DE19901414A1 - Automatisches Schaltgetriebe mit Synchronisationseinrichtung und Kupplungsersatz über ein oder zwei Planetensätze - Google Patents

Automatisches Schaltgetriebe mit Synchronisationseinrichtung und Kupplungsersatz über ein oder zwei Planetensätze

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Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Schaltgetriebe mit Schaltung vorzugsweise über eine Vorgelegewelle, bei dem ein Planetensatz im Zusammenwirken mit einer Drehmaschine und einer Bremse die Funktion der Reibkupplung (Anfahrkupplung) oder eines Drehmomentwandlers übernimmt, ein synchronisiertes Schalten der Gänge ohne weitere Synchronisierungseinrichtungen ermöglicht und in Verbindung mit einer (Klauen-)Kupplung als Gruppengetriebe wirkt. Werden zwei solcher Planetensätze benutzt, so ist in der unteren Gruppe eine Schaltung der Gänge ohne Drehmomentunterbrechung möglich. Die Drehmaschine kann eine Elektromaschine oder z. B. ein Hydraulikmotor sein. Einsatzmöglichkeiten bestehen vorwiegend in Kraftfahrzeugen.
Stand der Technik
Die Patentanmeldung WO 98/40647 beschreibt eine Getriebeanordnung, bei der eine Elektro­ maschine sowohl als Startermotor für die Brennkraftmaschine, als Generator zur Versorgung des Bordnetzes als auch als Synchronisationsantrieb für das Getriebe dient. Für den Funktions­ ablauf ist mindestens eine Kupplung erforderlich und der Einfluß der Elektromaschine erfolgt direkt auf einer Welle ohne die Möglichkeiten, die ein Planetengetriebe mit drei Wellen bietet.
Die Patentanmeldung US 5 603 242 beschreibt eine Getriebeanordnung, bei der eine oder zwei elektrische oder hydraulische Drehmaschinen eine Synchronisation von Getrieben mit zwei Wellen ermöglicht, hier sind ebenfalls jetzt mindestens zwei Kupplungen erforderlich und es werden nicht die Möglichkeiten genutzt, die ein Planetengetriebe mit drei Wellen besitzt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Getriebe mit den in Anspruch 1 und weiteren Ansprüchen genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß die Möglichkeiten eines Planetengetriebes mit drei Wellen durch die zusätzliche, gesteuerte Einwirkung einer Drehmaschine und einer Bremse auf eine Welle des Planetengetriebes derart ausgenutzt werden, daß die Funktion einer Anfahrkupplung durch die Bremse ersetzt wird und daß die Synchronisation für alle Gänge durch die Dreh­ maschine erfolgt, die diese Welle bei gelöster Bremse auf die erforderliche Drehzahl zur Synchronisation der Zahnräder des entsprechenden Ganges bringt. Dies ist auch bei stehendem oder nur leicht rollendem Fahrzeug möglich, ohne daß ausgekuppelt werden muß.
Beispielhaft sei das Sonnenrad mit der Brennkraftmaschine (eines Kraftfahrzeuges) direkt, also ohne zwischengeschaltete Kupplung (bzw. Drehmomentwandler), verbunden, die Stegwelle treibe das weitere Getriebe an und das Hohlrad bietet die Einflußmöglichkeit über Drehmaschine und Bremse. Die Gänge werden über eine Vorgelegewelle (oder über weitere Planetensätze) geschaltet. Bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeuges kann das Planetengetriebe über eine (Klauen-)­ Kupplung überbrückt werden, dadurch fällt die Untersetzung des Planetengetriebes weg und die Zahl der Gänge wird damit in bekannter Weise verdoppelt.
Bei stehendem (oder auch bei antriebslos rollendem) Fahrzeug und drehender Brennkraftmaschine; und gelöster Bremse am Planetensatz wird das Hohlrad durch die Drehmaschine so in Rotation versetzt, daß die Stegwelle steht (oder bei rollendem Fahrzeug synchronisiert rotiert). In diesem Zustand kann der 1. Gang eingelegt werden durch Verschieben des entsprechenden Zahnrades oder durch Verschieben einer Schaltmuffe. Eine Synchronisationseinrichtung ist nicht erfor­ derlich, da die Drehmaschine die entsprechende Drehzahl des Getriebes einstellt. Dazu ist es erforderlich, daß die Drehzahlsignale vom Motor (ist für den Drehzahlmesser ebenfalls erfor­ derlich) und von der Achse (ist für die Geschwindigkeitsanzeige ebenfalls erforderlich) von einer elektronischen Steuereinheit in ein entsprechendes Ansteuersignal für die Drehmaschine umge­ wandelt wird. Die Synchronisation kann so auch bei rollendem Fahrzeug erfolgen.
Wird nun das Hohlrad gebremst (durch gesteuertes Anziehen der Bremse und/oder durch Schal­ ten der Drehmaschine in den Generatorbetrieb), so kommt je nach Stärke der Bremswirkung das Hohlrad mehr oder weniger schnell zum Stehen und das Fahrzeug setzt sich mehr oder weniger schnell in Bewegung, da sich bei verringerter Hohlraddrehzahl die Stegwelle in Bewegung setzt und damit das Fahrzeug über den eingelegten Gang in Bewegung setzt. Die Bremswirkung kann z. B. durch die Gaspedalstellung über die elektronische Steuereinheit derart gesteuert werden, daß bei geringem Gas sanft und bei stärker gedrücktem Gaspedal entsprechend zügiger angefahren wird.
Die Bremse muß so ausgelegt sein, daß sie alle an der Hohlradwelle auftretenden Momente auf nehmen kann. Diese Bremse kann z. B. eine außerhalb des Getriebegehäuses angebrachte Scheiben- oder Trommelbremse sein, wie sie an den Rädern von Fahrzeugen benutzt wird. Nach Beendigung; des Anfahrvorganges bis zum nächsten Schalten ist die Bremse dann fest angezogen.
Zum Schalten in den nächsten Gang wird die Bremse gelöst und die Brennkraftmaschine gedrosselt. Jetzt kann der 1. Gang über z. B. elektrische oder hydraulische Steuerelemente herausgenommen werden. Nun wird die Drehmaschine so gesteuert, daß der 2. Gang synchronisiert wird und dann wird dieser Gang (über das entsprechende Steuerelement) eingeschaltet. Danach wird die Bremse wieder festgelegt und der 2. Gang übernimmt den Antrieb des Fahrzeuges. Auf diese Art und Weise kann die untere Gruppe von Gängen, z. B. der 1., 2., 3., und der Rückwärtsgang geschaltet werden.
Die zweite Gruppe von Gängen, z. B. der 4., 5., und 6., Gang werden über die Zahnräder der ersten Gruppe folgendermaßen geschaltet. Bei jetzt schneller rollendem Fahrzeug wird zunächst die Bremse gelöst und der 3. Gang wie beschrieben ausgeschaltet. Die Brennkraftmaschine wird gedrosselt und das Hohlrad über die Drehmaschine so in Rotation versetzt, daß der 1. Gang geschaltet werden kann. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird so geregelt, daß die (Klauen-)­ Kupplung für den Planetensatz synchronisiert geschlossen werden kann. (Falls hier eine Reib­ kupplung eingesetzt wird, ist der letzte Synchronisationsschritt nicht erforderlich). Jetzt ist bei überbrücktem Planetensatz und damit fehlender Untersetzung des Planetensatzes der 4. Gang über die Zahnräder des 1. Ganges für den Antrieb des Fahrzeuges zuständig. Entsprechend werden auch der 5. und 6. Gang geschaltet. Da jetzt auch die BreWafimaschine in eine Synchronisations­ drehzahl gebracht werden muß, dauert dieser Vorgang etwas länger. Das ist bei dem jetzt schneller rollendem Fahrzeug aber nicht so wesentlich. Auf jeden Fall wird der Schaltvorgang dadurch beschleunigt, daß bei zwischenzeitlich gelöster Kupplung die Zahnräder über die Drehmaschine und das Hohlrad schon synchronisiert und geschaltet werden können, bevor die Brennkraftmaschine die Synchronisationsdrehzahl erreicht hat. Die Anpassung der Motordrehzahl ist über ein elektrisches Gaspedal oder über die heute üblichen elektronischen Regelungen der Brennkraftmaschine ohne große Kosten möglich.
