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Gangwechselgetriebe;: Die Erfindung bezieht sich auf ein Gangwechselgetriebe
und stellt eine Verbesserung des Getriebes nach dem Patent ..o.. (Patentanm. G 45
289 xII/47h) dar..
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Das Hauptpatent betrifft ein Gangwechselgetriebe mit zwei wahlweise
durch Servokolben betätigbaren Reibein-
richtungen zum Schalten verschiedener
Gänge, wobei der erste Servokolben in einem Zylinder eine zwischen ihm und einer
Stirnwand des Zylinders liegende erste Kammer begrenzt und der zweite Servokolben
in einen Teil des ersten Servokolbens geführt und eine zwischen den Servokolben
liegende.
zweite Kammer begrenzt und die Druckflüssigkeitszufuhr zur ersten
Kammer das Einrücken der ersten Reibeinrichtung und
die Druckflüssigkeitszufuhr
zur zweiten Kammer das Einrücken der zweiten Reibeinrichtung bewirkt und bei Aufm
rechterhalten des Flüssigkeitsdruckes in der ersten Kammer bei Druckflüssigkeitszufuhr
zur zweiten Kammer das Aus- , rücken der ersten Reibeinrichtung und das fortschreitende
Einrücken der zweiten Reibeinrichtung erfolgt, so dass eine Überlappung eintritt,
in der beide Reibeinrichtungen ein begrenztes Drehmoment zu übertragen fähig
sind.
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Bei einer bekannten Bauart (britisches Patent 966 355) trägt ein Zylinder,
in dem gleitend zwei teleskopartig ineinander greifende Kolben gleiten, Reibscheiben
der beiden Reibeinrichtungen. Bei dem bekannten Getriebe läuft jedoch
der Zylinder mit einer Eingangswelle um und die beiden Reibeinrichtungen
haben getrennte Ausgangswellen, die mit verschiedenen Gliedern eines Planetenräder-satzes
verbunden sind. Die. bekannte Anordnung gestattet daher die wahlweise Verbindung
eines oder beider Elemente des Planetenrädersatzes mit der Eingangswelle.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich dagegen mit der Aufgabe, eine-
besonders weiche Überlappung beim Umschalten zu erreichen, wenn die
erste
Reibeinrichtung ausgerückt und.gleichzeitig die zweite Reibeinrichtung eingerückt
wird.
Dies wird durch die Erfindung in baulich äusserst einfacher
Weise dadurch erreicht, dass
der
Zylinder, der in an sich bekannter Weise
Reibscheiben der ersten und zweiten Reibeinrichtung trägt, mit dem Reaktionsglied
eines Planetenrädersatzes verbunden ist. Da beide Reibeinrichtungen auf das gleiche
Element des Planetenrädersatzes arbeiten, kann die Überlappung
der
Drehmomentübertragungsfähigkeit
während eines Gangwechsels
ein drehmomentfreies Umschalten, das zu einem Durchgehen der Antriebsmaschine führen
könnte, vermieden ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sieh aus den Ansprüchen. In
der Zeichnung ist ein AuefUhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. in der
Zeichnung ist Fig. 1 ein schemitischer Längsschnitt durch eine Ausführungsform
einen Gangwechselgetriebes nach der Erfindung und Fig. 2 ein vergrösserter
Aueschnitt in detaillierter Ausführung aus Fig. 1. Ein hydrodynamischer Drehmomentwandler
1 hat eine Eingangewelle 3, die sein Pumpenrad 5 antreibt. Das Turbinenrad 9 des
hydrodynamischen Drehmomentwandlers ist über eine Nabe 13 mit einer Hauptwelle 11
verbunden. In üblicher Weise ist zwischen dem Turbinenrad 9 und dem Pumpenrad
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ein Zeitrad 15 angeordnet, das über eine Freilaufkupplung 19 mit einem getriebefesten
Teil 17 verbunden ist. In einem Betriebszustand wirkt das Leitrad als Reaktions-glied,
so dass der hydrodynamische Drehmomentwandler Drehmoment verstärkend arbeitet, während
in einem anderen Betriebszustand das Zeitrad in Vorwärtsrichtung frei läuft,
so dass der hydrodynamische Drehmomentwandler als Strömungskupplung mit gutem Wirkungsgrad
arbeitet.
