage, das sind Getriebe mit einem hydrodynamischen
Drehmomentenwandler, der im hydraulischen Übertragungszweig eines leistungsverzweigenden
Getriebes mit Umlaufrädergetriebe angeordnet ist.
-
Zum Lösen dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einem Getriebe
der eingangs genannten Art in der Kombination folgender Merkmale: a) Das Zahnräderwechselgetriebe
weist in an sich bekannter Weise eine mit der Eingangswelle koaxiale Ausgangswelle
und hierzu parallele Vorgelegewellen sowie eine der Gangzahl entsprechende Anzahl
von untereinander gleich ausgebildeten und zum Einschalten je eines Ganges dienenden
Schaltkupplungen (Lamellenschaltkupplungen) auf, wobei jede Vorgelegewelle nur zwei
Zahnräder und die diese beiden Zahnräder miteinander kuppelnde Schaltkupplung trägt
und diese Vorgelegewellen über den Umfangsbereich der Ein- und Ausgangswelle verteilt
angeordnet sind; b) ferner ist für jeden Gang, wie zum Erzielen für übersetzte Gänge
bekannt, je eine gesonderte Vorgelegewelle vorgesehen; außerdem kämmt in für sich
bekannter Weise ein Zahnrad jeder Vorgelegewelle mit einem gemeinsamen, auf der
Eingangswelle befestigten Eingangszahnrad, und dieses Eingangszahnrad und die mit
diesem im Eingriff befindlichen Zahnräder sind für eine gleich große Übersetzung
ins Schnelle ausgelegt; c) der hydrodynamische Kreislauf (hydrodynamischer Drehmomentenwandler)
liegt in der Achse der koaxialen Eingangs- und Ausgangswelle des Zahnräderwechselgetriebes.
-
Außerdem ist es zweckmäßig, in an sich bekannter Weise alle Schaltkupplungen
zwecks günstiger Raumausnutzung etwa in einer gemeinsamen, zu den Getriebewellen
senkrechten Ebene anzuordnen.
-
Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist die Baulänge des Getriebes
trotz mindestens dreier im Zahnräderwechselgetriebe schaltbarer Gänge außerordenltich
kurz und wird im wesentlichen nur durch die wenigen auf jeder Vorgelegewelle befindlichen
Getriebeelemente - nämlich durch bloß je eine Schaltkupplung und die daneben befindlichen
zwei Zahnräder sowie durch die Wellenlager - bestimmt. Andererseits ermöglicht die
etwa sternförmige Anordnung der Vorgelegewellen die erforderliche Gangzahl, und
zwar ohne oder zumindest ohne wesentlichen zusätzlichen Raumbedarf, wobei eine außerordentlich
günstige Ausnutzung des die Getriebeachse umgebenden Raumes und eine gedrungene
und außerdem festigkeitsmäßig günstige Bauart erzielt werden. Nach unten, oben oder
seitlich vorspringende Getriebeanbauten werden dabei weitgehend vermieden. Dabei
ist zu berücksichtigen, daß der hydrodynamische Kreislauf (z. B. ein Strömungswandler)
bereits von Haus aus einen relativ großen Getriebedurchmesser erfordert und die
über den Umfangsbereich der Schaltgetriebe-Eingangswelle verteilt angeordneten Vorgelegewellen
ganz oder fast ganz innerhalb dieses Durchmesserbereiches liegen und letztere daher
praktisch keine Durchmesservergrößerung des Getriebes zur Folge haben. Zufolge der
ins Schnelle übersetzenden Zahnräderverbindungen zwischen der Eingangswelle und
den Vorgelegewellen des Zahnräderwechselgetriebes brauchen ferner die Elemente der
Vorgelegewellen einschließlich der Schaltkupplungen nur für kleine Drehmomente bemessen
zu werden, was eine weitere Verminderung des Platzbedarfs und Bauaufwandes ergibt.
Sofern die Schaltkupplungen für eine Betätigung durch ein hydraulisches oder pneumatisches
Druckmedium vorgesehen sind, läßt sich nunmehr außerdem eine sehr einfache und betriebssichere
Zufuhr des Druckmediums dadurch erreichen, daß die entsprechenden Zuleitungen zu
den Schaltkupplungen von einem Ende jeder Vorgelegewelle aus durch eine zentrale
Bohrung in dieser Vorgelegewelle verlaufen.