Auf diese Art und Weise ist z. B. ein automatisches 6-Gang-Getriebe realisierbar, indem z. B. ein einfaches unsynchronisiertes Dreiganggetriebe (mit einem zusätzlichen Rückwärtsgang) mit dem geschilderten Planetensatz mit Drehmaschine, Bremse und Überbrückungskupplung gekoppelt wird. Eine herkömmliche Reibkupplung (oder ein Drehmomentwandler) ist nicht erforderlich, da die Drehmaschine und die Bremse im Zusammenwirken mit dem Planetensatz diese Aufgabe über­ nehmen. Die Drehmaschine kann - wie in WO 98/40647 beschrieben - der kombinierte Startermotor und Generator sein, also ein Bauteil, daß sowieso schon vorhanden ist. Da eine Bremse günstiger herzustellen ist als eine Reibkupplung oder ein Drehmomentwandler, weil der Planetensatz gleich­ zeitig die Zahl der Gänge verdoppelt und da ein sehr einfaches Vorgelegegetriebe verwendet werden kann, ergeben sich Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen automatischen Getrieben. Außerdem entfällt der Drehmomentwandler und die damit verbunden Leistungseinbuße bzw. der damit verbundene Kraftstoffmehrverbrauch.
Die Bremse kann außerhalb des Getriebegehäuses angebracht werden. Damit ist ein Brems­ belagwechsel wesentlich einfacher auszuführen als ein Kupplungsbelagwechsel und damit auch wesentlich kostengünstiger.
Durch die entfallende Kupplung ist es außerdem möglich, daß ein gemeinsamer Ölkreislauf für Motor und Getriebe besteht, da zwischen beiden Funktionseinheiten keine öldichte Abtrennung (für die Trockenkupplung) bestehen muß.
Kombiniert man zwei solcher Getriebeeinheiten, wobei in der einen Getriebeeinheit z. B. der 1., 3., und 5. Gang, in der anderen Getriebeeinheit dann der 2., 4., und 6. Gang untergebracht sind, so kann eine Schaltung der Gänge ohne Drehmomentunterbrechung in der unteren Gruppe erfolgen. Dazu wird im 1. Gang wie beschrieben angefahren. Gleichzeitig wird der 2. Gang in der anderen Getriebeeinheit synchronisiert eingeschaltet und läuft ohne Belastung mit. Wird nun gleichzeitig die Bremse für den 1. Gang gelöst und die für den 2. Gang dosiert angezogen (bei kurzfristiger Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine), so wird ohne Drehmomentunter­ brechung in den 2. Gang geschaltet. Dies kann bei gezielter Vorgehensweise ruckfrei, d. h. ohne Änderung der Beschleunigung geschehen. Außerdem kann jetzt der 3. Gang synchronisiert ein­ geschaltet werden und ohne Belastung mitlaufen, bis wieder durch Bremswechsel umgeschaltet wird usw..
In der zweiten Gruppe, d. h. jetzt in den Gängen 7-12, muß dann aber wieder die Brennkraft­ maschine zur Synchronisation herangezogen werden und die Schaltung kann nicht mehr ohne Drehmomentunterbrechung erfolgen. Dies ist aber bei den dann höheren Geschwindigkeiten auch nicht mehr so wichtig.
Auf diese Art und Weise kann z. B. ein automatisches Zwölfganggetriebe für Nutzfahrzeuge verwirklicht werden. Für sportliche PKWs kann eine Getriebeauslegung so erfolgen, daß die sechs Hauptfahrgänge dann ohne Drehmomentunterbrechung geschaltet werden können. Einige Gänge der oberen Gruppe können dann noch als sehr lang übersetzte Gänge (Overdrive) zur Absenkung der Motordrehzahl bei schneller Konstantfahrt benutzt werden.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Querschnitts- Prinzipzeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines 6-Gang-Getriebes in einer Variante 1
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines 6-Gang-Getriebes in einer Variante 2
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines 12-Gang-Getriebes mit Schaltmöglichkeit ohne Drehmomentunterbrechung in einer Variante 3
Fig. 4a, 4b eine Detail-Prinzipdarstellung der Modifikation eines Planetensatzes mit Bremse und Drehmaschine nach Variante 4a und 4b
Fig. 5a, 5b eine Detail-Prinzipdarstellung der Modifikation eines Planetensatzes mit Bremse und Drehmaschine nach Variante 5a und 5b
Fig. 6 eine Detail-Prinzipdarstellung der Modifikation eines Planetensatzes nach Variante 6
Fig. 7 ein Blockschaltbild der elektronischen Steuereinheit
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Variante 1
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes, bei dem das Antriebsmoment der Brenn­ kraftmaschine direkt über die Welle 1 durch das Getriebe hindurch auf das Sonnenrad 2 geleitet wird Die nicht gezeichneten Räder des Kraftfahrzeuges werden entweder von der Welle 13 angetrieben (dies wäre eine für Heckantrieb günstige Variante) oder von der Welle 14 über das Zahnradpaar 18 (dies wäre eine für Frontantrieb mit quer eingebauter Brennkraftmaschine günstige Variante). Das notwendige Differentialgetriebe würde günstigerweise mit dem unteren Zahnrad 18 gekoppelt, ist aber aus Vereinfachungsgründen nicht eingezeichnet. Wenn die Welle 13 benutzt wird, ist die Welle 14 mit dem Zahnradpaar 18 nicht vorhanden. Wenn die Welle 14 benutzt wird, dann wird die Welle 13 nicht aus dem Gehäuse herausgeführt. Aus Vereinfachungsgründen sind beide Varianten in einer Zeichnung zusammengefaßt.
Das Gehäuse 16 schließt üblicherweise an das Gehäuse der Brennkraftmaschine an. Da keine Ölabdichtung zur Brennkraftmaschine notwendig ist, ist das Gehäuse an dieser Seite nicht kom­ plettiert. Natürlich ist auch eigenes Gehäuse für das Getriebe möglich.
Der Planetensatz wird gebildet aus dem Sonnenrad 2 (verbunden mit der Welle 1), dem Hohlrad 3 (verbunden mit der Welle 52) und den Planetenrädern 4. Die zu den Planetenrädern 4 zugehörige Stegwelle ist die Welle 53, diese ist ebenfalls drehfest verbunden mit dem Zahnradsatz 19 für die Vorwärtsgänge und einem in Längsrichtung verschiebbarem Zahnradpaar 11 für den Rückwärtsgang.
