DE2529333A1

DE2529333A1 - Getriebe

Info

Publication number: DE2529333A1
Application number: DE19752529333
Authority: DE
Inventors: Richard L Smirl
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1975-07-01
Publication date: 1976-01-22
Also published as: FR2277281A1; IT1039100B; JPS5842385B2; GB1472832A; FR2277281B1; JPS518457A; US4080848A; AU8208675A; CA1049293A

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs

Dipl. Ing. W. Wehnert

Dipl. Phys. W. Carstens

8 München 2

Mozartstr. 23

Borg-Warner Corporation

200 South Michigan Ave. 30. Juni 1975

Chicago, 111. 6o6o4, USA Anwaltsakte: M-3568

Getriebe

Die Erfindung bezieht sich auf Getriebe für Automobile, insbesondere auf solche Getriebe, die Planetenradsatzkombinationen mit geeigneten Steuerungen umfassen, um eine Vielzahl von Vorwärtsgängen und einen Rückwärtsgang vorzusehen.

Automobile mit kleinen Hochgeschwindigkeitsmotoren sind infolge ihrer niedrigen Kosten sowie ihres wirtschaftlichen Betriebes und der mechanischen Instandhaltung immer populärer geworden. Es ist bereits eine Vielzahl von Anordnungen des Motors und Antriebs vorgeschlagen worden: Motor vorne mit Frontantrieb, Motor in Längsrichtung des Fahrzeuges angeordnet mit Vierradantrieb, Motor vorne mit einer gekröpften Welle, beispielsweise einem de Dion-Antrieb, Motor hinten mit Frontantrieb und Motor hinten mit Hinterradantrieb, Bei diesen Kombinationen ist es wünschenswert, vorzugsweise Reibungsanlaufgetriebe vorzusehen, da anhand von Computeruntersuchungen der Fahrzeugleistung herausgefunden wurde, daß bei Vorhandensein einer ausreichenden Abdeckung mit Übersetzungsverhältnissen zur Erfüllung der Leistungserfordernisse von kleinen Hoch-

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geschwindigkeitsmaschinen die Verwendungsfähigkeit des hydraulischen Drehmomentwandlers auf sehr niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten begrenzt ist, wohingegen seine Verluste bei geringen Größen zu einem Reinverlust an Leistung im Vergleich zu einer Reibungsanlaufkupplung führen, die eine solche kritische Geschwindigkeit aufweist, daß die Schlupfgrenze (traction limit) über den größten Teil des ersten Gangbereiches aufrecht erhalten werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Reibungsanlaufgetriebe vorgeschlagen, das sofort in den verschiedenen beschriebenen Anordnungen von Motor und Antrieb Verwendung finden kann und ein relativ einfaches Räderwerk aufweist, das derart steuerbar ist, daß zusätzlich zu einem Rückwärtsgang eine ausreichende Anzahl von Vorwärtsgängen zur Erzielung einer optimalen Leistung vorgesehen werden kann. Viele Getriebe des Standes der Technik, insbesondere Planetengetriebe, weisen mehrere Eingangskupplungen auf, die zusammen auf einer Seite des Getriebes montiert sind.

Es wurde nunmehr gefunden, daß durch die Begrenzungen hinsichtlich der Abmessungen der Kombination aus mehreren Eingangskupplungen Schwierigkeiten bei der Kühlung der Haupteingangskupplung entstehen. Zusätzlich dazu wird durch eine derartige Anordnung

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der FronMJereich der Hauptkupplung begrenzt. Zur Vermeidung dieser Probleme wird erfindungsgemäß eine Anordnung für Getriebe vorgeschlagen, die ein mittig angeordnetes Abtriebselement aufweist und bei der die Eingangselemente an gegenüberliegenden Enden der Getriebeeinheit angeordnet sind. Bei dieser Anordnung ist die

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Haupteingangskupplung an einem Ende des Getriebes angeordnet, während sich das Abtriebsrad zwischen der Haupteingangskupplung und dem Planetengetriebesatz befindet. Die zweite Eingangskupplung ist an der dem Abtriebsrad gegenüberliegenden Seite des Planetengetriebesatzes angeordnet. Dadurch, daß die Haupteingangskupplung auf diese Weise isoliert wird, wird eine Reihe von Vorteilen realisiert. Im Vergleich zu einer in der US-PS j5,802,294 beschriebenen Einheit kann die Hauptkupplung eine wesentlich grössere Reibfläche aufweisen, so daß eine erhöhte Drehmomentaufnahme gewährleistet ist. Zusätzlich dazu weist die Kupplung in ihrer Umgebung einen größeren offenen Raum auf, der eine bessere Kühlung sowie weniger eingeschränkte Strömungsbahnen ermöglicht.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, die einen teilweise schematisch dargestellten Längsschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Getriebes zeigt.

