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Hydrodynamisch-mechanisches Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge Die
Erfindung betrifft ein hydrodynamischmechanisches Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge,
bestehend aus - im Sinne des Kraftflusses gesehen - einem als Umlaufrädergetriebe
ausgebildeten Vorschaltgetriebe, einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem
mechanischen Gangschaltgetriebe, wobei das Pumpenrad des Drehmomentwandlers durch
das unabhängig vom Gangschaltgetriebe zu schaltende Vorschaltgetriebe wahlweise
direkt mit der Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine oder einer davon abweichenden
Drehzahl antreibbar ist und wobei das Vorschaltgetriebe durch das Füllen und Entleeren
einer hydrodynamischen Kupplung sowie durch eine schaltbare Bremse schaltbar ist.
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Es ist ein Wechselgetriebe obiger Art bereits Gegenstand eines älteren
Patentes. Dabei ist es erwünscht, außer der Bremsung mit der Antriebsmaschine auch
noch eine Bremsung auf hydrodynamischem Wege zu erzielen.
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Die Erfindung besteht bei Getrieben der eingangs genannten Art darin,
daß die hydrodynamische: Kupplung zum Bremsen in ihrer Füllung regelbar und zugleich
durch die schaltbare Bremse mit dem festen Getriebegehäuse verbindbar ist.
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Es ist natürlich bekannt, hydrodynamische Aggregate zum Bremsen zu
benutzen. So gibt es z. B. eine nach Art einer hydrodynamischen Kupplung ausgebildete
Bremse an den Rädern oder im Strang der Kardanwelle. Dies hat- -allgemein den Nachteil,
daß bei sinkender Drehzahl kein ausreichendes Bremsmoment mehr ausgeübt werden kann.
Außerdem handelt es sich dabei um nur zum Bremsen bestimmte Aggregate, die sehr
viel Platz benötigen.
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Die Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile vollkommen. Sie
hat zudem den Vorteil, daß nun die im Getriebe für eine Schaltfunktion ohnehin vorhandene
hydrodynamische Kupplung auch noch zum Bremsen herangezogen wird. Es entsteht also
kein besonderer zusätzlicher Aufwand und vor allem wird kein zusätzlicher Platz
beansprucht. Und schließlich wird auch insofern noch eine besonders gute Bremswirkung
erzielt, weil sowohl die Antriebsmaschine als auch die hydrodynamische Kupplung
mit erhöhter Drehzahl vom Abtrieb her angetrieben werden.
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Bei Getrieben der eingangs erwähnten Art ist im Pumpenrad der hydrodynamischen
Kupplung ein willkürlich, z. B. durch kick-down zu betätigendes Entleerungsventil
vorgesehen. Die Erfindung schlägt hierbei vor, zum Bremsen außerdem ein Ventil mit
gedrosseltem Ablauf anzuordnen, wobei der Zulauf zur hydrodynamischen Kupplung regelbar
ist. Damit kann eine sehr gute Regelbarkeit des Bremsmomentes erreicht werden. -Die
Anordnung ist bei dem Getriebe nach dem älteren Patent so getroffen, daß das Hohlrad
den Antrieb, der Umlaufräderträger den Abtrieb und das Sonnenrad das Reaktionsglied
des vorgeschalteten Umlaufrädergetriebes bildet, wobei das Pumpenrad der hydrodynamischen
Kupplung mit dem Antrieb verbunden ist und das Turbinenrad der hydrodynamischen
Kupplung auf einer Hohlwelle befestigt ist, die im vorderen Bereich das Sonnenrad
des vorgeschalteten Umlaufrädergetriebes trägt und gegebenenfalls über einen Freilauf
an einem festen Gehäuseteil abgestützt ist. Dies wird erfindungsgemäß dahingehend
ergänzt, daß die Hohlwelle im hinteren Bereich mit der Lamellenreibungsbremse zur
Festlegung an einer Gehäusezwischenwand oder einem anderen festen Gehäuseteil in
Verbindung steht. Wenn - wie bei der Anordnung nach dem älteren Patent - ein in
einer Gehäusezwischenwand befestigter Hohlzapfen für die Lagerung und Freilaufabstützung
des Leitrades des hydrodynamischen Wandlers und des Sonnenrades des vorgeschalteten
Umlaufrädergetriebes vorhanden ist, so kann erfindungsgemäß diese Gehäusezwischenwand
gleichzeitig als Träger der festen Reiblamellen der das Turbinenrad festbremsenden
Reibungslamellenbremse dienen.