In dem hier gezeigtem Beispiel hat das Hohlrad neben der Innenverzahnung noch eine Außen­ verzahnung 5, mit diese Außenverzahnung kämmt ein Zahnrad der Drehmaschine 7. Durch z. B. Anheben kann die Drehmaschine 7 vom Zahnkranz 5 gelöst werden und ein anders Zahnrad der Drehmaschine 7 kann dann mit der Innenverzahnung des Schwungrades 15 der Brennkraftmaschine kämmen. In diese Stellung kann die Drehmaschine 7, wenn sie als Elektromaschine ausgeführt ist, als Starter für die Brennkraftmaschine dienen. In diese Stellung kann die Elektromaschine bei drehender Brennkraftmaschine als Generator Bit die Versorgung des Bordnetzes dienen. Unter Umständen ist hierzu ein Schaltgetriebe für die Elektromaschine erforderlich, wie in der WO 98/40647 beschrieben.
Auf der Welle 13 sind drei in Längsrichtung verschiebbare Zahnräder 8 angebracht. Wird jeweils eins dieser Zahnräder nach rechts verschoben, so kämmt es mit dem jeweiligen Zahnrad des Zahnradsatzes 19 und der jeweilige Gang ist eingeschaltet. Dieser Vorgang kann natürlich auch mit ständig kämmenden Zahnrädern erreicht werden, wobei dann das jeweils benutzte Zahnrad mit einer Klauenkupplung oder dergleichen mit der Welle 13 drehfest verbunden wird Es können auch Synchronringe eingebaut werden, diese sind aber nicht erforderlich.
Soll nun der 1. Gang eingelegt werden, so wird die Drehmaschine 7 mit dem Zahnkranz 5 gekoppelt und das Hohlrad 3 auf eine solche Drehzahl gebracht, daß die Stegwelle 53 steht oder das sich bei rollendem Fahrzeug die linken Zahnräder der Zahnradsätze 8 und 19 synchron bewegen. Jetzt kann das linke Zahnrad des Satzes 8 durch eine nicht gezeichnete Verstelleinrichtung (z. B. elektrisch oder hydraulisch) nach rechts verschoben werden, so daß diese Zahnräder kämmen. Der 1. Gang ist sozusagen im "ausgekuppeltem" Zustand eingeschaltet. Diese Zustand ist auch vorhanden, wenn die Drehmaschine 7 nicht mehr mit dem Zahnkranz 5 verbunden ist und das Hohlrad 3 frei mitläuft.
Mit dem Hohlrad 3 ist über die Welle 52 die Bremseinrichtung 6 verbunden, bestehend z. B. aus der Bremsscheibe 20 und dem Bremssattel 21 mit nicht gezeichneten Bremsklötzen. Bei dieser Ausführung kann die Welle 52 direkt durch eine (öldichte) Bohrung im Gehäuse 16 nach draußen gefiührt werden. Die außenliegende Bremse hat die Vorteile, daß gebräuchliche Radbremsen benutzt werden können, daß Bremsabrieb nicht in den Ölkreislauf gelangt und daß die Bremse durch die Umgebungsluft gekühlt werden kann.
Die Bremseinrichtung 6 ist nun über das elektronische Steuergerät und z. B. elektrische oder hydraulische Verstellelemente dosiert zu betätigen. Soll nun angefahren werden, so wird entspre­ chend der gewünschten Anfahrbeschleunigung die Bremse dosiert betätigt, die Bremse und damit das Hohlrad 3 kommt mehr oder weniger schnell zum Stehen, damit setzt sich die Stegwelle 53 in Bewegung und das Fahrzeug wird über den 1. Gang angetrieben.
Soll nun in den 2. Gang geschaltet werden, so wird zunächst über das Steuergerät die Antriebs­ leistung gedrosselt und gleichzeitig die Bremseinrichtung 6 gelöst. Jetzt rollt das Fahrzeug antriebslos und der 1. Gang kann herausgenommen werden, indem das linke Zahnrad vom Satz 8 wieder nach links verschoben wird. Danach wird über die Drehmaschine 7 das Hohlrad 3 so gedreht, daß das mittlere Zahnrad vom Satz 8 mit dem mittleren Zahnrad vom Satz 19 synchroni­ siert ist. Nun wird das mittlere Zahnrad vom Satz 8 nach rechts verschoben und der 2. Gang ist eingeschaltet. Entsprechend der mittlerweile erreichten Drehzahl der Brennkraftmaschine wird die Bremseinrichtung 6 mehr oder weniger schnell festgesetzt und der 2. Gang ist bei stehendem Hohlrad eingeschaltet. Jetzt kann die Antriebsleistung wieder erhöht werden und das Fahrzeug wird weiter beschleunigt. Zur Schaltung in den 3. Gang wird sinngemäß verfahren.
Der Rückwärtsgang wird vom Ablauf her wie der 1. Gang betätigt, nur daß nun das linke Zahnrad vom Satz 8 in der Neutralstellung verbleibt und der Zahnradsatz 11 nach rechts verschoben wird.
Bei den drei Vorwärtsgängen und dem Rückwärtsgang wirkt der Planetensatz jeweils als Unter­ setzung, da das Hohlrad festgebremst ist. Diese Gänge sind also die untere Gruppe wie bei bekannten Gruppengetrieben.
Soll nun in den 4. Gang geschaltet werden, so wird zunächst bei gedrosselter Antriebsleistung und gelöster Bremse 6 der 3. Gang herausgenommen. Dann wird das Hohlrad 3 über die Dreh­ maschine 7 so beschleunigt, daß die linken Zahnräder der Sätze 8 und 19 synchronisiert sind. Danach wird das linke Zahnrad vom Satz 8 nach rechts verschoben. Wenn nun auch noch die Drehzahl der gedrosselten Brennkraftmaschine soweit abgesunken ist, daß die Stegwelle 53 und die Welle 1 die gleiche Drehzahl haben, so kann die (Klauen-)Kupplung 9 geschlossen werden und der 4. Gang ist als 1. Gang der oberen oder zweiten Gruppe geschaltet. Jetzt darf die Brems­ einrichtung 6 natürlich nicht betätigt werden, denn der Planetensatz dreht einschließlich Planeten­ räder und Hohlrad wie ein Block.
Zum Betätigen der Gänge 5 und 6 wird im Prinzip genauso verfahren wie beim 4. Gang. Die Synchronisation kann jetzt allein über die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgen. Zur Beschleunigung des Schaltvorganges wird es aber sinnvoll sein, zunächst die Kupplung 9 zu lösen, dann den Gang herauszunehmen, dann das Getriebe über die Drehmaschine 7 für den nächsten Gang zu synchronisieren und diesen einzuschalten und danach bei inzwischen synchro­ nisierter Drehzahl der Brennkraftmaschine die Kupplung 9 zu schließen.
In der zweiten Gruppe kann die Drehmaschine 7 als Generator mitlaufen, indem sie mit dem Zahnkranz 5 gekoppelt bleibt. Das hat den Vorteil, daß zwischen Generator- und Synchronisa­ tionsbetrieb nur elektrisch und nicht mechanisch umgeschaltet werden muß. Wenn das elektro­ nische Steuergerät auch die Drehzahl der Drehmaschine mit erfaßt, dann kann sich die Dreh­ maschine bei mechanischen Schaltvorgängen natürlich auch selbst synchronisieren.
Mit den gezeichneten Abmessungen hat zur Welle 13 hin der 1. Gang eine Untersetzung von etwa 0,22 und der 6. Gang eine Übersetzung von etwa 1,22 mit Sprüngen zwischen den Gängen von etwa 1,44. Der Rückwärtsgang hat eine Untersetzung von etwa -0,19.
Mit jeweils zwei Zahnrädern der Sätze 8 und 19 ist so ein Viergang - Getriebe realisierbar, mit jeweils vier Zahnrädern ein Achtgang-Getriebe usw.