-
Es ist zwar schon ein Zahnräderwechselgetriebe in Vorgelegewellenbauart
mit drei oder fünf Gängen, fluchtender Ein- und Ausgangswelle sowie mit zwei bzw.
vier hierzu parallelen Vorgelegewellen bekannt, wobei die Vorgelegewellen ebenfalls
über den Umfangsbereich der Ein- und Ausgangswelle verteilt angeordnet sind. Auch
weist dort jede Vorgelegewelle je zwei Zahnräder und eine diese beiden Zahnräder
miteinander kuppelnde Schaltkupplung auf, und die Gesamtzahl der Schaltkupplungen
entspricht der Gangzahl. Abweichend von der Erfindung ist jedoch bei diesem bekannten
Getriebe weder für jeden Gang je eine gesonderte Vorgelegewelle vorgesehen noch
ein für alle Vorgelegewellen gemeinsames und auf der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes
befestigtes Eingangszahnrad. Des weiteren sind dort nicht für alle Vorgelegewellen
gleich große Eingangsübersetzungen vorgesehen sowie auch nicht alle Eingangsübersetzungen
ins Schnelle übersetzend, und schließlich fehlt bei diesem bekannten Getriebe ein
vorgeschalteter hydrodynamischer Kreislauf. Diese mehrfachen baulichen Unterschiede
bedingen auch wesentliche Nachteile gegenüber dem Getriebe nach der Erfindung. Da
bei dem bekannten Getriebe eine der Schaltkupplungen auf der Abtriebswelle angeordnet
sein muß, ergibt sich insbesondere deshalb eine größere Baulänge. Ferner müssen
wegen der unterschiedlichen Eingangsübersetzungen der Vorgelegewellen diese und
die Schaltkupplungen für größere Drehmomente ausgelegt werden, und außerdem werden
dort die trotz verschiedener Drehmomentbelastung gleich groß bemessenen Schaltkupplungen
verschieden stark belastet, so daß ein verschieden hartes Schalten der Kupplungen
erfolgt. Überdies sind dann einige der Kupplungen überdimensioniert.
-
Ein anderes vorbekanntes Zahnräderwechselgetriebe weist drei zur Ein-
und Ausgangswelle parallele Vorgelegewellen und fünf Schaltkupplungen auf, die über
ein gemeinsames Eingangszahnrad auf der Getriebeeingangswelle angetrieben werden.
Abweichend von der Erfindung sind jedoch hier die Ein- und Ausgangswelle nicht gleichachsig
angeordnet. Außerdem erfolgt der Antrieb der Vorgelegewellen ins Langsame, und vor
allem befinden sich auf zwei der Vorgelegewellen je zwei Schaltkupplungen und zwei
bzw. drei Zahnräder. Auch fehlt ein vorgeschalteter Strömungskreislauf, so daß sich
dieses Getriebe noch mehr als das vorbeschriebene vom Getriebe gemäß der Erfindung
unterscheidet.
-
Auf Grund dieser zahlreichen Abweichungen der beiden bekannten Getriebe
ist daher das Getriebe nach der Erfindung nicht naheliegend, zumal in neuerer Zeit
die Tendenz allgemein dahingeht, als
Nachschaltgetriebe für hydrodynamische
Kreisläufe statt der Vorgelegegetriebe möglichst Umlaufrädergetriebe zu verwenden,
was somit gerade von der Erfindung wegführt.
-
In den Zeichnungen ist ein in der Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel
des hydrodynamisch-mechanischen Getriebes nach der Erfindung dargestellt. Hierbei
zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein hydrodynamisch-mechanisches Getriebe
nach der Erfindung, wobei einem leistungsverzweigenden Getriebe mit vorgeschaltetem
Umlaufrädergetriebe, das im hydraulischen Übertragungszweig einen hydrodynamischen
Drehmomentenwandler aufweist, ein Dreigang-Vorgelegewellengetriebe nachgeschaltet
ist (Schnitt 1-1), F i g. 2 einen zugehörigen Teillängsschnitt nach den Linien 11-1I
(s. F i g. 3) und F i g. 3 einen achssenkrechten Schnitt durch das gleiche Getriebe
nach den Linien III-111.
-
Eine von einer nicht dargestellten Antriebsmaschine angetriebene Eintriebswelle
1 ist mit dem Hohlrad 2 eines vorgeschalteten Umlaufrädergetriebes eines leistungsverzweigenden
Getriebes verbunden. Der Umlaufräderträger 3 ist mit einer zentralen Welle 4 starr
gekuppelt, wobei diese Elemente den mechanischen Übertragungszweig des im hydraulischen
Übertragungszweig einen hydrodynamischen Drehmomentenwandler aufweisenden leistungsverzweigenden
Getriebes darstellen. Das Sonnenrad 5 des leistungsteilenden Umlaufrädergetriebes
steht unter Zwischenschaltung eines Freilaufes 6 mit dem Pumpenrad 7 des hydrodynamischen
Drehmomentenwandlers 8 in Triebverbindung. Das Turbinenrad 9 des hydrodynamischen
Drehmomentenwandlers gibt sein Drehmoment über ein dem Drehmomentenwandler nachgeschaltetes
Umlaufrädergetriebe 10 bis 13 an eine Abtriebswelle 14 ab, wobei diese
sowohl mit dem Umlaufräderträger 13 als auch mit der zentralen Welle 4 (= mechanischer
Übertragungszweig) starr verbunden ist und die Abtriebswelle des aus leistungsteilenden
Umlaufrädergetriebe und hydrodynamischen Drehmomentenwandler bestehenden leistungsverzweigenden
Getriebes darstellt. Der den hydrodynamischen Drehmomentenwandler 8 enthaltende
Übertragungszweig mit den Elementen 6 bis 13 stellt den hydraulischen Übertragungszweig
des leistungsverzweigenden Getriebes dar. Das Hohlrad 12 des dem hydrodynamischen
Drehmomentenwandler nachgeschalteten Umlaufrädergetriebes ist mittels einer Lamellenbremse
15 wahlweise festbremsbar, wobei diese Lamellenbremse zwecks Raumersparnis insbesondere
in axialer Richtung sowie zum Erzielen einer gedrungenen Bauart in zweckmäßiger
Weise das Hohlrad 13 konzentrisch umgibt.