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Die Erfindung kann weiter dahingehend ausgestaltet werden, daß, sofern
eine weitere Gehäusezwischenwand vorgesehen und zwischen beiden Zwischenwänden die
Primärölpumpe angeordnet ist, diese radial innerhalb der Reibungslamellenbremse
zum Festbremsen des Turbinenrades angeordnet ist. Dies kann nach der Erfindung noch
derart weitergebildet
werden, daß die zur Aufnahme der selbsttätigen
Schalteinrichtung vorgesehene Schaltplatte an der die Primärölpumpe tragenden Zwischenwand
und gegebenenfalls auch an der erstgenannten Gehäusezwischenwand befestigt ist und
alle wesentlichen sonst im Getriebegehäuse untergebrachten Druckmittelleitungen
in diesen Zwischenwänden angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Herstellung des
Gehäuses durch den Wegfall der vielen Bohrungen und Kanäle außerordentlich vereinfacht.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die beiden
Gehäusezwischenwände durch gemeinsame Befestigungsmittel, wie einen Sicherungsring
oder achsparallel angeordnete Schraubenbolzen im Getriebegehäuse befestigt sind,
wobei durch diese Befestigung gleichzeitig noch ein festes Kupplungsglied, wie ein
Reibkonus, für eine zum Schalten des nachgeschalteten Umlaufrädergetriebes dienende
Konusbremse erfaßt werden kann. Schließlich kann erfindungsgemäß das Pumpenrad der
hydrodynamischen Kupplung durch eine Hülse mit einem Flansch auf solchem Durchmesser
mit dem antreibenden Gehäuse des hydrodynamischen Wandlers lösbar verbunden sein,
daß alle dem Verschleiß unterliegenden Teile des Wandlers, wie Freiläufe und Lager,
sowie das vorgeschaltete Umlaufrädergetriebe bei geschlossenem Wandlergehäuse ausgebaut
werden können. Dadurch ergibt sich eine einfachere und raumsparende Fertigung des
Wandlerteils - der z. B. zugeschweißt werden kann - und eine einfachere Montage.
Die hydrodynamische Kupplung kann, wie an sich bekannt, mit vorwärts schräggestellten
oder schraubenförmig gekrümmten Schaufeln versehen sein, um ihre überiragungsfähigkeit
bei gleichem Durchmesser zu erhöhen. Die bisher bekannten Kupplungen dieser Art
dienten nicht zum Bremsen.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des hydrodynamisch-mechanischen
Wechselgetriebes nach der Erfindung, das in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert wird, dargestellt, und zwar zeigt F ig.1 das Schema des hydrodynamisch-mechanischen
Wechselgetriebes nach der Erfindung, F i g. 2 und 3 Längsschnitte durch das Wechselgetriebe
mit Einzelheiten des Aufbaus.
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Nach F i g. 1 besteht das hydrodynamisch-mechanische Wechselgetriebe
aus einem hydrodynamischen Drehmomentwandler 10, einem vorgeschalteten Umlaufrädergetriebe
11 und einem nachgeschalteten Umlaufrädergetriebe 12. Das vorgeschaltete
Umlaufrädergetriebe 11 ist durch eine hydrodynamische Kupplung 13 mit regelbarer
Füllung willkürlich, z. B. durch kick-down, schaltbar, die aber gleichzeitig noch
zu einer regelbaren, hydrodynamischen Bremsung herangezogen wird.
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Der Antrieb erfolgt von einer Antriebswelle 14 über ein Gehäuse 15
des hydrodynamischen Drehmomentwandlers auf ein Hohlrad 16 des vorgeschalteten Umlaufrädergetriebes
11. Mit diesem ist gleichzeitig das Pumpenrad 17 der hydrodynamischen Kupplung 13
und eine Primärölpumpe 18 verbunden, die an einer Zwischenwand 19 des Getriebegehäuses
angeordnet ist. Das Pumpenrad 20 des Drehmoment Wandlers ist mit dem Umlaufräder
21 tragenden Umlaufräderträger 39 des vorgeschalteten Umlaufrädergetrieben 11 verbunden.