Ein Vorteil dieser Variante 1 besteht dadurch, daß die Bremseinrichtung 6 direkt über die Welle 52 mit dem Hohlrad 3 gekoppelt werden kann. Weitere vorteilhafte Kopplungen der Drehmaschine 7 werden in den Varianten 4 und 5 beschrieben.
Soweit wie möglich werden die Bezeichnungen der Einzelteile in den weiteren Varianten über­ nommen. In den weiteren Varianten werden nicht immer alle Einzelteile gezeichnet und es werden auch nicht immer alle Einzelteile beschrieben.
Variante 2
Die in Fig. 2 skizzierte Variante 2 ist vorwiegend gedacht für Fahrzeuge mit Heckantrieb. Hier wird die Drehung der Vorgelegewelle 22 über das Zahnradpaar 17 auf die Welle 13 übertragen. Die Welle 13 fluchtet mit der Stegwelle 53 des Planetensatzes, die gleichzeitig Welle des Zahnrad­ satzes 19 ist. Diese beiden Wellen fluchten wiederum mit der Welle 1. Das hat den Vorteil, daß der 3. und der 6. Gang direkt über die (Klauen-)Kupplung 10 durchgeschaltet werden. Beim 6. Gang ist auch noch der Planetensatz überbrückt, d h. die Drehung der Brennkraftmaschine wird direkt auf die Welle 13 übertragen. Dies ist von Vorgelegegetrieben her bekannt.
Die Schaltung erfolgt wie bei der Variante 1 beschrieben, nur daß nun beim 3. und 6. Gang statt des entsprechenden Zahnrades die Kupplung 10 betätigt wird.
Nachteilig bei dieser Variante 2 ist, daß die Bremseinrichtung 6 nicht direkt mit der Welle des Hohlrades 3 verbunden werden kann. Zumindest ist dies nicht möglich, wenn die Bremseinrichtung außerhalb des Getriebegehäuses 16 liegen soll. Und das ist vorteilhaft, weil dann die Bremsein­ richtung nicht mit dem Getriebeöl in Verbindung kommt. Deshalb verfugt die Bremseinrichtung 6 jetzt über ein Zahnrad 12, das mit dem Zahnring 5 des Hohlrades 3 kämmt und somit die Drehung des Hohlrades 3 durch eine Bohrung des Gehäuses 16 auf die Bremseinrichtung 6 überträgt.
Die Drehmaschine 7 kann ebenfalls mit dem Zahnring 5 und der Innenverzahnung des Schwung­ rades 15 kämmen. Somit kann sie als Startermotor, als Generator und als Synchronisiereinrichtung wirken. Die Zeichnung ist nur schematisch. Es ist klar, daß Bremseinrichtung 6 und Dreh­ maschine 7 über den Umfang des Hohlrades 3 versetzt angebracht sein müssen, damit sie sich nicht gegenseitig behindern.
Mit den gezeichneten Abmessungen hat der 1. Gang eine Untersetzung von etwa 0,18, der 6. Gang geht mit 1 : 1 direkt durch und die Sprünge zwischen den einzelnen Gängen betragen etwa 1,41. Der Rückwärtsgang hat eine Untersetzung von etwa -0,15.
Variante 3
Die in Fig. 3 skizzierte Variante 3 ist ein Zwölfgang-Getriebe, bei dem die unteren 6 Gänge ohne Drehmomentunterbrechung geschaltet werden können. Bei dieser Variante ist das Gehäuse 16 nicht mitgezeichnet. Es ist aber klar, daß ein Gehäuse vorhanden sein muß.
Der Antrieb erfolgt wieder von der Welle 1, der Abtrieb zu den nicht gezeichneten Rädern von der Welle 13. Hier ist ebenfalls, wie in der Variante 1, eine Welle 14 mit dem Zahnradpaar 18 möglich, wurde aber nicht gezeichnet.
Diese Getriebevariante besitzt zwei Planetensätze, bestehend jeweils aus den Sonnenrädern 2 bzw. 2a, den Hohlrädern 3 bzw. 3a mit den Zahnkränzen 5 bzw. Sa, wobei die Sonnenräder 2 und 2a gemein­ sam direkt mit der Welle 1 verbunden sind.
Ebenfalls doppelt sind die Kupplungen 9 und 9a, die Zahnradsätze 8, 8a, 19, 19a und die Bremsein­ richtungen 6 und 6a. Die Bremseinrichtung 6 wird nur durch die Bremsscheibe 20 angedeutet. Bei der rechten Bremseinrichtung wird durch eine zusätzliche Bremseinrichtung 6b angedeutet, daß zwei oder mehrere Bremssättel gleichmäßig um den Umfang der Bremsscheibe verteilt sein können. Das hat den Vorteil, daß auf die Welle 52a nur Momente und keine Kräfte wirken.
Die einzelnen Gänge werden im Prinzip geschaltet wie in Variante 1 beschrieben. Nur jetzt kommt als zusätzlicher Vorteil hinzu, daß in den unteren 6 Gängen jeweils ein Gang arbeitet (bei dem zuge­ hörigen Planetensatz ist die Bremse angezogen) und daß beim jeweiligen anderen Planetensatz der jeweils zu erwartende Gang schon synchronisiert eingeschaltet wird und bei geöffneter Bremse leer mitläuft. Durch gleichzeitiges Schließen der geöffneten und Öffnen der geschlossenen Bremse wird dann ohne Drehmomentunterbrechung zwischen den Gängen hin und her geschaltet.
In der gezeichneten Ausführung liegt der 1. Gang bei den linken Zahnrädern 8a und 19a, also beim rechten Planetensatz. Bei (synchronisiert) eingelegtem 1. Gang wird also durch Schließen der Bremse 6a (bzw. auch 6b bei zwei Bremssätteln) der Anfahrvorgang eingeleitet.
Die Drehmaschine 7 besitzt in dieser Ausführung zwei Zahnräder 23 und 23a, die über je eine (Klauen-)Kupplung abwechselnd mit der Drehmaschine verbunden werden können. Beim Fahren im 1. Gang wird die Kupplung zum Zahnrad 23a gelöst und die zum Zahnrad 23 geschlossen. Nun wird die Drehmaschine so betätigt, daß über den Zahnring 5 des Hohlrades 3 die linken Zahnräder der Sätze 8 und 19 synchronisieren. Jetzt kann der 2. Gang durch Verschieben des linken Zahn­ rades des Satzes 8 nach rechts eingelegt werden. Der Gang läuft nun leer mit und die Drehmaschine kann nun als Generator betrieben werden, da sich das Hohlrad 3 angetrieben von der Welle 13 dreht.
Durch Anziehen der Bremse 6 und gleichzeitiges Lösen der Bremse 6a (und gegebenenfalls 6b) wird in den 2. Gang geschaltet. Dieses Umschalten kann in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals mehr oder weniger schnell erfolgen. Wird gleichzeitig kurz die Leistung der Brennkraft­ maschine gedrosselt und Energie aus der Rotationsenergie bezogen, so kann der Übergang ruckfrei bei konstanter Beschleunigung erfolgen.
Wird nun die Kupplung von Zahnrad 23 gelöst und die von Zahnrad 23a geschlossen, so kann jetzt der 3. Gang synchronisiert werden. Er wird dann durch Verschiebung des mittleren Zahnrades des Satzes 8a nach rechts eingelegt. Nun kann die Drehmaschine wiederum als Generator laufen, da sich das Hohlrad 3a dreht. Das Umschalten der Gänge erfolgt wiederum durch Lösen bzw. Anziehen der entsprechenden Bremsen.