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Die Hauptwelle 11 ist über eine Nabe 12 mit einem Sonnenrad 21 eines
leistungsteilenden einfachen Planetenrädersatzes 23 verbunden, dessen Planetenräder
25 mit dem Sonnenrad und einem Ringrad 27 kämmen, Das Ringrad 27 ist über eine Trommel
31 mit einem ringförmigen Zylinder 29 verbunden, wobei sich die Trommel durch
einen Schlitz im Zylinder erstreckt. Zn dem Zylinder 29 sind zwei
ringförmige Servokolben 35 und 37 angeordnet, wobei der Kolben 35 in dem
Zylinder und der Kolben 37 in dem Kolben 35 gleitet. Wie Fig. 2 zeigt, wird hierdurch
zwischen den beiden Kolben eine Steuerkammer 39 gebildet. Zwischen dem' äusseren
Kolben 35 und der Stirnwand des Zylinders 29 ist eine zweite Steuerkammer
40 für den Kolben 35 gebildet, Der Kolben 35 hat eine Verlängerung 43, die durch
den Schlitz 33 ragt und gegen eine Endscheibe einer Reibungsbremse 45
anfahren
kann, die am Aussenumfang des Zylinders 29 aufgekeilte Reibscheiben enthält, die
mit am Getriebegehäuse 47 festen Reibscheiben zusammenarbeiten.
Der
innere Kolben 37 hat eine Verlängerung 48, die gegen die Endscheibe einer Reibungskupplung
49 bewegbar ist. Die Reibungskupplung 49 liegt koaxial zur Reibungsbremse 45 und
hat Kupplungsscheiben, die auf der Innenseite des Zylinders 29 gehalten sind. Die
Gegenscheiben sind mit einer Nabe 51 verkeilt, die von. der Hauptwelle 11 angetrieben
wird. Wie die Fig. 2 weiterhin zeigt, ist die Steuerkammer 40 hinter dem äusseren
Kolben 35 mit Leitungen 55 und 57 verbunden, Über die Druckflüssigkeit mit Netzdruck
über ein Umschaltventil vom ersten zum zweiten Gang (nicht dargestellt) zugeleitet
wird. An die Kammer 39 sind Leitungen 59 und 60 angeschlossen, denen Flüssigkeit
mit Netzdruck über ein ebenfalls nicht dargestelltes Umschaltventil vom zweiten
zum dritten Gang zugeleitet wird, Zwischen der inneren Stirnfläche des Kolbens 35
und einem mit dem Zylinder 29 verbundenen Federteller 65 ist eine Räckstellfeder
63 angeordnet, die den Kolben 35 ausser Eingriff mit den Bremsscheiben der Bremse
45 drückt. In ähnlicher Weise ist eine Rückstellf®der 67 zwischen dem Kolben 37
und einem Federteller 69 angeordnet, der ebenfalls mit dem Zylinder 29 verbunden
ist. Durch diese Feder 67 wird der Kolben 37 ausser Eingriff mit den Kuplungsscheiben
der Kupplung 49 gedrückt, Eine sich durch den Kolben 37.erstreckende Entlüftung
71 wird von einem Kugelrückschlagventil 73 gesteuert, das unter bestimmten Betriebsbedingungen
eine
Entleerung der Kammer 39 gestattet, um eine unerwünschte
Einrückbewegung
des Kolbens 37 der Kupplung 49 zu unterbinden.
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Der Zylinder 29 ist drehbar über Lager 75 auf einer Welle 77 gelagert,
die ihrerseits über Lager 79 auf der Hauptwelle 11 gelagert ist. Ein Kanal 80 dient
der Zuführung von Schmiermittel zum Getriebe.
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Der einfache Planetenrädersatz 23 hat einen Planetenräderträger 81,
der über eine kurze Welle 83 mit einem Steuersonnenrad 85 eines Verbundplanetenrädergetriebes
87 verbunden ist. Das Steuersonnenrad 85 hat einen verhältnismässig grossen Durchmesser.