In der Zeichnung ist das in der Mitte dargestellte verbesserte Getriebe 10 abtreibender Art (output type) insbesondere für Antriebsanordnungen geeignet, die eine mit Kardanwelle kombinierte Hinterachse umfassen.

i en

Das Getriebe 10 umfaßt allgemein ein/Planetengetriebesatz 12, ein. mittig angeordnetes Abtriebsrad 16, hydraulisch betätigte Reibungskupplungen 18 und 20 und drei hydraulisch betätigte Reibungsbrem-.

sen 22, 24 und 26. Das Getriebe 10 schließt des weiteren eine j Eingangswelle J>0, eine Zwischenwelle 32 und eine hohle Zwischen-

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welle J>h ein. Das Abtriebsrad 16 kämmt mit einem Zahnrad 17, das beispielsweise das Ringrad eines Differenzialgetriebes von einem Automobil sein kann.

Die Kupplung 18, die die Haupteingangskupplung für den Getriebesatz 12 ist, umfaßt eine Reibscheibe 36, die über eine Druckplatte 40 in Eingriff mit einem Schwungrad 38 gebracht werden kann. Des weiteren ist ein hydraulischer Servomotor 42 vorgesehen, der in einem Gehäuse 44 montiert ist und einen Zylinder 46 und einen Kolben 48 aufweist. Der Kolben 48 ist mit der Druckplatte 40 verbunden oder kann einstückig mit dieser ausgebildet sein, so daß bei Erhöhung des Hydraulikmitteldruckes im Zylinder 46 der Kolben bewegt wird und dadurch die Druckplatte 40 in Richtung auf das Schwungrad 38 bewegt, so daß eine treibende Verbindung zwischen dem Schwungrad 38 und der Reibscheibe 36 hergestellt wird. Die Reibscheibe 36 ist treibend mit der Zwischenwelle 3^ verbunden. Natürlich ist das Schwungrad 38 treibend mit der Eingangswelle 30 verbunden, die vom Motor des Fahrzeuges angetrieben wird.

Wie oben beschrieben worden ist, ist die Welle 32 auch so angeschlossen, daß sie durch die Eingangswelle 30 angetrieben wird. Darüber hinaus ist sie mit einem Eingangselement 50 der Kupplung 20 verbunden. Die Kupplung 20 ist die Sekundärkupplung für das Getriebe 10 und kann, wenn sie sich im Eingriff befindet, die Welle 32 treibend mit einem Eingangselement des Planetengetriebesatzes 12 verbinden. Die Kupplung 20 ist daher parallel zu der , Kupplung 18 angeordnet und wirkt als zweites Eingangselement für ! den Getriebesatz 12. i

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Die Kupplung 20 weist ein Gehäuse 52 auf, in dem ein Zylinder angeordnet ist. In dem Zylinder 54 ist gleitend ein Kolben 56 montiert. Eine Vielzahl von Kupplungsscheiben 58 ist treibend mit dem Eingangselement 50 verbunden. Das Kupplungsgehäuse 52 weist innere Keile 60 auf, die sich mit Kupplungsscheiben treibend in Eingriff befinden, welche mit den Kupplungsscheiben am Eingangselement 50 miteinander verschachtelt sind. Daher werden, wenn der Kolben 56 durch den von dem Hydraulikmittel ausgeübten Druck bewegt wird, die Kupplungsscheiben 58 und 62 zusammengedrückt, so daß zwischen dem eingangs erwähnten Eingangselement 50 und dem Kupplungsgehäuse 52 eine Triebverbindung hergestellt wird.