In der gezeichneten Ausführung ist dieses Schalten ohne Drehmomentunterbrechung bis zum 6. Gang möglich. Bei den Gängen 7 bis 12 müssen jeweils die (Klauen-)Kupplungen 9 oder 9a geschlossen werden. Die dazugehörige Synchronisation erfolgt über die Drehzahl der Brennkraft­ maschine, deshalb ist eine Drehmomentunterbrechung notwendig. Diese Drehmomentunterbrechung macht sich aber in den höheren Gängen mit der dort kleineren Beschleunigung nicht so stark bemerkbar und ist damit tragbar. Werden die Kupplungen 9 und 9a als Reibkupplungen ausgelegt, so ist auch in den Gängen 7 bis 12 eine Schaltung ohne Drehmomentunterbrechung möglich, da die Synchronisation der Gänge über die Drehmaschine 7 erfolgt.
Wird die Drehmaschine 7 angehoben, so kämmt das Zahnrad 23 mit der mnnenverzahnung des Schwungrades 15. Mit den entsprechenden Übersetzungen ist dann sowohl Starter- als auch Generatorbetrieb möglich.
Wie schon beschrieben, kann die Drehmaschine 7 auch über den jeweils nicht benutzten Planeten­ satz als Generator betrieben werden. (in den Gängen 7-12 auch über den benutzten Planetensatz). Bei den nicht benutzten Planetensätzen ist nun eine Drehzahlanpassung an die benötigte Generator­ leistung möglich, indem der jeweilige Gang eingeschaltet wird, der das Hohlrad möglichst nahe an die gewünschte Drehzahl bringt. Das für den Antrieb des Fahrzeuges nicht benötigte Getriebeteil wird dann also als Getriebe mit drei verschiedenen Übersetzungen für den Generator benutzt. Mit den gezeichneten Abmessungen hat der 1. Gang eine Untersetzung von etwa 0,134 und der 12. Gang eine Übersetzung von etwa 1,73 und die Sprünge liegen bei etwa 1,26. Der Rückwärtsgang ist hier nicht auf das Zahnrad vom 1. Gang gelegt sondern auf das Zahnrad vom 2. Gang. Damit wird für den Rückwärtsgang etwa das gleiche Übersetzungsverhältnis erreicht wie für den 1. Gang. Ein solches Getriebe wäre für Nutzfahrzeuge geeignet.
Die Zahnradsätze 8 und 8a bzw. 19 und 19a können mit etwas größeren Sprüngen auch für PKW ausgelegt werden. Dann wären die sechs ohne Drehmomentunterbrechung schaltbaren Gänge für den Hauptfahrbereich ausgelegt. In einer (nicht extra gezeichneten) Auslegung können z. B. für den 1. Gang eine Untersetzung von etwa 0,177 und für den 6. Gang von etwa 0,677 mit Sprüngen von etwa 1,42 erreicht werden. Die oberen drei Gänge wären dann auch noch mit überbrückter Kupplung 9 bzw. 9a nutzbar (dann mit Drehmomentunterbrechung) mit drei weiteren Sprüngen von etwa 1,42 bis hin zu etwa 1,958. Dies wären dann (bei entsprechender Achsübersetzung) sehr lang ausgelegte Gänge, mit denen leistungsstarke Motoren mit sehr niedrigen Drehzahlen betrieben werden könnten.
Das rechte Getriebeteil kann auch nach Variante 2 ausgelegt werden. Die vorteilhaften Kopplungen der Drehmaschine 7 nach den Varianten 4 und 5 können ebenfalls für dieses Getriebeteil (mit der Zusatzbezeichnung a) ausgeführt werden. Eine für das linke Getriebeteil (ohne a) günstige Auslegung wird in der Variante 6 gezeigt.
Varianten 4 und 5
Für die Varianten, bei denen eine direkte Zugriffsmöglichkeit zur Welle 1 besteht, kann die Drehmaschine vorteilhaft auch anders angebracht werden als bisher beschrieben. Dies sind die Varianten, bei denen die Bremseinrichtung 6 (bzw. 6a, b) direkt über die Welle 52 (bzw. 52a) mit dem Hohlrad 3 (bzw. 3a) verbunden ist. Dies sind die Variante 1 und das rechte Getriebeteil von Variante 3, also das Teil mit der Zusatzbezeichnung a. Hier ist es möglich, durch eine Bohrung in der Welle 52 (bzw. 52a) hindurch einen Zugriff zur Welle 1 und zum Hohlrad 3 (bzw. 3a) zu schaffen. Die Bohrung wird mit 54 bezeichnet, durch diese Bohrung wird entweder die Welle 1, die Welle 28 oder die Welle 36 hindurchgeführt. Die Zusatzbezeichnung a (für die Variante 3) wird in den Zeichnungen und in der Beschreibung nicht aufgeführt und ist sinngemäß anzuwenden. Alle Zeichnungen für die Varianten 4 und 5 zeigen einen Teil des Getriebes mit dem Planetensatz, bestehend aus dem Sonnenrad 2, dem Hohlrad 3 und den Planetenrädern 4. Die Stegwelle der Planetenräder ist mit dem Zahnradsatz 19 verbunden. Allen Ausführungen der Varianten 4 und 5 ist gemeinsam, daß die Welle 1 durch das gesamte Getriebe hindurch bis zum Sonnenrad 2 oder noch darüber hinaus geführt wird.
Variante 4a
Bei der in Fig. 4a dargestellten Variante 4a ist die Drehmaschine 7 in der Flucht der Achse 1 angebracht und mit einem Planetensatz 29 ausgestattet. Dieser Planetensatz ermöglicht (von der Drehmaschine aus gesehen) entweder eine Untersetzung (bei festgesetztem Hohlrad) oder den direkten Durchgang (bei überbrücktem Planetensatz). Von diesem Planetensatz 29 wird die Welle 28 angetrieben.
Die Welle 28 greift durch die Bohrung 54 hindurch in das Getriebe hinein und treibt das verschieb bare Zahnrad 24 an. Wird das Zahnrad 24 nach rechts verschoben, so wird die Welle 28 über die Verzahnung 27 mit dem Hohlrad 3 gekoppelt. In dieser Stellung kann die Drehmaschine 7 das Hohlrad 3 zwecks Synchronisierung der Gänge antreiben. Dabei ist über den Planetensatz 29 eine Drehzahlanpassung möglich. In der oberen Gruppe der Gänge, also bei drehendem Hohlrad, ist so außerdem ein Betrieb der Drehmaschine 7 als Generator möglich, ebenfalls mit einer Drehzahl­ anpassung über den Planetensatz 29.
Wird das Zahnrad 24 nach links verschoben (gezeichnete Stellung), so sind verschiedene Möglichkeiten vorhanden. (Der Verschiebemechanismus kann durch eine Schiebemuffe ersetzt werden, die entweder das Zahnrad 24 oder das Hohlrad 3 drehfest mit der Achse 28 verbindet.)
Bei drehender Welle 1 und stehendem Hohlrad 3 ist ein Generatorbetrieb mit hoher Drehzahl möglich, da bei stehendem Hohlrad 3 auch das damit verbundene Hohlrad 26 steht und die mit dem Sonnen­ rad 2 verbundenen Planetenräder 25 das Sonnenrad 24 sehr schnell antreiben. Bei drehender Welle 1 und mitdrehendem Hohlrad 3 (obere Gruppe) ist in dieser Stellung ein langsamer Generatorbetrieb möglich, da durch die Überbrückung des Planetensatzes 2, 3, 4 auch der Planetensatz 24, 25, 26 die Übersetzung 1 erhält. Der Planetensatz 24, 25, 26 wird durch den Planetensatz 2, 3, 4 gesteuert. Eine weitere Drebzahlanpassung kann über den Planetensatz 29 erfolgen.