Das Yerbundplanetenrädergetriebe 87 ist ein leistungsvereinigendes Differentialgetriebe,
das Yorwärts-und Rückwärtsantrieb ermöglicht, wobei verschiedene Vorwärtsantriebe
möglich sind, Das Verbundplanetenrädergetriebe 87 hat ein Eingangssonnenrad 89 kleineren
Durchmessers, das von der Hauptwelle 11 angetrieben wird. Kurze Planetenräder 91
kämmen mit dem Eingangesonnenrad 89 und mit langen Planetenrädern 93, die ihrerseits
mit einem Ringrad 95 und dem Steuersonnenrad 85 kämmen. Das Ringrad 95 weist eine
Nabe auf, die Reibplatten trägt, welche mit am Getriebegehäuse'47 festgelegten Reibscheiben
zusammenarbeiten. Die beiden Reibscheibensätze stellen eine Schaltbtemse 97 dar,
die von einem Servokolben 98 betätigt wird. Der Planetenräderträger 81, der einen
Teil der Verbindung
zwischen dem ersten einfachen Planetenrädersatz
23 zu dem Verbundplanetenrädergetriebe 87 darstellt,-ist mit einer ringförmigen
Trommel 99 verbunden, die aussen eine Reibfläche 101 hat, die mit einem Bremsband
103 zusammenarbeitet. Das Anlegen dieser Bremse erfolgt durch einen nicht dargestellten
Servomotor. und verzögert dann die Drehung des Steuersonnenrades 85. Die Planetenräder
des Verbundplanetenrädergetriebes 87 sind drehbar in einem Planetenräderträger 104
gelagert, der mit einer Ausgangswelle 105 verbunden ist, die beispielsweise
über ein Differentialgetriebe die Räder eines Fahrzeugs antreibt.
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Arbeitsweise Für den niedrigen Antriebsbereich wird die Bandbremse
103 angelegt, wozu ein handbetätigten Steuerventil betätigt wird, das dem zugeordneten
Servomotor Druckflüaeigkeit zuleitet. Hierdurch wird: das Drehen
der Trommel
99 und damit des Steuereonnenrades 85 des Verbundplanetenrädergetriebee 87 verhindert.
Das Steuer-
sonnenrad 85 wirkt als Reaktionsglied des Getriebes und
bei von dem Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmoment-
wandlern angetriebenen
Eingangasonnenrad 89 werden der Planetenräderträger 104-und die Ausgangswelle 105
mit stark verringerter Drehzahl und grosser Drehmomentverstärkung angetrieben. Zu
dieser Zeit wird der Zylinder 29
und die darin enthaltenen Kolben
rückwärts durch das Ringrad 27 des leistungsteilenden einfachen Planetenrädersatzes
23 angetrieben.
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Für den zweiten Antriebsbereich wird durch die selbsttätige Wirkung
des Umschaltventils vom ersten zum zweiten Gang Netzdruck in die Steuerkammer 40
b.nter den Kolben 35 geleitet. Ferner leite t. dieses Umschaltventil Netzdruck auf
die Entlastungsseite des Servomotors für die Bandbremse 103. Wenn sich die Steuerkammer
40 füllt und die Kraft des Zeitungsdruckes in dieser Kammer die entgegnstehende
Kraft der Rückstellfeder 63 überwindet, bewegt sich der Kolben 35 vorwärts und nimmt
das Spiel des Bremsscheibenpakets der Bremse 45 auf. Hierbei hat diese noch keine
DrehmomentUbertragungsfähigkeit. Zu dieser Zeit ist jedoch die Bandbremse 103 noch
angelegt und hält das Steuersonnanrad 85 wie im niedrigen Antriebsbereich fest.
Mit weiter ansteigendem Druck in der Steuerkammer 40 wird das Reibscheibenpaket
der Bremse 45 zusammengedrückt, so das$ die Bremse 45 Drehmoment übertragen kann,
wenn die Bandbremse 103 beim Lüften kein Drehmoment übertragen kann. SehlieseDi.ch
wird ein Zustand erreicht, in dem die Bandbremse 103
kein Drehmoment mehr
überträgt und das volle Drehmoment von der Bremse 45 übertragen wird. Damit ist
ein weiteres Drehen des Lenkrades 27 verhindert, so dass dieses zum
Reaktionsglied
wird. Auch der Zylinder 29 ist zu dieser Zeit am Drehen gehindert, Bei festgehaltenem
Ringrad 27 und angetriebenem Sonnenrad 21 des einfachen Planetenrädersatzes 23 treibt
dessen Planetenräderträger SZ das_Steuersonnenrad 85 des Verbundplanetenrädergetriebes
87 mit verringerter Drehzahl an. Dadas andere Sonnenrad 89 des Verbundplanetenrädergetriebes
87 über die Hauptwelle 1l mit der Drehzahl des Turbinenrades des hydrodynamischen
Drehmomentwandlers angetrieben wird, werden der Planetenräderträger 104 und die
Ausgangswelle 105 mit einer höheren Drehzahl als im niedrigen Antriebsbereich angetrieben,
wobei eine geringere Drehmoment.. verstärkung erfolgt.
