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Umlaufräderwechselgetriebe für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft
ein Umlaufräderwechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, dessen Eingangselement mit der
Eingangswelle verbunden ist, dessen Ausgangselement an den Ausgang angeschlossen
ist und dessen Reaktionselement in der Rückwärtsdrehrichtung festgehalten und mit
einem Glied einer hydrodynamischen Kupplung gekuppelt ist.
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Bei bekannten Umlaufräderwechselgetrieben dieser Art ist das Hohlrad
des Umlaufräderwechselgetriebes mit dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung
gekuppelt, während das Sonnenrad mit dem Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung
gekuppelt ist. Dabei ist die hydrodynamische Kupplung in der Füllung regelbar. Um
den Start eines Kraftfahrzeuges und einen weichen Geschwindigkeitswechsel zu ermöglichen,
ist dem Getriebe ein hydrodynamischer Drehmomentwandler vorgeschaltet. Ein solches
Getriebe ist schon infolge der Notwendigkeit der Verwendung eines hydrodynamischen
Drehmomentwandlers verhältnismäßig voluminös, so daß es die Verwendung eines verhältnismäßig
großen Fußbodentunnels im Fahrgastraum des Fahrzeuges erfordert. Auch läßt sich
ein solches Getriebe schwerlich über der Hinterachse eines Kraftfahrzeuges anbringen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Umlaufräderwechselgetriebe für
Kraftfahrzeuge zu schaffen, welches auch ohne Drehmomentwandler einen weichen Start
des Fahrzeuges und einen weichen Geschwindigkeitswechsel ermöglicht, wodurch der
Fußbodentunnel in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges so klein wie möglich gehalten
werden kann.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Reaktionselement
des Umlaufräderwechselgetriebes mit dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung
verbunden ist und dieses im ins Langsame übersetzten Gang durch das Reaktionsdrehmoment
in Rückwärtsdrehrichtung beaufschlagt, während das Turbinenrad der hydrodynamischen
Kupplung in Rückwärtsdrehrichtung ortsfest abgestützt ist und durch eine willkürlich
betätigbare Kupplung mit der Eingangswelle verbindbar ist, wodurch beim Einrücken
dieser Kupplung das Pumpenrad im direkten Gang vom Turbinenrad in Vorwärtsdrehrichtung
antreibbar ist.
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Es ergibt sich so ein Umlaufräderwechselgetriebe, mit dem ein einfacher
Wechsel zwischen dem ins Langsame übersetzten Gang und dem direkten Gang möglich
ist, wobei der Wechsel sehr weich erfolgt, da er durch Einschalten einer Kupplung
und die Umkehr des Umlaufes der Flüssigkeit in einer hydrodynamischen Kupplung erreicht
wird, die zuerst als Flüssigkeitsbremse gewirkt hat. Bei einem Umlaufräderwechselgetriebe,
bei dem das Hohlrad mit der Eingangswelle, der Umlaufräderträger mit dem Ausgang
verbunden ist und das in der Rüchwärtsdrehrichtung durch eine überholbremse festgehaltene
Sonnenrad als Reaktionselement dient, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
das Sonnenrad mit dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung verbunden und das
über eine Reibungskupplung mit der Eingangswelle verbindbare Turbinenrad der hydrodynamischen
Kupplung in der Rückwärtsdrehrichtung durch eine Überholbremse am Getriebegehäuse
abgestützt. Hierin liegt eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung.
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In der Zeichnung ist ein in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutertes
Ausführungsbeispiel des Umlaufräderwechselgetriebes nach der Erfindung in einem
Längsschnitt durch eine Hälfte des Umlaufräderwechselgetriebes dargestellt.
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Die Eingangswelle 10 ist über ein Umlaufräderwechselgetriebe 14 mit
der Ausgangswelle 12 verbunden. Das Umlaufräderwechselgetriebe wird durch eine im
Durchmesser verhältnismäßig kleine hydrodynamische Kupplung 16 geschaltet, die in
einer Gangstufe mit einer Überholbremse 18 zusammenarbeitet, um einen ins Langsame
übersetzten Antrieb zu erhalten. In einer anderen Gangstufe ist die hydrodynamische
Kupplung durch eine willkürlich eindrückbare Kupplung 20 mit der Eingangswelle 10
verbunden und bildet einen aufgespaltenen Drehmomentweg zu dem Umlaufräderwechselgetriebe,
wodurch ein kombinierter hydraulischer und mechanischer Direktgang zwischen Eingangs-
und Ausgangswelle erhalten wird.