Das Sonnenrad 22 ist auf einer Hohlwelle 23 befestigt, an der das Turbinenrad 24
der hydrodynamischen Kupplung 13 und eine Bremse, z..B. eine Lamellenreibungsbremse
25 zum Festlegen am Getriebegehäuse, angeordnet ist. Die Hohlwelle 23 kann durch
einen Freilauf 26 gegenüber dem Getriebegehäuse abgestützt sein. Auch das Leitrad
27 bzw. die Leiträder ist bzw. sind durch einen Freilauf 28 abgestützt.
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Vom Turbinenrad 29 des Drehmomentwandlers erfolgt die Weiterleitung
des Drehmomentes durch eine Zwischenwelle 30 auf das Sonnenrad 31 des nachgeschalteten
Umlaufrädergetriebes 12 und gleichzeitig auf eine Kupplung, z. B. eine Lamellenreibungskupplung
32, die zur Sperrung des nachgeschalteten Umlaufrädergetriebes 12 dient. Vom Hohlrad
33 des Umlaufrädergetriebes 12 bzw. der Lamellenreibungskupplung 32 wird
die Abtriebswelle 34 angetrieben.
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Bei gefüllter hydrodynamischer Kupplung 13 läuft das Sonnenrad 22
des vorgeschalteten Umlaufrädergetriebes 11 mit der gleichen Geschwindigkeit um,
wie das Hohlrad 16, wenn man einmal von dem geringen Schlupf der hydrodynamischen
Kupplung absieht. Das vorgeschaltete Umlaufrädergetriebe 11 ist dadurch in sich
gesperrt, so daß das Pumpenrad 20 des Drehmomentwandlers mit der Antriebsdrehzahl
angetrieben wird. In diesem normalen Bereich hat der Drehmomentwandler eine kleine
Verlustleistung. Wird nunmehr die hydrodynamische Kupplung 13 entleert, dann stützt
sich die Hohlwelle 23 und damit das Sonnenrad 22 am Freilauf 26 ab bzw. wird durch
die Lamellenreibungsbremse 25 festgelegt, so daß die trbersetzung ins Langsame des
vorgeschalteten Umlaufrädergetriebes 11 wirksam wird. Das Pumpenrad 20 des Drehmomentwandlers
10 wird nunmehr mit niedrigerer Antriebsdrehzahl angetrieben und ergibt damit ein
wesentlich höheres Leistungsangebot, wobei eine etwas größere Verlustleistung zugunsten
der erreichbaren höheren Beschleunigung in Kauf genommen wird.
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Für eine Bremsung wird die Hohlwelle 23 und das Turbinenrad 24 mit
Hilfe der Lamellenreibungsbremse 25 festgehalten. Das Pumpenrad 17 und die Brennkraftmaschine
werden jetzt über das vorgeschaltete Umlaufrädergetriebe 11 vom Drehmomentwandler
her angetrieben, und zwar mit übersetzter Drehzahl. Durch eine Regelung der Füllung
in der hydrodynamischen Kupplung 13 kann nunmehr eine regelbare Bremsung
insbesondere -in dem unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich erzielt werden.
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Wie die F i g. 2 und 3 erkennen lassen, ist das Gehäuse
15 des Drehmomentwandlers zweiteilig ausgebildet und durch eine mittlere
Schweißnaht 35 verbunden. Die Befestigung des Hohlrades 16 am Gehäuse
15 erfolgt auf einem solchen Durchmesser, daß sowohl die Teile des vorgeschalteten
Umlaufrädergetriebes als auch alle anderen dem Verschleiß unterliegenden Teile des
Drehmomentwandlers, z. B. Lager und Freiläufe, ausgebaut werden können. Zu diesem
Zweck ist das Pumpenrad 17 der hydrodynamischen Kupplung 13 -- das gleichzeitig
das Gehäuse derselben bildet --- mit dem Gehäuse 15 durch eine Hülse 36 verbunden,
die in einen Flansch 37 übergeht. Letzterer ist am Gehäuse 15 durch Schrauben 38
oder in anderer Weise befestigt, wobei gleichzeitig das Hohlrad 16 mit festgelegt
wird.
