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Hydrodynamisch-mechanisches Getriebe für Fahrzeuge, insbesondere für
Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrodynarnischmechanisches Getriebe
für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem durch eine Kupplung umgehbaren
hydrodynamischen Drehmomentwandler, dessen Turbinenrad mit dem Eingangsglied eines
nachgeschalteten Umlaufrädergetriebes verbunden ist, dessen Sonnenrad als Reaktionsglied
durch eine Bremse abbremsbar ist und dessen Ausgangsglied mit der Getriebeantriebswelle
eines durch Klauenkupplungen schaltbaren, mehrstufigen Zahnräderwechselgetriches
verbunden ist, von dessen Getriebeabtriebswelle der Fahrantrieb abgeleitet wird,
wobei das Umlaufräderwechsel-etriebe ausschließlich zur Drehzahlerliöhun(y der Getriebeantriebswelle
des Zahnräderwechselcetriebes und die Bremse des Sonnenrades als Trennkupplung des
Zahnräderwechselgetriebes dient.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für Verbundgetriebe der eingangs
genannten Art einen Gctriebeaufbau zu schaffen, bei welchem sämtliche Gangstufen
des Zahnräderwechselgetriebes mechanisch rasant durchgeschaltet werden können, im
Bedarfsfalle jedoch auf den sämtliche Gangstufen umfassenden hydraulischen Getriebezug
nicht verzichtet werden muß. Das Zahnräderwechselgetriebe soll dabei stets im Bereich
höherer Drehzahlen und somit kleiner Drehmomente arbeitei, damit das Verbundgetriebe
insgesamt nicht mehr Raum beansprucht, als gebräuchliche mehrstufige Standardgetriebe.
die rein mechanisch Creschahet werden.
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Bei einem bekannten hydrodynamisch-niechanischen Getriebe ist das
Sonnenrad des Umlaufrädergetriebes durch eine Kupplung mit dem Pumpenrad des Drehmomentwandlers
verbindbar, während dc-Umlaufrädertr'I-i,-ei- das nachgeschaltete Zahnräderwechselgetriebe
antreibt. Die Anordnung ist derart gewählt, daß das Umlaulrädergetriebe bei geschlossener
KLIPPIUII" als Sammelgetriebe für den mechanischen und hydraulischen Getriebezug
einer vorausgegangenen Leistungsteilung dient. Nachdem die Getriebeein-anaswelle
dadurch mit der Differenzdrehzahl zwischen dem hydraulischen und dem nischen Getriebezug
angetrieben wird, ist weder ein wirksamer Abbau der hohen Drelimornente im Zahnräderwechsel(jetriebe
noch die Schaltwahl -ewährleistet, die es dem Fahrer ermö,-licht, den Komfort des
Wandler-etriebes zu benutzon als auch das Ge-
triebe den Umständen entsprechend
mechanisch schnell durchzuschalten (deutsche Ausleo eschrift 1089 279). Ferner
ist es für Verbundgetriebe, bestehend aus einer Flüssigkeitskupplung bzw. einem
ZD c
Wandler mit nach-eschaltetem Uinlaufräder-etriebe, C C
bekannt,
den Antrieb der Getriebe-,usoraii#,swelle zu-I b C mindest in einem, den Wandler
überbrückenden mechanischen Getriebezu- als auch bei Wandlerbetrieb über das Ring
grad des Umlaufrädergetriebos abzuleiten. Bei Getrieben dieser Art ist jedoch das
Umlaufrädergetriebe bereits ein Teil des Zahnräderwechselgetriebes und iraii!, infolgedessen
nicht zur Drehzahlerhöhung desselben dienen. Es ist weiter nicht mö-lich und auch
nicht beabsichtigt, Jede der einzelnen Stufen des Zahnräderwechselgetriebes sowohl
mechanisch wie auch hydraulisch abzuleiten. Bei einem.bekannten Verbundaetriebe,
welches diese Forderung erfüllt, kann jedoch das dem Zahnräderwechselgetriebe vorgeschaltete
Umlaufrädergetriebe C c
keine Verminderung, der eingeleiteten Drehmomente
)in Zahmäderwechselgetriebe herbeiführen, da bei mechan;scheni Antrieb die Getriebeein-an-swelle
und die Kurbeiwelle der Maschine unmittelbar miteinander verbunden sind. Das beim
Direktantrieb somit frei durchdrehende Umlaufrädergetriebe wirkt über den Umlaufräderträger
und das Ringrad auf den Drehmomentwandler zurück, was eIne unerwünschte Verlustleistun-
verursacht. Das mit dem Turbinenrad in unmittelbarer Antriebsverbindun- stehende
Rino,-rad des Urnlaufrädergetriebes ist als Glocke ausereführt, welche die elektromaolnetische
überbrückun-skupplung für den Direktantrieb umgibt (französische Patentschrift
1133 072).