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Für den hohen Antriebsbereich wird der Kammer 39 Drucköl durch das
automatische Arbeiten des Umschaltventils vom zweiten zum dritten Gang zugeleitet.
Beim Füllen der Kammer 39 erhöht sich der Druck auf den Kolben r 37 und auf die
im wesentlichen gleiche Rückseite des Kolbens 35. Wird die auf den Kolben 37 ausgeübte
Kraft der Gegenkraft der Rückstellfeder 67 gleich, so bewegt sich der Kolben 37,
um das Spiel in-den Kupplungsseheibenpaket der Kupplung.49 aufzunehmen, wobei der
Druck in der Kammer 39 konstant bleibt. Infolge der Speicherwirkung der Kammer
39 auf Grund der Bewegung des Kolbens 37 ist der Druck in der Kammer 39 niedrig
und die Kupplung 49 kann zu dieser Zeit kein Drehmoment übertragen. Da
jedoch
in der Kammer 40 immer noch Druck herrscht, ist die Bremse 45 in der Zage, Drehmoment
zu übertragen, so dass das Ringrad 27 nach wie vor als Reaktionsglied festgehalten
wird. Beendet der Kolben 37 seinen Weg, so steigt der Druck in der Kammer 39 schnell
an und die erhöhte Kraft auf die Rückseite des Kolbens 35 unterstützt durch die
Kraft der Rückatellfeder 63 erreicht die von dem Netzdruck auf der anderen Seite
des Kolbens 35 ausgeübte Kraft. Während dieser Übergangszeit des Druckanstieges
kann sowohl die Bremse 45 als auch die Kupplung 49 ein begrenztes Drehmoment übertragen.
Die Bremse 45 verliert die Fähigkeit, Drehmoment zu übertragen, während bei der
Kupplung 49 die Drehmomentübertragungamöglichkeit ansteigt, obwohl die Kupplung
noch schlüpft. Bind die beiden entgegengesetzt auf den Kolben 35 wirkenden Kräfte
gleich, so kann die Bremse 45 kein Drehmoment mehr übertragen und eine kleine Druckzunahme
veranlasst die Bewegung des Kolbens 35 in die Ausschaltstellung, so dass sich eine
Speicherwirkung infolge der Vergrösserung des Volumens der Kammer 39 ergibt. Hierdurch
wird der Druckanstieg in der Kammer 39 verringert und gewährleistet ein sanftes
Einrücken der Kupplung 49 unter Beseitigung des Schlupfes. Kommt der Kolben 35 zum
Stillstand, so beendet der Kolben 37 das Einrücken der Kuplung 49, wobei sich der
Druck in der Kammer 39 schnell auf den vollen Netzdruck erhöht.
Kommt
der Kolben 35 zum Stillstand, so sind das Sonnenrad 21 und das Ringrad 27 des Planetenrädersatzes
23 auf direkten Antrieb mit der Übersetztng 1:l gekuppelt. Der Planetenräderträger
81 triibt dann das Steuersonnenrad 85 des Verbundplanetenrädergetriebes mit im wesentlichen
gleicher Drehzahl an, wie die Hauptwelle 11 das Eingangssonnenrad 89. Damit ist
das Verbundplanetenrädergetriebe 87 für den Betrieb im hohen Antriebsbereich blockiert.
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Die beschriebenen Schalteinrichtungen ergeben somit weiche überlappende
Umschaltvorgänge., durch die gesteuerte Überlappung der DrehmomentUbertragungsfähigkeit.
Beim Gangwechsel 2:3 wird diese Steuerung wesentlich durch die gemeinsame Steuerkammer
39 verbessert, die das allmähliche Ausrücken der einen Reibeinrichtung unter
gleichzeitigem allmählichen Einrücken der anderen Reibeinrichtung ermöglicht. Ferner
ist das Wechselgetriebe durch eine begrenzte Anzahl von Kupplungen und Bremsen schaltbar
und für die Schaltungen im zweiten und dritten Antriebebereich sind nur zwei
Stexerkammern erforderlich.