-
Die Wirkungsweise dieses aus dem hydrodynamischen Drehmomentenwandler
und dem vorgeschalteten Umlaufrädergetriebe und dem diesen nachgeschalteten Umlaufrädergetriebes
bestehenden Getriebes ist folgende: im unteren Gangbereich arbeitet das Getriebe
bei angezogener Lamellenbremse 15 mit Leistungsteilung, d. h., daß dann das Drehmoment
zufolge des leistungsteilenden Umlaufrädergetriebes 2, 3, 5 teilweise über den hydraulischen
Übertragungszweig 6 bis 13 und teilweise über den mechanischen Übertragungszweig
3, 4 übertragen wird. An der Abtriebswelle 14 vereinigen sich beide Kraftwege wieder.
Der Betrieb mit Leistungsteilung gewährleistet einerseits die Vorteile eines hydraulischen
Betriebes mit hydrodynamischem Drehmomentenwandler (hohe Anfahrwandlung, weiches,
stoßfreies Anfahren usw.) mit einem verhältnismäßig günstigen Wirkungsgrad zufolge
des rein mechanischen Übertragungszweiges.
-
Wird dagegen die Lamellenbremse 15 gelöst und durch Verschieben eines
Ringkolbens 16 nach links - etwa durch Zuleiten einer Druckflüssigkeit in den Ringraum
16 a - das Pumpenrad 7 festgebremst, so ist der hydraulische Übertragungszweig stillgesetzt,
und die Drehmomentübertragung erfolgt nunmehr rein mechanisch über die Elemente
2, 3 und 4 zur Abtriebswelle 14. Sofern dabei außerdem noch eine Lamellenkupplung
17 eingerückt und dadurch das Hohlrad 2 mit dem Umlaufräderträger 3 gekuppelt wird,
ergibt sich ein weiterer rein mechanischer Gang mit einer Übersetzung von 1:1 (direkte
Drehmomentübertragung). In diesem Fall ermöglicht der Freilauf 6 eine Drehung des
Sonnenrades 5 gegenüber der stillstehenden Hohlwelle 7 a des Pumpenrades.
-
Ferner ist noch ein Bremsgang erzielbar, in dem sowohl die Lamellenkupplung
17 als auch die Lamellenbremse 15 eingeschaltet werden. Es kann dann von der Antriebswelle
14 her die Antriebsmaschine angetrieben (= Motorbremsung) und außerdem das Turbinenrad
9 in Bewegung gesetzt werden (= Wandlerbremsung), wodurch sich eine ausreichende
Bremswirkung ergibt.
-
Dem hydrodynamisch-mechanischen Getriebeteil ist gemäß der Erfindung
noch unmittelbar und gleichachsig ein dreigängiges Zahnräderwechselgetriebe in Vorgelegewellenbauart
nachgeschaltet, wobei beide zu einer Baueinheit vereinigt sind. Die Abtriebswelle
14 des vorgeschalteten Getriebeteils bildet dabei zugleich die Eingangswelle des
Zahnräderwechselgetriebes und trägt ein festes Eingangszahnrad 18, das mit über
seinen Umfang etwa gleichmäßig verteilt angeordneten drei weiteren Zahnrädern 19,
20 und 21 kämmt. Die letztgenannten drei Zahnräder sind lose auf ihren zugehörigen
Vorgelegewellen 22, 23 bzw. 24 gelagert und mittels der Lamellenschaltkupplungen
25, 26 bzw. 27 mit je einem weiteren auf der zugehörigen Vorgerlegewelle befestigten
Zahnrad 28, 29 bzw. 30 wahlweise kuppelbar. Die eben genannten Zahnräder 28 bis
30 stehen ihrerseits durch direkten Zahneingriff bzw. über ein Zwischenzahnrad 31
(= Umkehrrad zur Erzielung eines Rückwärtsganges) mit auf der Ausgangswelle 32 befestigten
Zahnräder 33 bzw. 34 in Triebverbindung.