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Die Eingangswelle 10 wird durch irgendeine Kraftquelle, wie z. B.
die Brennkraftmaschme eines Kraftfahrzeuges angetrieben. An der Eingangswelle 10
ist
ein Schwungrad 22 durch Schrauben befestigt. Das Schwungrad
ist seinerseits durch -einen Torsions-Schwingungsdämpfer 24 mit einem trommelartigen
Teil ?.6 eines Hohlrades 28 verbunden, welches ein E lernent des Umlaufräderwechselgetriebes
14. bildet. Das Umlaufräderwechselgetriebe besteht aus' dem Hohlrad 28, einem Sonnenrad
32 und einem Umlaufräderträger 36, auf dem eine Anzahl am Umfang verteilter Umlaufräder
30 (von denen nur eines dargestellt ist), die mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad
32 im Eingriff stehen, angeordnet sind. Die Umlaufräder 30 sitzen auf Wellen 34,
die ihrerseits ün dem ringförmigen Umlaufräderträer 36 befestigt sind. Der Umlaufrädei-trägcr
36 besitzt eine Nabe 38, die innen auf dem einen Ende der Ausgangswelle 12 mittels
einer Keilverzahnung befestigt ist, wobei der Umlaufräderträger zwischen den Nabenteilen
des Sonnenrades und des Hohlrades mittels Druckscheiben 40 und 42 axial und drehbar
gehalten ist.
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Das Sonnenrad 32 wirkt normalerweise als Reaktionselement, wenn das
Umlaufräderwechselgetriebe so geschaltet ist, daß eine übersetzung ins Langsame
in Vorwärtsfahrtrichtung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle erhalten wird,
um eine anfängliche Drehmomentvervielfachung zu erreichen. Das Sonnenrad 32 ist
mit dem einen Ende einer Hohlwelle 44 durch eine Keilverzahnung verbunden, wobei
die Hohlwelle 44 drehbar auf der Ausgangswelle 12 durch Lager 46 und 48 gelagert
ist. Das andere Ende der Hohlwelle 44 ist mit einer Nabe 50 eines Pumpenrades 52
verbunden, das den einen Teil der hydrodynamischen Kupplung 16 bildet. Das Pumpenrad
52 besitzt einen äußeren halbtoroidalen Ringmantel 54, der auf der Nabe 50 befestigt
ist, sowie eine Anzahl am Umfang verteilter Pumpenschaufeln 56, welche im Querschnitt
etwa schalenförmig ausgebildet sind. Die Pumpenschaufeln stehen einer Anzahl gleichgestalteter
Turbinenschaufeln 58 gegenüber, die in einem äußeren halbtoroidalen Ringmantel 60
eines Turbinenrades 62 befestigt sind. Die hydrodynamische Kupplung wird während
des Betriebes stets gefüllt gehalten. Die Ringmäntel bilden zusammen eine toroidale
Bahn für einen Flüssigkeitsstrom entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigersinnes
zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad in dem einen Gang und im Uhrzeigersinne
während des anderen Ganges, um das Pumpenrad durch das Turbinenrad in einer Weise
anzutreiben, wie es nachstehend beschrieben wird.
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Das Turbinenrad 62 weist eine Nabe 64 auf, die mit einer Hohlwelle
66 verbunden ist. Auf dieser Hohlwelle 66 ist außerdem ein innerer Ring 68 einer
LUberholbremse 18 befestigt. Die überholbremse 18 besitzt einen äußeren Ring 70,
der in einem feststehenden Teil 72 befestigt ist, der seinerseits am Getriebegehäuse
angeordnet ist. Dieser Ring 70 ist von dem inneren Ring 68 durch eine Anzahl am
Umfang verteilter und unter einem Winkel angeordneter Kuppelteile 74 getrennt. Die
überholbremse wird durch eine Verkeilungsbewegung der Kuppelteile zwisc':en dem
inneren und dem äußeren Ring bei einer Drehung des inneren Ringes und des Turbinenrades
62
entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne zum anderen Ring angezogen und bei einer
Relativbewegung des Turbinenrades und des inneren Ringes im Uhrzeigersinne gelöst,
um eine freie Drehung in dieser Drehrichtung zu ermöglichen. Die Hohlwelle 66 kann
durch die Kupplung 20 mit der Eingangswelle 10 verbunden werden; um einen aufgespaltenen
Drehmomentantrieb des Unlaufräderwechselgetriebes zu ermöglichen. Zu diesem--Zweck
weist das vordere Ende 76 der Hohlwelle 66 einegra.dzalen Flarsch ,78 mit'einem
axialen Ansatz SO. auf, zeit dein eine'Anz@l ringförmiger Kupplungsreibseheiben-82
drehfest, aber axial verschiebbar verbunden sind. Zwischen diesen Kupplungsreibscheiben
82 ist eine Anzahl gleicher ringförmiger Kupplungsreibscheiben 84 angeordnet, welche
außen mit einem ringförmigen Teil 86 drehfest, aber axial verschiebbar verbunden
sind. Der Teil 86 ist an einem ringförmigen Flanschtei188 angeschweißt oder in anderer
Weise befestigt, der seinerseits durch Schrauben mit- dem Schwungrad 22 verbunden
ist.