Der Planetengetriebesatz 12 ist ein zusammengesetzter Getriebesatz, der zwei einfache Planetenradsätze und zwei Sonnenräder und 72 einschließt, die einstückig mit der Zwischenwelle 34 ausgebildet sind, jedoch auch getrennt davon und mit der Welle 34 treibend verbunden angeordnet sein können. Des weiteren ist ein Trägerelement 74 vorgesehen, auf dem kleine Planetenräder 76 drehbar montiert sind. Das Trägerelement 74 ist mit dem Kupplungsgehäuse 52 verbunden, um durch dieses angetrieben zu werden, wenn die Kupplung 20 betätigt wird. Die kleinen Planetenräder 76 kämmen mit einem Ringrad 78 und mit dem Sonnenrad 72. Darüber hinaus ist ein zweites Planetenradträgerelement 80 vorgesehen, das eine Vielzahl von kleinen Planetenrädern 82 trägt. Die kleinen Planetenräder 82 kämmen mit einem Ringrad 84 und mit dem Sonnenrad Der Planetenradträger 80 ist an einem Abtriebselement 90 angeschlossen und einstückig damit ausgebildet, das die Form einer

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kurzen Hohlwelle aufweist. Obgleich das Ausführungselement 90 einstückig mit dem Träger 8o ausgebildet dargestellt ist, kann es von diesem getrennt angeordnet und mittels Keile und/oder Schweißen an demselben befestigt sein, wie es dem Fachmann bekannt ist. Das Abtriebsrad 16 ist einstückig mit dem Ausgangselement 90 ausgebildet. Durch Anwendung der verschiedenen Kupplungs- und Bremselemente in Verbindung mit dem Planetengetriebesatz 12 wird eine Vielzahl von Vorwärtsgängen sowie ein Rückwärtsgang erzielt, wie später noch beschrieben werden wird.

Das Bremselement 22 umfaßt ein Trommelelement 100, das mit einer aufgeformten Trommel 102 versehen ist. Ein am Gehäuse für das Getriebe befestigtes Reibbremsband 104 kann durch vom Hydraulikmittel ausgeübten Druck zusammengezogen werden, um die Trommel stationär zu halten. Die Bremse 24 weist eine glatte Trommel 110 auf, die einstückig mit dem Ringrad 84 ausgebildet ist, sowie ein Bremsband 112, das am Gehäuse des Getriebes befestigt ist und durch vom Hydraulikmittel ausgeübten Druck zusammengezogen v/erden kann, um das Ringrad 84 stationär zu halten. Das Bremselement 26 umfaßt eine Trommel 120, die auf dem äußeren Teil des Kupplungselementes 52 ausgebildet ist, sowie ein Reibbremsband 122, das am Getriebegehäuse befestigt ist und durch vom Hydraulikmittel ausgeübten Druck zusammengezogen werden kann, um das Kupplungselement 52 stationär zu halten.

Es ist offensichtlich, daß die Sonnenräder 70 und 72 sowie das Trägerelement 74 Eingangselemente für den Planetengetriebesatz 12 umfassen, daß das Ringrad 84 ein Reaktionselement für den Getriebe-

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—Τ—

satz 12 darstellt, daß das Trägerelement 74 und die Sonnenräder 70 und 72 auch als Reaktionselemente für den Getriebesatz 12 fungieren können und daß das Trägerelement 8o das Ausgangs- bzw. Abtriebselement für den Getriebesatz 12 ist.

Das Getriebe 10 ist dem im US-Patent 3,802,294 offenbarten ähnlich und ermöglicht, ähnlich wie das oben erwähnte Patent, vier Vorwärts- und einen Rückwärtsgang. Der erste oder niedrige Gang wird durch Eingriff der Kupplung 18 und der Bremse 24 eingestellt. Die Kupplung 18 verbindet dabei die Eingangswelle 30 mit den Sonnenrädern 70 und 72, und das mittig angeordnet Abtriebsrad 16 wird in Vorwärtsrichtung bei reduziertem Übersetzungsverhältnis gedreht, während das Ringrad 84 durch das Bremsband 112 stationär gehalten wird.