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Die Umlaufräder 21 sind über den Umlaufräderträger 39 am Pumpenrad
20 des Drehmoment Wandlers festgelegt. Das Sonnenrad 22 ist auf der Hohlwelle 23
verkeilt oder in anderer Weise befestigt und mit einem im Querschnitt treppenförmigen
Verlängerungsstück
40 auf dem Freilauf 26 abgestützt. Dieser sitzt
auf einem Ring 41 des Hohlzapfens 42, der mit einer Gehäusezwischenwand 43 fest
in Verbindung steht. Auf dem gleichen Ring 41 stützt sich über den Freilauf 28 das
Leitrad 27 des Drehmomentwandlers bzw. stützen sich auch mehrere Leiträder ab.
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Das Pumpenrad 17 der hydrodynamischen Kupplung ist durch eine Verbindungswelle
44 durch eine Zwischenwand 19 für den Antrieb der Primärölpumpe 18 hindurchgeführt,
die von der genannten Zwischenwand 19 aufgenommen wird und zwischen der Zwischenwand
19 und der Gehäusezwischenwand 43 liegt. Im gleichen Raum liegt auch die als Lamellenreibungsbremse
25 ausgebildete Bremse zur Verbindung der Hohlwelle 23 mit dem festen Getriebegehäuse.
Ihre Betätigung erfolgt über hydraulische Druckkolben 45. Die Außenlamellen 46 der
Lamellenreibungsbremse 25 sind an der gleichen festen Gehäusezwischenwand
43 angeordnet wie der feste Hohlzapfen 42. Die Innenlamellen 47 sind einem
Lamellenträger 48 zugeordnet, der am hinteren Ende der Hohlwelle 23 durch eine Keilverzahnung
oder in anderer Weise befestigt ist.
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Unten an der Zwischenwand 19 und gegebenenfalls auch an der Gehäusezwischenwand
43 ist die Schaltplatte 49 befestigt, die die gesamte selbsttätige Schalteinrichtung,
d. h. also alle hierfür erforderlichen Steuerkolben und Kanäle aufnimmt. Alle wesentlichen
Druckmittelleitungen von der Schaltplatte 49 zu den betreffenden Organen können
dadurch in die Zwischenwand 19 bzw. die Gehäusezwischenwand 43 verlegt werden, so
daß das Getriebegehäuse 50 von diesen Leitungen entlastet und dadurch leichter
herstellbar ist. So ist z. B. die Primärölpumpe 18 über den Kanal 51 beispielsweise
als Druckanschluß mit der Schaltplatte 49 verbunden. Zum Übergang der Druckmittelleitungen
in die Zwischenwände sind Zwischenstücke 52 vorgesehen. Im Getriebegehäuse 50 verbleiben
nur noch einige wenige Leitungen, wie z. B. der Anschluß 53 zur Sekundärölpumpe,
der durch einen Krümmer 54 und ein Zwischenstück 55 an die Schaltplatte 49 herangeführt
wird.
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Die Zwischenwand 19 und die Gehäusezwischenwand 43 sind in
das Getriebegehäuse 50 uridrehbar eingesetzt und durch einen Sicherungsring
56 öd, dgl. festgelegt. Sie können auch durch mehrere achsparallel verlaufende Schrauben
im Getriebegehäuse 50 befestigt sein.
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Für die schnelle Entleerung der hydrodynamischen Kupplung 13 zum Schalten
ist im Pumpenrad 1.7 ein Ventilkolben 57 angeordnet. Er wird im normalen Betrieb
durch das über eine Bohrung 58 zugeleitete Druckmittel entgegen der Feder 59 nach
innen gedrückt und verschließt damit die Entleerungsbohrung 60. Wird z. B. durch
kick-down der Druck auf den Kanal 58 weggenommen, dann fliegt der Ventilkolben 57
durch Feder- und Fliehkraftwirkung nach außen in die gezeichnete Stellung, so daß
die Entleerungsbohrung 60 freigegeben und die hydrodynamische Kupplung sehr schnell
entleert wird. Dadurch wird, wie bereits beschrieben, der ins Langsame übersetzte
Antrieb für den Drehmomentwandler eingeschaltet.