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Gemäß Cier Erfindung werden diese 1-Jachtelle dadurch vermieden, daß
durch die Kupplung der als Eingangsglied dienende, init dem Turbinenrad des hydrodynamischen
Drehmomentwandlers verbundeiie Umlatifi7äderträger des Umlaufrädergetriebes mit
dem Pumpenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers drelifest -.-erbindbar ist,
und sowohl bei Antrieb über der hydrodynamischen Drehmornentwandler als auch bei
Direktantrieb das Ringracl das mit dei7
Getriebeantriebswelle des
Zahnräderwechselgetriebes verbundene Ausgangsglied des Umlaufrädergetriebes ist.
Durch diese Getriebeauslegung ist es möglich, den die Bedienung erleichternden Drehmomentwandler
zu benutzen und den Wunsch nach einer sportlichen Fahrweise zu erfüllen. Gleichzeitig
wird eine erliebliche Raum- und Gewichtsersparnis für das Getriebeaggregat und darüber
hinaus der Vorteil erzielt, daß ein Zahnräderwechsel-etriebe mit enger Gan,-stufunverwendet
werden kann, ohne daß eine Überlastung der Zahnradsätze zu befürchten wäre. Eine
weitere Raumersparnis wird dadurch erhalten, daß zwischen dem Ringrad des Umlaufrädergetriebes
und dem das Pumpen- und Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers aufnehmenden
Wandlergehäuses sich die die Trennkupplung des Zahnräderwechselgetriebes bildende
Bandbremse des Sonnenrades erstreckt, das drehbar auf einer mit ;dem Turbinenrad
verbundenen Hohlwelle gelagert ist. Das Ringrad des Umlaufrädergetnebes ist vorteilhaft
als Antriebsglocke ausgebildet, welche die, zwischen dem Umlaufrädergetriebe und
der Getriebeantriebswelle des Zahnräderwechsel etriebes anaeordnete, den hydro-9
bl dynamischen Drehmomentwandler überbrückende Kupplung umgibt. Dadurch wird bei
kurzer Bauweise eine günstige mechanische Antriebsverbindung zwischen der Maschine
und dem Zahnräderwechselgetriebe einerseits bzw. dem Drehmomentwandler und Zahnräderwechselgetriebe
andererseits erhalten. Die eine Hälfte der Kupplung ist vorzugsweise mit dem Umlaufräderträger
und die andere Hälfte mit einer koaxial zur Getriebeantriebswelle angeordneten Zwische,nwelle
verbunden, die drehelastisch ausgebildet ist und mit dem Pumpenrad des hydrodynamischen
Drehmomentwandlers in treibender Verbindung steht. Dadurch werden die Drehschwingungen
der Maschine sowohl über den hydraulischen wie auch über den mechanischen Getriebezug
vom Zahnräderwechselgetriebe ferngehalten. Die mit dem Pumpenrad des hydrodynamischen
Drehmomentwandlers in treibender Verbindung stehende Kupplungshälfte besteht aus
einer mit der Zwischenwelle verbundenen Muffe, welche entgegen der Wirkung von Gleichlauf
bewirkenden Mitteln, wie einem federnden und geschlitzten Gleichlaufring mit entsprechenden
Kupplungszähnen eines Kupplungskörpers in Eingriff gelangen, der die mit dem Umlaufräderträger
verbundene Hälfteder Kupplung bildet. An der Muffe greift vorzüglich eine durch
Hilfskraft betätigte Betätigungsstange an, welche die Getriebeantriebswelle durchsetzt
und in der Zwischenwelle gelagert ist.
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Für die Merkmale der Ansprüche 2 bis 6 wird ein Schutz nur
in Verbindung mit dem Anspruch 1 beansprucht.
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In den Zeichnungen ist ein in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutertes Ausführunolsbeispiel des hydrodynamisch-mechanischen Getriebes nach
der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen senkrechten Mittellängsschnitt
durch ein hydrodynamisch-mechanisches Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem hydrodynamisch-mechanischen
Antrieb eines nachgeschalteten Wechselgetriebes sowie der Schaltvorrichtung für
eine überbrückungskupplung und F i g. 2 einen Querschnitt durch das Umlaufrädergetriebe
nach der Linie II-II der F i g. 1 mit der schematisch an-edeuteten Schaltvorrichtung
für die dem Umlaufrädergetriebe zugeordnete Bremse.