Im zweiten Gang wird die Bremse 24 im Eingriff gehalten, während die Kupplung 18 freigegeben und die Kupplung 20 in Eingriff gebracht wird. Der Planetenradträger 74 wird dann durch die Welle 32 angetrieben und läßt die Sonnenräder 70 und 72 mit einer höheren Geschwindigkeit als die Eingangsgeschwindigkeit rotieren, und der Träger 80 wird in Vorwärtsrichtung mit einer höheren Geschwindigkeit angetrieben als im ersten Gang.

Im dritten oder direkten Gang wird die Bremse 24 freigegeben, die Kupplung 20 im Eingriff gehalten und die Kupplung 18 in Eingriff gebracht. Da sich beide Kupplungen 18 und 20 im Eingriff befinden, werden der Träger 74 und die Sonnenräder 70 und 72 durch die Eingangswelle 30 mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben, so

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daß auf diese Weise der Planetengetriebesatz 12 blockiert wird und das Abtriebsrad 16 in Vorwärtsrichtung in einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 getrieben wird.

Im vierten oder Schongang wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Kupplung 18 freigegeben, die Kupplung 20 im Eingriff gehalten und die Bremse 22 in Eingriff gebracht. Durch die im Eingriff befindliche Bremse 22 werden die Sonnenräder 70 und 72 stationär gehalten. Der Träger 80 wird über den durch die Kupplung 20 zum Träger 74 führenden Antrieb in Vorwärtsrichtung mit einer höheren Geschwindigkeit oder einem Schongang bewegt.

PUr den Rückwärtsgang wird die Bremse 2.6 in Eingriff gebracht, um den Träger 74 stationär zu halten. Darüber hinaus wird die Kupplung 18 in Eingriff gebracht, wodurch das Ringrad 78 und dadurch der Träger 80 sowie das mittig angeordnete Abtriebsrad l6 in der umgekehrten Richtung angetrieben werden.

In der folgenden Tabelle sind die bei einer Ausführungsform des Getriebes 10 erhaltenen Übersetzungsverhältnisse aufgeführt. Bei dieser Ausführungsform weisen die Ringräder 78 und 84 die doppelte Anzahl Zähne auf wie ihre Sonnenräder 70 und 72, so daß vier Vor-

wärtsgänge und ein Rückwärtsgang erhalten werden, wobei der vierte Gang der Schongang ist. Diese Einteilung der Übers et zungsverhält-f

nisse ist besonders geeignet für Fahrzeuge, die ein geringes Leistungsgewicht aufweisen, beispielsweise kleine Automobile mit ! 1 bis 1,35 Liter Maschinen. I

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	Tabelle I	Übersetzungsverhältnis
Gang	Elemente im Eingriff	3.0 : 1
1.	18-24	1.67 : 1
2.	20-24	1.0 : 1
3.	20-18	0.67 : 1
4.	20-22	2.0 : 1
Rückwärts	18-26

Für Fahrzeuge mit größerem Leistungsgewicht können die Übersetzungsverhältnisse durch Auswahl von anderen Zahnkombinationen reduziert werden. Wenn beispielsweise die Sonnenräder 70 und 72 mit 36 und 31 Zähnen und ihre entsprechenden Ringräder 84 und 78 mit 66 und 65 Zähnen versehen sind, werden die folgenden Übersetzungsverhältnisse, die für 1.5 bis 2 Liter Maschinen geeignet sind, erhalten:

	Tabelle II
Gang	Elemente im Eingriff
1.	18-24
2.	20-24
3.	2_-l8
4.	20-22
Rückwärts	18-26