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Die dargestellte Kupplung 20 wird durch Druckflüssigkeit betätigt
und durch axiale Bewegung eines Kolbens 90 eingerückt. Der Kolben sitzt dicht in
den Wänden einer Flüssigkeitskammer 92, die von axialen und radialen Teilen 94 und
96 eines zweiten Ringflansches 98 begrenzt wird, der seinerseits an dem Schwungrad
22 durch Schrauben befestigt ist, sowie durch einen gebördelten axialen Ansatz 100
eines weiteren Flansches 102, der an dem Ringflansch 98 befestigt ist. Die Kupplung
wird durch Federn, die nicht dargestellt sind, gelöst.
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Die inneren Enden des Ringflansches 98 und des Flansches 102 werden
durch Lager 104 axial und drehbar zwischen dem Flansch 78 und der Hohlwelle 66 gehalten,
wie dargestellt, und sind an einer Hohlwelle 106 angeschweißt oder in anderer Weise
befestigt. Die Hohlwelle besitzt einen Abstand von der Hohlwelle 66 und trägt diese
drehbar. Am hinteren Teil ist sie mit dem Rotor 110 einer Druckflüssigkeitspumpe
112 vernutet. Die Druclfiüssigkeitspumpe ist als Gleitpumpe dargestellt, indessen
können auch andere Pumpenarten benutzt werden. Sie liefert Flüssigkeit unter veränderlichem
Druck an eine Steuereinrichtung, welche nicht dargestellt ist, von der aus die Flüssigkeit
der hydrodynamischen Kupplung 16 zum Füllen zugeführt wird, sowie der Flüssigkeitskammer
92, um die Kupplung 20 willkürlich einzurücken. Die Stzuereinrichtung kann z. B.
auf die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Drosselklappenstellung ansprechen, um das
Umlaufräderwechselgetriebe aus einem ins Langsame übersetzten Gang in den direkten
Gang oder umgekehrt zu schalten, und zwar selbsttätig, wenn die Fahrbedingungen
einen solchen Gangwechsel zweckmäßig erscheinen lassen. Eine Lippendichtung 114
verhindert einen Flüssigkeitsverlust der Druckflüssig keitspumpe 112 in das Getriebegehäuse.
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Beim Betrieb wird zunächst die hydrodynamische Kupplung 16 mit Druckflüssigkeit
gefüllt und die Kupplung 20 gelöst. Eine voiwärts gerichtete oder im Uhrzeigersinne
gerichtete Drehung der Eingangswelle 10 in Richtung des Pfeiles 116 treibt das Hohlrad
28 in der gleichen Drehrichtung. Durch seine Verbindung mit der Ausgangswelle 12
veranlaßt der anfängliche Widerstand des Umlaufräderträgers 36 die Umlaufräder 30
zu einer Drehung im Uhrzeigersinne um den feststehenden Umlaufräderträger, wodurch
das Sonnenrad 32 und das Pumpenrad 52 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne oder rückwärts
gedreht werden. Die Drehung des Turbinenrades 62 in dieser Drehrichtung durch das
Pumpenrad wird aber durch die Überholbremse 18 verhindert. Daher v#ji--ki die hydrodynamische
Kupplung hierbei als Flüssigkeitsbremse,
wobei das feststehende
Turbinenrad der Rückwärtsdrehung des Pumpenrades infolge des Verspritzens von Flüssigkeit
durch die entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne gedrehten Pumpenschaufel gegen die
feststehenden Turbinenschaufeln Widerstand leistet. Daher dreht sich das Sonnenrad
langsam rückwärts oder entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne, und die hydrodynamische
Kupplung und die überholbremse bilden die notwendige Drehmomentreaktion, durch die
die Umlaufräder 30 veranlaßt werden, sich um das Sonnenrad zu drehen, um den Umlaufräderträger
36 und die Ausgangswelle 12 in Vorwärtsdrehrichtung oder in Richtung des Uhrzeigersinnes
anzutreiben, und zwar mit einer gegenüber der Eingangswelle 10 verminderten Geschwindigkeit,
wie sie sich aus dem Verhältnis der Zähnezahlen der Elemente des Umlaufräderwechselgetriebes
ergibt. Während die Geschwindigkeit der Ausgangswelle 12 gegenüber der Geschwindigkeit
leicht reduziert ist, mit der sie sich drehen würde, sofern das Sonnenrad 32 vollständig
festgehalten würde, ergibt sich keine Reduzierung im Drehmomentausgang auf die Ausgangswelle.