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C
Das hydrodynamisch-mechanische Getriebe ist zu einem Getriebeaggregat,
bestehend aus einem hydrodynamischen Drehmomentwandler 1, einem diesem nachgeschalteten
Umlaufrädergetriebe 2, einem mehrstufigen Zahnräderwechselgetriebe 3 und
einem Ausgleichgetriebe 4, zusammengefaßt. Das Ausgleich-Cretriebe 4 ist zwischen
dem Zahnräderwechselere-C Z,
triebe 3 und dem Umlaufrädergetriebe 2
angeordnet. Das gesamte Getriebeaggregat ist in einem mehrteiligen Gehäuse
5 untergebracht, das an der angedeuteten Antriehsmaschine 6 des Fahrzeuges
angeflanscht ist. Mit ;der Kurbelwelle 7 der Antriebsmaschine 6 steht
ein zweiteiliges Pumpenrad 8 des hydrodynamischen Drehmomentwandlers
1 in treibender Verbindung. Dem Pumpenrad 8 ist in Strömungsrichtung
des im Wandlerrau#m umlaufenden Druckmittels ein zweistufiges Leitrad
9 und ein Turbinenrad 10 nachgeschaltet. Das Leitrad 9 ist
über einen Freilauf 11 in Umfangsrichtung ortsfest auf einer am Wandlergehäuse
5' befestigten Nabe 12 abaestützt. Zwischen dem Leitrad 9 und dem
Pumpenrad ID 8 istdie Füllpumpe 13 des hydrodynamischen Drehmomentwandlers
angeordnet, die in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz der genannten Glieder des
Drehmomentwandlers angetrieben wird.
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Mit dem Turbinenrad10 ist eine Hohlwelle14 verbunden, deren freies
Ende mit einem Umlaufräderträger 15 des einstufi 'gen Umlaufrädergetriebes
2 in treibender Verbindung steht. Der Umlaufräderträger 15 ist mit drei Umlaufrädern
16 versehen, die mit einem Sonnenrad 17 und einem Ringrad
18 im Eingriff stehen. Dem Sonnenrad 17, das frei drehbar auf der
Hohlwelle 14 gelagert ist, ist eine Bremstrommel 19 mit einer Bandbremse
20 zugeordnet, die -durch einen Stellmotor 21 (F i g. 2) in Abhängigkeit
eines Schalthebels 22 des Zahnräderwechselgetriebes 3
betätigt wird. Die Bremstrommel
19 erstreckt sich zwischender am Wandlergehäuse 5' befestigten Nabe 12 und
dem Umlaufrädergetriebe 2. Das Ringrad 18
des Umlaufrädergetriebes ist als
Antriebsglocke 23
ausgeführt, die in der Kurbelwellenachse mit der Getriebeantriebswelle
24 des Zalinräderwechselgetriebes 3 drehfest verbunden ist.
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Innerhalb der Antriebsglocke 23 ist eine den hy-
drodynamischen
Drehmomentwandler überbrückende Kupplung 25 untergebracht. Die Kupplung
25 besteht aus einem mit Kupplungszähnen 26 versehenen Kupplungskörper
27 und einer axial verschiebbaren Muge 28, die -mit entsprechenden
Kupplungszähnen 29 versehen ist. Die Kupplungszähne 29 der Muffe
28
können entgegen der Wirkung eines geschlitzten und federnden Gleichlaufringes
30 nach vollzogener Gl,eichlaufarbeit mit den Kupplungszähnen 26 in
Eingriff gebracht werden. Der Kupplungskörper 27 ist drehfest am Umlaufräderträger
15 angebracht, während die Muffe 28 mit einer die Hohlwelle 14 durchsetzenden
Zwischenwelle 31 umläuft. Die Zwischenwelle 31 ist drehelastisch ausgebildet
und an ihrem freien Ende drehfest mit der Nabe 8' des Pumpenrades
8 gekuppelt. An der Muffe 28 ist mit Hilfe eines Querbolzens
32 eine Betätigungsstan ' ge 33 angelenkt, die die Getriebeantriebswelle
24 durchsetzt und über den die Rückwand des Gehäuses des Getriebes 5 abschließenden
Deckel 34 vorsteht. Am freien Ende 33'
,der Betätigungsstange 33 greift
ein am Deckel 34 cl C
,schwenkbar gelagerter Winkelhebel 35 an, der
über ein Gestänge 36 und 37 mit dem Kolben 38 eines Stellmotors
39 in Verbindung steht.