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Für die Bremsung ist ebenfalls im Pumpenrad 17 der hydrodynamischen
Kupplung 13 ein nicht dargestelltes Drosselventil vorgesehen. Dieses gibt unter
Druck einen bestimmten, gedrosselten Entleerungsquerschnitt frei, so daß die hydrodynamische
Kupplang dauernd von einer bestimmten kleinen Öhnenge zur Kühlung durchströmt wird.
Die Regelung der Füllung erfolgt durch den Zulauf, so daß jeder gewünschte Bremseffekt
erreicht werden kann.
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Es kann zweckmäßig sein, die zum Schalten dienende hydrodynamische
Kupplung 13 mit vorwärts schräggestellten oder vorwärts schraubenartig verwundenen
Schaufeln zu versehen. Dadurch wird ihre Übertragungsfähigkeit erhöht, so daß sie
mit kleinerem Durchmesser ausgeführt werden kann. In letzterem Fall ergibt sich
zudem noch die Möglichkeit einer leichteren Herstellung durch Gießen, indem der
Formkern über ein Gewinde ausgezogen wird.
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Durch die Zwischenwelle 30 erfolgt von dem Turbinenrad 29 des hydrodynamischen
Drehmomentwandlers die Kraftübertragung auf das Sonnenrad 31 des im Kraftfluß nachgeschalteten
Umlaufrädergetriebes 12, das in Abweichung vom dargestellten Beispiel in beliebiger
Weise ausgebildet sein kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Der Umlaufräderträger
61 dieses Umlaufrädergetriebes 12 ist durch eine Konusbremse 62 oder eine andere
Bremse gegenüber dem Getriebegehäuse 50 festlegbar. Vom Hohlrad 33 erfolgt dann
die Weiterleitung des Drehmomentes über ein Zwischenstück 63 auf die Abtriebswelle
34. Als Hohlrad bzw. Umlaufräder können die gleichen Zahnräder verwendet werden
wie beim vorgeschalteten Umlaufrädergetriebe.
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Die Konusbremse 62 ist als Doppel-Konusbremse ausgebildet, deren Innenteil
64 mit dem Umlaufräderträger 61 verbunden ist. Einer (65) der äußeren Konusteile
ist im Getriebegehäuse 50 festgelegt, während der andere (66) gleichzeitig
den Druckkolben 67 für das Anlegen der Konusbremse bildet und durch die Zapfen 68
(siehe F i g. 2) uridrehbar in der Gehäusezwischenwand 43 festgelegt ist. Es ist
möglich und vorteilhaft, den einen äußeren Konusteil 65 zusammen mit der Zwischenwand
19 und der Gehäusezwischenwand 43 im Getriebegehäuse 50 zu befestigen. Das nachgeschaltete
Umlaufrädergetriebe 12
kann durch eine Lamellenreibungskupplung 32 in sich
gesperrt werden, deren innere Lamellen 69 auf einem Träger 70 angeordnet und so
unmittelbar mit der Zwischenwelle 30 verbunden sind. Die äußeren Lamellen 71 sind
im Zwischenstück 63 angeordnet. Die Betätigung der Lamellenreibungskupplung erfolgt
durch einen Ringkolben 72 im Zwischenstück 63.
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Bei eingerückter Lamellenreibungskupplung 32 erfolgt die Kraftübertragung
unmittelbar von der Zwischenwelle 30 über das Zwischenstück 63 auf die Abtriebswelle
34. Das nachgeschaltete Umlaufrädergetriebe 12 läuft dabei verblockt mit. Wird nunmehr
die Lamellenreibungskupplung 32 gelöst und dafür die Konusbremse 62 angezogen, dann
wird der Umlaufräderträger 61 festgehalten und die Kraftübertragung erfolgt von
der Zwischenwelle 30 über das nachgeschaltete Umlaufrädergetriebe 12 unter Drehrichtungsumkehr
auf das Zwischenstück 63 und damit die Abtriebswelle 34.