Daher ergibt das Umlaufräderwechselgetriebe einen sehr weichen anfänglichen Start
des Kraftfahrzeuges infolge des auftretenden Schlupfes in der hydrodynamischen Kupplung
16.
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Soll in den Direktgang aufwärts geschaltet werden, so wird Druckflüssigkeit
in die Flüssigkeitskammer 92 der Kupplung 20 eingeführt, um den Kolben 90 so zu
bewegen, daß er die Kupplungsreibscheiben 82 und 84 aneinander anlegt. Dadurch ist
die Eingangswelle 10 direkt mit der Hohlwelle 66 verbunden und dreht das Turbinenrad
62 vorwärts oder in Uhrzeigerrichtung. Dies ist möglich, da die Überholbremse 18
gelöst ist. Die Drehung des Turbinenrades im Uhrzeigersinne erzeugt daher einen
Wechsel in der Umlaufrichtung der Flüssigkeit in der hydrodynamischen Kupplung 16,
so daß die Drehrichtung des Pumpenrades 52 und der Hohlwelle 44 sowie des Sonnenrades
32 in die Uhrzeigerrichtung oder die Vorwärtsdrehrichtung umgekehrt wird. Dadurch
wird ein aufgespaltenes hydraulisches und mechanisches Drehmoment des Umlaufräderwechselgetriebes
durch die gleichmäßige Drehung des Hohlrades und des Sonnenrades von der Eingangswelle
mit im wesentlichen gleichen Geschwindigkeiten erzeugt. Das Umlaufräderwechselgetriebe
wird gesperrt, und das Drehmoment der Eingangswelle wird direkt auf die !msgangswelle
übertragen, wobei die hydraulischen Verluste in der hydrodynamischen Kupplung vernachlässigt
werden können.
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Daraus ist erkennbar, daß das Überwechseln des Pumpenrades 52 aus
der Rückwärtsdrehrichtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne in die Vorwärtsdrehrichtung
im Uhrzeigersinne einen sehr weichen Übergang zwischen dem ins Langsame übersetzten
Antrieb und dem Direktgang beim Betrieb des Umlaufräderwechselgetriebes ergibt,
wobei die hydrodynamische Kupplung vom Schaltmittel des Reaktionselementes des Umlaufräderwechselgetriebes
zur sperrenden Kupplung des Umlaufräderwechselgetriebes wird.
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Daraus ist außerdem erkennbar, daß die hydrodynamische Kupplung eine
Maschinenbremsung im direkten Gang ermöglicht, um eine Leerlauf- oder Bergbremsung
zu ermöglichen, und zwar infolge der vorwärts gerichteten oder im Uhrzeigersinne
gerichteten Übergeschwindigkeit des Sonnenrades 32 und des Pumpenrades 50 durch
die Ausgangswelle 12 und der Verzögerung des Hohlrades 28 durch den Widerstand des
Turbinenrades gegen die schnellere Drehung durch das Pumpenrad, als sie durch die
Eingangswelle 10 angetrieben wird.
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Durch das Umlaufräderwechselgetriebe nach der Erfindung können zwei
Gänge durch eine hydrodynamische Kupplung geschaltet werden, welche in einem Gang
als Flüssigkeitsbremse wirkt, um eine Reaktion für das Umlaufräderwechselgetriebe
zu bilden und in einem anderen Gang die Drehrichtung weich umgekehrt, um das Umlaufräderwechselgetriebe
für den Direktgang zu sperren. Es ist erkennbar, daß die Teile des Schwungrades
der Antriebsmaschine einen konstanten kleinen Durchmesser besitzen, wodurch ein
Vorsprung in dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges stark verringert wird.