Bei stehender Welle 1 und nach links verschobenem Zahnrad 24 sind zwei verschiedene Arten des Starterbetriebes möglich. Wenn die Drehmaschine 7 als Startermotor fungiert, dann sollte das Hohlrad des Planetensatzes 29 festgesetzt sein, damit die Drehmaschine 7 ein entsprechend hohes Drehmoment liefert. Ist nun außerdem die Bremse 6 festgesetzt, so steht auch das Hohlrad 26 und über das Sonnen­ rad 24 wird das Sonnenrad 2 und damit die Welle 1 mit hohem Drehmoment angetrieben.
Nun ist aber auch eine zweite Art des Starterbetriebes möglich, die bei automatischer Abschaltung der Brennkraftmaschine bei stehendem Fahrzeug und automatischem Start nach einem Druck auf das Gas­ pedal interessant ist. Bei stehender Brennkraftmaschine in diesem automatischen Betrieb kann dann der 1. Gang (bei der Variante 3 auch der 2. Gang) eingelegt bleiben, bei gelöster Bremse 6 (und 6a) sind diese Gänge ja quasi ausgekuppelt. Wird nun die Welle 13 festgesetzt - dies entspricht der Pack­ sperre und verhindert ein Wegrollen des Fahrzeuges - so steht auch der Zahnradsatz 19 und damit die Stegwelle des Planetensatzes 2, 3, 4. Wird nun über die Drehmaschine 7 das Sonnenrad 24 in Drehung versetzt, so wird über die Planetenräder 4 das Hohlrad 3 und damit auch das Hohlrad 26 in eine langsame Rückwärtsdrehung versetzt. Die Untersetzung des Planetensatzes 24, 25, 26 wird damit noch etwas größer und die Brennkraftmaschine kann gestartet werden. Sofort nach dem Anspringen der Brennkraftmaschine kann nun die Bremse 6 betätigt werden und das Fahrzeug setzt sich in Bewegung, wobei die Drehmaschine 7 kurzfristig als Generator mit hoher Drehzahl mitlaufen kann und somit den soeben entnommenen Strom an die Batterie zurückgeben kann. Dabei muß natürlich auch die Parksperre gelöst werden. Insgesamt ergibt sich ein zügiger Ablauf, da der 1. Gang eingelegt sein kann und sofort nach dem Start der Brennkraftmaschine das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird. Bei der Variante 3 kann außerdem noch ohne Drehmomentunterbrechung und ohne weitere Schalt­ vorgänge in den 2. Gang geschaltet werden. Somit ergibt sich ein günstiger Ablauf z. B. bei Stop and Go-Verkehr.
Variante 4b
Die in Fig. 4b dargestellte Detaillösung der Variante 4b ist etwas einfacher, da keine Planetensätze benötigt werden. Hier wird die Welle 1 über das eigentliche Getriebe hinaus weitergeführt und trägt (beispielhaft) die Zahnräder 30 und 31. Mit der Bremsscheibe (und damit mit dem Hohlrad 3) ist das Zahnrad 32 verbunden, es ist so ausgeführt wie das Zahnrad 31.
Die Drehmaschine fluchtet nun nicht mehr mit der Welle 1, sondern ist so angebracht, daß entweder die Zahnräder 30 und 33 in Eingriff stehen (dies wäre der Starterbetrieb) oder die Zahnräder 34 und 31 (dies wäre der Generatorbetrieb) oder die Zahnräder 34 und 32 (dies wäre der Synchronisations­ betrieb). Diese Zustände werden z. B. durch Verschiebung des Zahnradsatzes 33, 34 auf der Welle 35 erreicht. Die Darstellung ist nur beispielhaft, hier sind auch andere Anordnungen denkbar. Bei den Varianten 4a und 4b kann eine platzsparende Ausführung erreicht werden, indem die Brems­ scheibe 20, das Hohlrad 3 und eventuell auch das Sonnenrad 2 nach links gekröpft sind in den Zahnradsatz 19 hinein. Die Drehmaschine 7 kann dann weiter nach links verschoben werden und nimmt deshalb nicht mehr soviel Platz in Anspruch.
Der Drehmotor 7 muß gelagert werden. Dies ist in Fig. 4a angedeutet durch den Steg 51, der mit dem Gehäuse 16 in Verbindung steht und um die Bremsscheibe 20 herumgeführt wird.
Varianten 5
Innerhalb des Zahnradsatzes 19 ist Platz, der genutzt werden kann, indem das Sonnenrad 2 gekröpft ausgeführt wird und sich an die innere Kontur des Zahnradsatzes 19 anpallt. In den so entstandenen Raum kann die Drehmaschine 7 integriert werden, indem über eine feststehende Welle 36 eine Halterung für die Drehmaschine geschaüen wird. Diese Welle 36 wird durch die Bohrung 54 geführt und kann zugleich innenliegendes Lager für die Welle 52 sein.
Die Welle 36 sollte hohl ausgeführt sein, damit Versorgungsleitungen und mechanische Steuersignale hindurchgeführt werden können.
Bedingt durch eine gekröpfte Ausführung der Bremsscheibe 20 oder ein andersrum gekröpftes Hold­ rad 3 kann die Welle 36 möglichst kurz und damit steif ausgeführt werden. Zusätzlich kann die Welle 36 durch ein Drehlager 41 im Getriebe abgestützt werden. (Die Lager für die Getriebewellen wurden in den schematischen Zeichnungen nicht aufgenommen). Die Welle 36 muß um die Brems­ scheibe 20 herum mit dem Gehäuse 16 verbunden werden. Dies kann, wie in Fig. 4a angedeutet, durch einen Steg 51 um die Bremsschebe 20 herum geschehen.
Die Anordnung mit dem innenliegenden Drehmotor 7 hat außerdem den Vorteil, daß dieser innenlie­ gende Drehmotor ohne weiteres Zutun geräuschgekapselt ist. Außerdem können jetzt die zugehörigen Zahnräder über den Ölkreislauf des Getriebes geschmiert werden.
Variante 5a
Diese Variante ist völlig analog zur Variante 4a zu sehen, nur daß nun auch die Drehmaschine 7 mit dem (nicht gezeichneten) Planetensatz 29 innerhalb des Getriebes liegt. Nun wird die Drehung des Hohlrades 3 mit dem Umfassungsteil 37 in das Getriebe übertragen. Das Teil 37 ist außerdem Hohl­ rad für den Planetensatz, der weiter aus den Planetenrädern 38 und dem Sonnenrad 39 besteht. Über die Schiebemuffe 40 kann die Drehung der Achse 43 der Drehmaschine 7 wahlweise entweder auf das Sonnenrad 39 oder auf das Umfassungsteil 37 geleitet werden.
Mit den geänderten Bezeichnungen für die Einzelteile können jetzt die in Variante 4a beschriebenen Abläufe für die Variante 5a übernommen werden.
Auf den Zahnradsatz 19 werden vom Zahnradsatz 8 Kräfte übertragen. Deshalb kann es sinnvoll sein, den Zahnradsatz 19 zusätzlich über ein Drehlager 42 abzustützen. Dies ist dann ein zusätz­ liches Lager der Stegwelle 53.
Bei gekröpft ausgeführter Bremsscheibe 20 ist es sinnvoll, zwei oder mehrere Bremseinrichtungen 6 gleichmäßig verteilt um den Umfang anzubringen, damit die Lagerbelastungen nicht zu groß werden.