Das Zahnräderweclisel#yetr*#,-Le
.3 auf de;-
Z-Getriebeantriebswelle 24 der Getriebenbtriebswelle J.0 vier
Uldendc Schaltraidsätze L- c '
mit ständig im Eingriff s',olicudelll
Z#iliiir*-;d,-.-paaren 41, 42 bzw. 43,44 bzw. 45,46 bzw. 47,48. Zwischen den -jn#iniit,-n
sind Innerhalb de.3 Deckels34 ist das RUiel#la-afvorgelc#ze,50 de-s Zahnräderwechselcetriebes
angeordnet. Die Getriebeabtriebsvielle 40
steht über ein Antriehsritzel
51 mit einem Tellerrad 52 des Ausgleichgetriebes 4 in treibender Verbindung.
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Zur Schaltung der einzelnen Gan-stuicii mit dem entfernt vom Getriebea,-grc,-,at
angeordneten Schalthebel 22 ist eine dreh- und verschiebbare Schaltstange
53 vorgesehen, welche mit einem Schaltfinger 54 versehen ist. Der Schaltfinger
54 greift in Schaltstangen 55 ein, durch welche unter Vermittlung
von nicht gezeigten Schaltgabeln, die in die Schaltmuffen der Gleichlaufeinrichtungen
49 eingreifen, der Gangwechsel vollzo-en wird. Mit dem Schalthebel 22 wird zugleich
die die Trennkupplung für den Schaltvor-C Pn- bildende Bandbremse 20 -esteuert.
Zu diesem C C
Zweck ist am Schalthebel 22 ein an die Fahrzeugbatterie56 (Fig.2)
angeschlossenerKontaktschalter 57 angebracht, dessen stromführende Leitung
58
mit einem Elektroinotor 59 verbunden ist. Der Elek-
tromotor
59 treibt eine Druckmittelpumpe 60 an, von welcher ans Über eine Leitung
61 das geförderte Druckmittel in den Zylinderrauin 62 des Stellmotors
21 der Bandbrems#e 20 gepreßt wird. In der Leitung 61 ist ein Rückschlagventil
63 eingefügt. Zwischen dem Rückschla ' -ventil 63 und dem Stellmotor
21 ist eine in den Vorratsbehälter64 mündende Rüchflußleitung65 abgezweigt, in weicher
eine einstellbare Abflußdrossel 66 sowie ein elektromagnetisches Sperrventil
67 angeordnet ist. Eine stromführende Leitung 68 des Sperrventils
67 ist an die Leitung 58 des Elektromotors 59 angeschlossen.
Die Leitung 61 ist unter Umgehung des Stellmotors 21 durch eine Überströmleitung
69 mit einem auf einen bestimmten Druck eingestellten Überströmventil
70 überbrückbar.
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Wird das Fahrzeu- bei laufender Antriebsmaschine durch Einlegen des
ersten Ganges (Zahnräderpaar 47, 48 des Zahnräderwechselgetriebes) mittels des Schalthebels
22 in Betrieb genommen, so wird zwangläufig der Kontaktschalter 57 desselben
betätigt, worauf der Elektromotor 59 in Tätigkeit gesetzt wird, so daß die
Druckmittelpumpe 60 Druckmittel in den Zylinderraum 62 des Stellmotors
21 fördert. Dadurch wird der Kolben 71 entgegen der Kraft der Feder
72
mit Bezug auf die Zeichnung der F i g. 2 nach rechts bewegt, so
daß die Bandbremse 20 gelöst wird und das Umlaufräder(Vetriebe frei durchdreht,
mit der Folge, daß der Kraftfluß vom hydrodynarnischen Drehmomentwandler
1 her unterbrochen ist. Durch Weiterdrücken des Schalthebels 22 in der Schaltrichtun-
wird über das Schaltgestänge 53, 54, 55 das Zahnrad
48 mit der Abtriebswelle 40 gekuppelt. Nach dem Loslassen des Schalthebels wird
der Stromkreis des Elektromotors 59 unterbrochen, worauf das Druckmittel
im Stellmotor 21 durch das in der ersten Betriebsphase geschlossene Sperrventil
67 hindurch in den Vorratsbelillter 64 ab-ebaut wird. Die Ansdehnung der
Feder 72 und damit die Anzugsgeschwindigkeit der Bandbremse 20 wird durch
die auf einen weichen Reibein-riff ab-estimmte Abflußdrossel 66
gesteuert.