-
Zum Erzielen des niedrigsten Vorwärtsganges des nachgeschalteten Zahnräderwechselgetriebes
in Vorgelegewellenbauart wird die Lamellenschaltkupplung-26 eingerückt, so daß der
Kraftfluß von der Abtriebswelle 14 über die Zahnräder 18 und
20, die Lamellenschaltkupplung 26, die Vorgelegewelle 23 und schließlich
über die Zahnräder 29 und 34 zur Ausgangswelle 32 verläuft. Für den oberen Vorwärtsgang
verläuft bei eingeschalteter Lamellenschaltkupplung 25 der Kraftfluß über die Elemente
18, 19, 25, 22, 28, 33 und 32. Im Rückwärtsgang ist die Lamellenschaltkupplung 27
eingerückt, wobei dann auf Grund des Zwischenzahnrades 31 gegenüber den vorerwähnten
Vorwärtsgängen eine Drehrichtungsumkehr erfolgt.
-
Die Durchmesser der Zahnräder 18 bis 21 sind so ausgelegt, daß eine
Übersetzung ins Schnelle erfolgt, d. h. also, daß die Vorgelegewellen 22 bis 24
rascher laufen als die Abtriebswelle 14, und daß somit diese
Vorgelegewellen
sowie alle hierauf angeordneten Übertragungselemente wie Lamellenschaltkupplungen,
Zahnräder, Lager usw. nur verhältnismäßig klein dimensioniert zu werden brauchen.
Ferner sind die Lamellenschaltkupplungen in einer gemeinsamen und zu den Getriebewellen
senkrechten Ebene untergebracht, was in räumlicher Hinsicht vorteilhaft ist. Zwecks
Senkung der Herstellungskosten sind außerdem alle Lamellenschaltkupplungen 25 bis
27 untereinander gleich ausgebildet.
-
Die Druckölzufuhr zu den hydraulisch betätigten Lamellenschaltkupplungen
25 bis 27 erfolgt durch Leitungen 35 bis 37, die zu je einem Stirnende der Vorgelegewellen
22 bis 24 führen, sowie weiterhin durch in den Vorgelegewellen selbst vorgesehene
zentrale Bohrungen 38. Diese Art der Druckölzufuhr ist außerordentlich einfach und
trotzdem betriebssicher.
-
Aus den F i g. 1 und 3 ist deutlich zu ersehen, daß die Anordnung
der Vorgelegewellen keine Vergrößerung des vom hydrodynamischen Drehmomentenwandler
8 bereits benötigten Getriebedurchmessers erforderlich macht. Andererseits ergibt
sich eine sehr kompakte und gedrungene Getriebebauart mit geringer axialer Baulänge.
Außerdem läßt die F i g. 3 erkennen, daß sich in den Zwischenräumen zwischen den
Vorgelegewellen und somit ebenfalls ohne Vergrößerung des Getriebegehäuses noch
weitere Vorgelegewellen für eventuell zusätzliche Gänge oder aber Hilfsabtriebe
wie z. B. für eine Ölpumpe, eine Lichtmaschine od. dgl. unterbringen lassen.
-
Mitunter ist die dem hydrodynamischen Drehmomentenwandler unmittelbar
nachgeschaltete Zahnräderübersetzung nicht wie vorstehend beschrieben als Undaufrädergetriebe
ausgebildet, sondern als Vorgelegeübersetzung mit einer auf dessen Vorgelegewelle
angeordneten Schaltkupplung. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Abtriebszahnrad
dieser Vorgelegewelle mit dem Eingangszahnrad des dem aus hydrodynamischen Drehmomentenwandler
und leistungsteilenden Umlaufrädergetriebe bestehenden Getriebeteil nachgeschalteten
Zahnräderwechselgetriebes kämmen zu lassen und sowohl dessen Vorgelegewellen als
auch die der dem hydrodynamischen Drehmomentenwandler unmittelbar nachgeschalteten
Vorgelegeübersetzung über den Umfangbereich der Getriebeausgangswelle zu verteilen.
Alle vier oder mehr Vorgelegewellen des Gesamtgetriebes liegen sodann etwa in gleichen
Umfangsabständen um die Getriebeabtriebswelle herum. Ferner empfiehlt es sich hierbei,
die Lamellenschaltkupplungen des Zahnräderwechselgetriebes und der dem hydrodynamischen
Drehmomentenwandler unmittelbar nachgeschalteten Vorgelegeübersetzung in axialer
Richtung zwischen dem Drehomentenwandler und den eingangsseitigen Zahnrädern des
Zahnräderwechselgetriebes vorzusehen. Auch diese Anordnung ergibt eine sehr gedrungene
und raumsparende Konstruktion.