Variante 5b
Diese Variante ist anlog zur Variante 4b zu sehen, nur das die Drehmaschine 7, wieder gelagert mit der festen Welle 36, innerhalb des Getriebes liegt. Hier werden jetzt keine Planetensätze verwendet, sondern die nicht mit der Welle 1 fluchtende Drehmaschine 7 hat auf ihrer Achse die beiden Zahn­ räder 46 und 47. Diese sind entweder verschiebbar oder können über Kupplungen geschaltet werden, so daß entweder die Drehung der Drehmaschine 7 auf das Hohlrad 44 übertragen wird (dies wäre dann der Starterbetrieb oder entsprechend anders übersetzt der Generatorbetrieb) oder auf das Zahn­ rad 45 (dies wäre dann der Synchronisationsbetrieb oder bei drehendem Hohlrad 3 auch der Gene­ ratorbetrieb). Die Ausführung ist nur beispielhaft zu sehen. Es sind auch Kombinationen zwischen a und b möglich, also Planetensätze kombiniert mit einfachen Zahnradübersetzungen.
Bei den Varianten 4 und 5 entfällt der Zahnkranz 5 und die Innenverzahnung des Schwungrades 15. Die zur Drehmaschine 7 zugehörigen Zahnräder in den Varianten 4 und 5 brauchen natürlich nur für das Drehmoment der Drehmaschine ausgelegt sein und nicht für das Drehmoment der Brennkraftmaschine.
In der Variante 3 wird nur eine Drehmaschine 7 für beide Getriebeteile benutzt. Wird das rechte Getriebeteil (mit der Zusatzbezeichnung a) mit einer Drehmaschine nach Variante 4 oder 5 ausge­ rüstet, so muß das linke Getriebeteil (ohne a) mit einer zusätzlichen Drehmaschine ausgerüstet werden. Eine Möglichkeit dazu wird in der nächsten Variante beschrieben.
Variante 6
Die in Fig. 6 skizzierte Detaildarstellung der Variante 6 zeigt im wesentlichen einen Teil des linken Getriebes (ohne a). Hier ist der Planetensatz 2, 3, 4 rechts vom Zahnradsatz 19 angeordnet und das Hohlrad 3 trägt einen Zahnkranz 48 als Alternative zum Zahnkranz 5.
Dieser Zahnkranz 48 erfüllt nun zwei Aufgaben. Einmal kämmt er mit dem Zahnrad 49 der Dreh­ maschine 7a (die Drehmaschine 7a gehört zum Getriebeteil ohne a), zum andern wird über das Zahn­ rad 50 eine Drehmomentübertragung zur Bremseinrichtung 6 hergestellt. Der Zahnkranz 48 (bzw. 5) ist ja erforderlich, wenn die Bremseinrichtung 6 außerhalb des nicht gezeichneten Gehäuses 16 liegen soll. Die Zahnräder 49 und 50 müssen, wenn sie nicht versetzt laufen sollen, natürlich um den Umfang verteilt angebracht sein. Dies ist aber nicht extra gezeichnet. Die Drehmaschine 7a kann platzsparend in der Nähe des Zahnradsatzes 19a untergebracht werden.
Bei der Variante 6 sind also zwei Drehmaschinen (7 und 7a) erforderlich. Da die Variante 6 (wie die zugehörige Variante 3) eine teurere Alternative ist und dies der heute üblichen Ausrüstung mit Startermotor und Lichtmaschine entspricht, ist dies zu akzeptieren.
Außerdem bietet diese Ausführung auch Vorteile. Denn die Drehmaschine 7a kann immer dann als Generator laufen, wenn entweder das Hohlrad 3 sich dreht (obere Gruppe) oder das linke Getriebeteil nicht für den Antrieb des Fahrzeuges gebraucht wird. Durch Schaltung von einem der nicht benutzten Gänge ist dann auch noch eine Drehzahlwahl möglich. Die nicht gezeichnete Drehmaschine 7 nach Variante 4 oder 5 kann immer - außer bei den zugehörigen Gangwechseln - als Generator laufen, auch mit der Anpassung der Drehzahl durch die nicht benutzten Gänge. Somit ergibt sich eine breite Möglichkeit der Anpassung der Generatorleistung an die Gegebenheiten.
Schlußbemerkungen
In Fig. 7 schließlich wird ein grobes Blockschaltbild der notwendigen Meßwerterfassungen und Steuerungsmöglichkeiten vorgestellt. A ist das elektronische Steuergerät, B steht für die Erfassung der Motordrehzahl (für Drehzahlmesser erforderlich), C steht für die Erfassung der Drehzahl der Abtriebswelle 13 bzw. 14 (für Geschwindigkeitsanzeige erforderlich), D steht für die Erfassung der Gaspedalstellung und E steht für die Erfassung der Drehmaschinendrehzahl. F steht für die Steuerung der Synchronisation, d. h. der Drehzahl der Drehmaschine, G steht für die (elektrische, hydraulische oder pneumatische) Steuerung der Gangwechsel, H steht für die Steuerung der Bremskraft und J steht fur die Steuerung der Parksperre. Mit den heute vorhandenen Möglichkeiten stellt dies kein Problem dar und kann in vorhandene Systeme integriert werden.
Die aufgeführten Varianten sind alle so dargestellt, daß das Sonnenrad (2, 2a) von der Brennkraft­ maschine angetrieben wird, die Stegwelle der Planetenräder (4, 4a) zum weiteren Getriebe und zu den Antriebsrädern führt und das Hohlrad (3, 3a) mit der Drehmaschine (7, 7a) und der Bremsein­ richtung (6, 6a) beaufschlagt wird. Hier sind aber grundsätzlich alle Kombinationen möglich. Wenn die Brennkraftmaschine das Hohlrad (3, 3a) antreibt, dann sind (zumindest bei einteiligen Planetenrädern) die Sprünge des Gruppengetriebes kleiner. Dies könnte bei eng abgestimmten Getrieben von Vorteil sein. Wenn die Stegwelle mit der Drehmaschine und der Bremse beaufschlagt wird, dann besteht eine Drehrichtungsumkehr zwischen dem gebremsten und dem durchgekuppelten (Kupplung 9, 9a) Zustand, dies könnte bei Fahrzeugen von Vorteil sein, die nur in abwechselnder Berg- und Talfahrt eingesetzt werden. Wenn die Stegwelle der Planetenräder (4, 4a) von der Brenn­ kraftmaschine angetrieben wird, dann wird der abgebremste Zustand ins Schnelle übersetzt (gegenüber dem durchgekuppelten Zustand Außerdem kann der Planetensatz (2, 3, 4, bzw. 2a, 3a, 4a) auch zwischen dem (nicht gezeichneten) Differentialgetriebe und dem Schaltgetriebe (Zahnräder 8, 8a, 19, 19a) angebracht sein. Es sind also alle Kombinationen möglich.
Der Eingriff der Drehmaschine (7, 7a) auf die zugehörigen Planetensätze (2, 3, 4, 2a, 3a, 4a) besteht nur während der Gangwechsel bzw. im Generatorbetrieb. Der Antrieb des Fahrzeuges erfolgt immer bei entweder festgebremstem Hohlrad (3, 3a) oder bei durchgekuppeltem Planetensatz (Kupplung 9, 9a).
Es ist also nicht vorgesehen, daß der Planetensatz in bekannter Art und Weise dauernd durch einem Nebenantrieb in seiner Drehzahl gesteuert wird. Dieser Zustand wäre vielleicht denkbar, wenn der Rückwärtsgang auch in die zweite Gruppe geschaltet wird und Drehmaschine (im Generatorbetrieb) und leicht angezogene Bremse den Zustand "schleifende Kupplung" simulieren, damit die Geschwindigkeit nicht zu groß wird.