Übersetzungsverhältnis 2.83 : 1

1.59 : 1 1.0 : 1
0.68 : 1 2.10 : 1

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Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß durch die vorliegende Erfindung ein verbessertes Getriebe vom Reibungsanlauftyp zur Verfügung gestellt wird. Natürlich macht das oben beschriebene Getriebe einen Steuermechanismus, vorzugsweise hydraulischer Art, erforderlich, um die verschiedenen Reibelemente des Getriebes in Eingriff zu bringen und wieder zu trennen. Dieser Mechanismus ist jedoch kein Teil der vorliegenden Erfindung. Das oben beschriebene Getriebe für vier Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang stellt eine extrem kompakte Baueinheit dar, in dem in Verbindung mit einem mittig angeordneten Abtriebsrad die Haupteingangskupplung und die sekundäre Eingangskupplung an gegenüberliegenden Enden des Getriebes angeordnet sind. Mit der beschriebenen Anordnung werden viele Vorteile erzielt, beispielsweise die Tatsache, daß die isolierte Haupteingangskupplung 18 leicht zu kühlen ist, da der gesamte Schmierölstrotn durch die Primärkupplung führt. Hinzu kommt, daß der Stirnseitenbereich der Kupplung im Vergleich zu Getrieben, die kombinierte Eingangskupplungen aufweisen, wie beispielsweise in dem oben erwähnten Patent, vergrößert werden kann. Die isolierte Primärkupplung 18 ermöglicht darüber hinaus die Verwendung des Schwungrades ;58 als Reibfläche, wodurch der Kühlvorgang verbessert wird, da das Schwungrad eine relativ große Masse besitzt und als Kühlblock wirkt. Des weiteren besitzt das oben beschriebene Getriebe eine etwas kürzere axiale Länge im Vergleich zu der Baueinheit des oben erwähnten Patentes unter gleichzeitiger Sicherung der vorstehend erwähnten Vorteile.

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Claims

Borg-Warner Corporation

South Michigan Ave. 30. Juni 1975

Chicago, 111. 6o6o4, USA Anwaltsakte: M-3568

Patentansprüche

y Getriebe, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Bestandteile: ein Eingangselement (30), ein Abtriebselement oder Zahnrad (16), ein Planetengetriebesatz (12) mit einem Ausgangselement (90), das mit dem Abtriebselement oder Zahnrad (l6) verbunden ist, und mit mindestens zwei Eingangselementen (70, 72 und 74), eine erste Kupplung (l8), die das Eingangselement (30) mit einem der Eingangselemente (70, 72) verbinden kann, eine zweite Kupplung (20), die das Eingangselement mit dem anderen der Eingangselement (74) verbinden kann, wobei das Abtriebselement oder Zahnrad (16) zwischen der ersten Kupplung (l8) und dem Planetengetriebesatz (12) angeordnet ist und sich die zweite Kupplung (20) in unmittelbarer Nähe des Planetengetriebesatzes an der dem Abtriebselement gegenüberliegenden Seite befindet.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetengetriebesatz (12) mindestens ein Reaktionselement (110) sowie einen Bremsenmeohanismus^ (24)

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für das Reaktionselement aufweist.
3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bremsenmechanismus (22) in wirksamer Zuordnung zu einem der Eingangselemente angeordnet ist.
4. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Eingangselement einen Bremsenmechanismus (22, 24, 26) aufweist, der diesem zugeordnet ist.
5. Getriebe nach Anspruch 2 mit einem Bremsenmechanismus für jedes Eingangselement, dadurch gekennzeichnet, daß durch wahlweisen Eingriff von Kupplungs- oder Bremsenpaaren eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen durch den Planetengetriebesatz erhältlich ist.
6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Planetengetriebesatz (12) aufweist, der ein Paar Sonnenräder (70, 72) besitzt, ein Eingangsträgerelement (74), ein Ausgangsträgerelement (80) und ein Paar Ringradelemente (78, 84), wobei das Ausgangsträgerelement mit einem Abtriebsrad (16) in Verbindung steht, eine erste Kupplung (18) die Eingangswelle mit den Sonnenrädern verbinden kann, eine zweite: Kupplung (20) die Eingangswelle mit dem Eingangsträgerelement

(74) verbinden kann, das Abtriebsrad (16) zwischen der ersten Kupplung (18) und dem Planetengetriebesatz (12) angeordnet ist; die zweite Kupplung in unmittelbarer Nähe des Planetengetriebe^ satzes an der dem Abtri-ebsrad gegenüberliegenden Seite auge- ^;

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ordnet ist, ein Bremsenmechanismus (24) für eines der Reaktionselemente vorgesehen ist, ein Bremsenmeehanismus (26) für das Eingangsträgerelement und ein Bremsenmechanismus (22) für die Sonnenräder vorgesehen ist, so daß durch wahlweisen Eingriff von Kupplungs- und Bremsenpaaren eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen durch den Getriebesatz erhältlich ist.

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