Ist die Bandbreinse 20 geschlossen und damit das Soi#iieiiri.d 17 des 2 ae-en
das Gebäuse5 abgestützt, so wird durch das Turbine,nrad 10 des hydrodynamischen
Dre'-inioii-ien' i# wandlers mit ciner Drehmomentwandlung, dessen Übersetzung zwischep
2 und 2,4 lie ' at -, der Umlaufr ädei C
z -tr-.i-er15 in Umlauf versetzt
und unter Vermittl#ung der Uml#tufridei-1.0 das Ringrad18 mit einer ins Schnelle
treibenden Übersetzung von etwa 1,4 aiigelr;ebeii. Durch die Antriebsglocke23 des
Rh-i-rades18 wird die Getriebeantriebswelle24 des Zahnräderwechselge#riebe-, mit
einer gegenüber der C #t1 im
Drehzahl des Turbinenrades erhöhten Drehzahl
in Umlauf versetzt. Das Antriebsdrehmoment wird über das Zalinräderpaar47, 48 auf
die Getriebeabtriebswelle40 übertragen, von welcher aus über das Antriebsritzel
51 und das Ausgleichsgetriebe 4 der Antrieb der Fahrzeugräder erfolgt.
Nach Annäherung der Drehiaeschwindigkeit des Turbinenrades 10 an die des
Pumpenrades 8 wird, wenn der Kupplungspunkt erreicht ist, das Leitrad
9 von seinem Freilauf 11 freigegeben, so daß der hydrodynamische Drehmornentwandler
als hydrodynamische Kupplung arbeitet. Beim Schalten auf den nächstfolgenden Gang
wiederholt sich das vom Schalthebel 22 ausgelöste Arbeitsspiel des Stellmotors 21
(F i g. 2 ). Hierbei kann der Fahrer w«-,ihlen, ob dieser Gang
gleichfalls über den hydrodynaniischen Drehmomentwandler 1 oder unter Umgehung
desselben direkt von der Antriebsmaschine abgeleitet werden soll.
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Ist eine überbrückung erwünscht, so wird, durch eine nicht gezeigte
Vorwähleinrichtung gesteuert, beim Schalten vom ersten in den zweiten Ganc bei gelöster
Bandbremse 20 der Stellmotor 39 in Tätig keit -esetzt. Durch das -leichfalls
von der Druckmittelpumpe 60 in den Raum hinter dem Kolben 38
geförderte
Druckmittel wird dieser mit Bezug auf die Zeichnun- der F i 1 nach links
bewegt, worauf über das Kupplungsgesu.inge 33, 35, 36 und
37 -die Muffe 28 gegen den Kupplungskörper 27 zu gedrückt wird. Dadurch
kommen die Kopfflächen der Kupplungszähne 29 der Muffe zunächst mit dem Gleichlaufring
30 in Reibungsschluß, so daß die Drehzahldifferenz zwischen der mit Antriebsniaschinendrehzahl
angetriebenen Muffe 28 und dem mit dem Schlupf des hydrodynarnischen Drehmomentwandlers
umlaufenden Kuppl:ungskörper 27 abgebaut wird. Nachdem Drehzahlgleichheit
erreicht ist, können die Kupplungszähne 29 mit den Kupplungszähnen
26 des Kupplungskörpers 27 in Eingriff gelangen, wodurch der Schaltvorgang
vollzogen ist. Nunmehr erfolgt, nachdem die Bandbremse 20 geschlossen ist, der Kraftfluß
von der Antriebsmaschine 6 aus unter Umgehung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers
über die Zwischenwelle31 den Kupplungskörper27 und die Muffe 28 auf den Umlaufräderträ-er
15 des Umlaufrädergetriebes, von welchem aus mit demselben übersetzungsverhältnis
wie bei hydrodynamischen Dreh!moiii.-ntwandlerbetrieb der weitere Fahrzelug antrieb
über das Rin-rad 18 und die Getriebeantriebswelle 24 abaeleitet wird.
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Die Schaltung des Getriebes ist im Hinblick auf eine wirtschaftliche
Betriebsweise vc,--teilhaft derart ausgelegt, daß der Fahrzeugantrieb Ini niedersten
Gang stets über den hydrodynamischen Drehniornentwandler ab,-eleitet wird, im höchsten
Gang dagegen der Antrieb immer unter Umgehung, des hydrody-C J
namischen Drehmomentwandlers
erfolot. Bei den Z,
dazwischenliegenden Gangstufen ist es in das Ernies-C
,gen
des Fahrers gestellt, welche Betriebsweise den Umständen entsprechend vorzuziehen
ist. Durch diese Getriebeauslegung ist es möglich, miteinern, Aggregat sowohl den
Komfort eines hydrodynamisch-mechanischen Getriebes als auch die Forderungen für
ein sportliches Fahren zu erfüllen.