Claims (26)

1. Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine und einem auf die Antriebs­ räder des Kraftfahrzeuges wirkenden Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ausgangswelle (1) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (13 bzw. 14) für die Räder eines Kraftfahrzeuges ohne Reibkupplung oder Drehmomentwandler mindestens ein Planetensatz (2, 2a, 3, 3a, 4, 4a) geschaltet ist und daß auf ein Teil des jeweiligen Planetensatzes eine oder mehrere Bremseinrichtungen (6, 6a, 6b) und ein oder zwei Drehmaschinen (7, 7a) einwirken, die im Zusammenwirken eine synchronisierte Schaltung des weiteren Getriebes und die Funktion einer Anfahrkupplung bewirken.
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (1) der Brennkraftmaschine gleichzeitig Eingangswelle (1) des Getriebes ist und gleichzeitig Welle eines Planetensatzes mit drei Wellen ist und daß eine zweite Welle (53, 53a) des Planetensatzes mit dem weiterführenden Getriebe (8, 8a, 19, 19a) verbunden ist und daß eine dritte Welle (52, 52a) während der Schaltvorgänge im weiterführenden Getriebe durch eine oder zwei Drehmaschinen (7, 7a) in eine Synchronisationsdrehzahl gebracht wird und daß diese Welle nach dem Einschalten des zuvor synchronisierten Ganges durch eine Bremse (6, 6a) auf die Drehzahl Null abgebremst wird oder daß der Planetensatz durch eine Kupplung (9, 9a) überbrückt wird.
3. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das weiterführende Getriebe (8, 8a, 19, 19a) direkt mit der Brennkraftmaschine verbunden ist und daß der Planetensatz (2, 2a, 3, 3a, 4, 4a) zwischen weiterführendem Getriebe und der Antriebswelle (13 bzw. 14) geschaltet ist.
4. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Planetensätze (2, 3, 4) und (2a, 3a, 4a) gemeinsam mit der Ausgangswelle (1) der Brennkraft­ maschine oder gemeinsam mit der Antriebswelle (13 bzw. 14) für die Räder verbunden sind, daß eine oder zwei Drehmaschinen (7, 7a), daß zwei oder mehrere Bremsen (6, 6a, 6b) und zwei Kupp­ lungen (9, 9a) vorhanden sind.
5. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (6, 6a, 6b) und die Drehmaschinen auf die Hohlräder (3, 3a) der Planeten­ sätze einwirken.
6. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (1) der Brennkraftmaschine mit den Sonnenrädern (2, 2a) der Planetensätze ver­ bunden ist und daß die weiterführenden Getriebe (19, 19a) mit den Achsen der Planetenräder (4, 4a), also mit den Stegwellen (53, 53a) verbunden sind.
7. Antriebsaggregat nach Anspruch 5, 6 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussagen dieser Ansprüche auch in der Einzahl gelten.
8. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle 1 durch die Zahnradsätze (19, 19a) und gegebenenfalls durch die Planetensätze (2, 3, 4, 2a, 3a, 4a) hindurchgreift, daß der Planetensatz (2, 3, 4) bzw. (2a, 3a, 4a) auf der vom Motor abge­ wandten Seite des Getriebes angebracht ist und damit die Welle (52 bzw. 52a) des Hohlrades (3 bzw. 3a) direkt durch eine Bohrung des Gehäuses (16) zu einer außerhalb des Gehäuses (16) angebrachten Bremseinrichtung (6, 6a) geführt werden kann.
9. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder zwei außenliegende Bremseinrichtungen (6, 6a) angebaut werden.
10. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb des Getriebegehäuses angebrachten Bremseinrichtungen (6, 6a) wie Scheiben- oder Trommelbremsen an den Rädern von Kraftfahrzeugen ausgeführt sind
11. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausführung der Bremsen als Scheibenbremsen zwei oder mehrere Bremssättel (6a, 6b) gleichmäßig um den Umfang der Bremsscheibe verteilt angebracht werden.
12. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb des Getriebegehäuses (16) angebrachte Bremseinrichtung (6) über Zahnräder (12, 50) mit den zugehörigen Planetensätzen gekoppelt ist.
13. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmaschine (7, 7a) über Zahnräder (z. B. 23, 23a) auf die Hohlräder (3, 3a) einwirkt und daß diese Zahnräder (23, 23a) einzeln mit der Drehmaschine koppelbar sind.
14. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmaschine (7) über eine Welle 28 durch eine Zentralbohrung (54) in der Welle (52 bzw. 52a) in den Planetensatz (2, 3, 4 bzw. 2a, 3a, 4a) hineinwirkt.
15. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) durch eine Zentralbohrung (54) hindurch geführt wird und z. B. über die Zahnräder (30 und 33 bzw. 31 und 34) mit der Drehmaschine (7) gekoppelt wird
16. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Welle (36) durch die Zentralbohrung (54) hindurch in das Getriebe ragt und dort die Drehmaschine (7) trägt.
17. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (36) hohl ausgeführt ist und in diesem Kanal Versorgungsleitungen und mechanische Steuerelemente untergebracht werden können.
18. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmaschine (7) im Inneren des Getriebes zusätzlich zur Welle (36) durch ein Drehlager (41) abgestützt wird.
19. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Hohlrades (3 bzw. 3a) über ein Umfassungsteil (37) um die Drehmaschine (7) herum geführt wird und dort mit der Achse der Drehmaschine (7) gekoppelt werden kann.
20. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Welle (1) fluchtende Achse der Drehmaschine (7) mit einem Sonnenrad (24 bzw. 39) gekoppelt werden kann und daß zu diesem Sonnenrad ein Planetensatz gehört, wobei das Hohlrad (26 bzw. ein Teil von 37) mit dem Hohlrad (3 bzw. 3a) verbunden ist und die Achsen der Planeten­ räder (25 bzw. 38) mit dem Sonnenrad (2 bzw. 2a) und damit mit der Welle (1) verbunden sind.
21. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren oder außerhalb des Getriebes Platz für die Drehmaschine (7) geschaffen wird, indem die zugehörigen Zahnräder bzw. Bremsscheiben gekröpft ausgeführt werden
22. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Getriebe mit zwei Planetensätzen (2, 3, 4 und 2a, 3a, 4a)und zwei weiterführenden Getrieben (8, 19 und 8a, 19a) das jeweils für den Antrieb nicht benutzte weiterführende Getriebe synchronisiert in einen Gang geschaltet wird, der für die zugehörige dann als Generator betriebene Drehmaschine (7) eine für den Betriebspunkt des Generators günstige Drehzahl bereitstellt und dann bei gelöster Bremse (6 bzw. 6a) und gelöster Kupplung (9 bzw. 9a) nur zur Versorgung des Generators mitläuft.
23. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisations- und Schaltvorgänge dadurch unterstützt und beschleunigt werden, daß die Brennkraftmaschine über das Steuergerät A entsprechend in der Drehzahl verändert wird.
24. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmaschine (7, 7a) sich bei ihren eigenen Schaltvorgängen über das Steuergerät A selbst synchronisiert.
25. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder des Rückwärtsganges (11) die Zahnräder des 1. bzw. 2. Ganges der Zahnradsätze (8 bzw. 8a) benutzen.
26. Antriebsaggregat nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegwelle (53 bzw. 53a) zusätzlich durch das Lager 42 abgestützt wird.
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