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Automatisches Getriebe, insbesondere für
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Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein automatisches Getriebe
zur Kraftübertragung und Drehzahlregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Es ist eine Vielzahl von Bauarten von Getrieben und automatischen
Getrieben bekannt, die zum Einbau in Kraftfahrzeugen dienen. Dabei werden Umlaufgetriebe,
Doppel-Umlaufgetriebe und Differential- oder Ausgleichgetriebe verwendet.
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Des weiteren sind hydraulische Kupplungen bekannt, die aus einem
Pumpen- und einem Turbinenrad bestehen, die zusammen einander gegenüber in einem
Gehäuse angeordnet sind. Das Pumpenrad ist dabei mit der Antriebswelle, das Turbinenrad
mit der Abtriebswelle verbunden.
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Die Kupplung ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die Öl oder Wasser
sein kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Getriebe
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welches zur Drehmomentübertragung und
zur Drehzahlregelung vom Anlauf an unter geringsten Reibungsverlusten geeignet ist.
Des weiteren soll das automatisc-he Getriebe stufenlos regelbar sein.
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Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in zwei Flüssig.-eitskupplungen,
die über ein rückkehrendes Umla-getriebe oder Differmtialgetriebe miteinander gekoppelt
sind, wobei beide Pumpenräder der Kupplungen und das Zentralrad des Getriebes fest
mit der Antriebswelle, das erste Turbinenrad mit dem Rückkehrrad des Getriebes
und
das zweite Turbinenrad mit der Abtriebswelle verbunden sind.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann das erste Turbinenrad
einen Innenzahnkranz aufweisen, der das Rückkehrrad des Umlaufgetriebes darstellt,
dessen Planetenräder im Innenzahnkranz laufen, wobei deren Achsen im zweiten Turbinenrad
angeordnet sind.
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In einer weiteren bevorzugten Aus führun vorliegenals Rüc ehrrad
der Erfindung kann das erste Turbinenrad ein Kegelzahnrad aufweisen, auf dem die
Umlaufräder des Differentialgetriebes laufen, deren Drehachsen im zweiten Turbinenrad
angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße automatische Getriebe besitzt den hervorstechenden
Vorteil, daß es die Vorteile einer Flüssigkeitskupplung mit einem Umlauf- oder Differentialgetriebe
zur stufenweisen oder stufenlosen Drehzahlregelung verbindet. Aufgrund der Eigenschaften
einer hydraulischen Kupplung besitzt das erfindungsgemäße automatische Getriebe
gegenüber bekannten, vergleichbaren Getrieben eine gleichmäßigere Drehzahlregelung
und eine bessere Elastizität. Darüber hinaus ist die Bauweise mit vergleichbaren
automatischen Getrieben kleiner. Des weiteren ist die Drehzahlregelung genauer.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in
der Zeichnung dargestellten Ausführurgsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längs schnitt durch ein erfindungsgemäßes
automatisches Getriebe, Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3 eine weitere Ausführung einer verwendeten Flüssigkeitskupplung mit Fliehkraftregelung
und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Beispiel eines
automatischen Getriebes mit Differentialgetriebe und schematischer Darstellung der
Drehzahl steuerung bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
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Gemäß den Figuren 1 und 2 befinden sich innerhalb eines Gehäuses
1 zwei Flüssigkeitskupplungen, die über ein rückkehrendes Umlaufgetriebe miteinander
verbunden sind. Die erste Flüssigkeitskupplung besteht aus einem Drehgehause 2,
welches einstückig mit einem Turbinenrad 3 verbunden ist, das mit dem Drehgehäuse
2 eine Ausgleichskammer 5 einschließt. Innerhalb dieser Ausgleichskammer 5 befindet
sich ein Pumpenrad 4, welches dem Turbinenrad gegenüberliegt und torusförmig ausgebildet
ist.
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Das Pumpenrad, wie auch das Turbinenrad können durch radial angeordnete
Halbschottwände oder Schaufeln 6 unterteilt sein. Die Ausgleichskammer 5 ist mit
einer Flüssigkeit, z.B. einem Hydrauliköl, gefüllt. Das Pumpenrad 4 ist fest mit
einer Antriebswelle 7 geeignet verbunden, was in Fig. 1 mittels eines Stiftes 8
angedeutet ist.
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Des weiteren besitzt das Drehgehäuse auf seiner der Ausgleichkammer
5 gegenüber liegenden Seite einen Innenzahnkranz 10. In diesem Innenzahnkranz 10
laufen Planetenräder 15, 16, 17 (Fig. 2) um ein Zentralrad 14 (Fig. 2) eines rückkehrenden
Umlaufgetriebes oder Doppel-Umlaufgetriebes, wobei der Innenzahnkranz 10 und somit
das Drehgehäuse 2 das Rückkehrrad des Doppel-Umlaufgetriebes darstellt. Das Zentralrad
14 ist fest mit der Antriebswelle verbunden. Drehachsen 18 der Planetenräder 15,
16 und 17 des Doppel-Umlaufgetriebes sind in einem weiteren Drehgehäuse 11 fest
angeordnet, welches zusammen mit einem zweiten Turbinenrad 19 eine zweite, torusförmige
Ausgleichskammer 21 einschließt. Innerhalb dieser Ausgleichskammer 21 befindet sich
ein weiteres, halbtorusförmiges Pumpenrad, entsprechend dem Pumpenrad 4. Das Pumpenrad
12 ist fest mit der Antriebswelle 7 verbunden, was ebenfalls durch einen Stift 13
in Fig. 1 dargestellt ist.
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Das Drehgehäuse 11 , das mit diesem verbundene Turbinenrad 19 und
das Pumpenrad 12 bilden somit eine zweite Flüssigkeitskupplung, wobei die Ausgleichskammer
21 ebenfalls mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt ist.
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Das Turbinenrad 19 und das Pumpenrad 12 können ebenfalls radial angeordnete
Halbschottwände oder Schaufeln 24, 25 aufweisen.
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In dem in Fig, 1 gezeigten Beispiel ist das Turbinenrad 19 der Flüssigkeitskupplung
gegenüber dem Drehgehäuse 11 verschieblich gelagert. Das Drehgehäuse weist dazu
beispielsweise an seinem Umfang in der Stirnfläche Bohrungen 22, 23 auf, in die
Führungsstifte 26, 27 hineinragen, die mit dem Turbinenrad 19 fest verbunden sind.
Das Turbinenrad 19 besitzt des weiteren eine Bohrung 29, in der das Ende der Antriebswelle
7 gelagert ist zur Führung des Turbinenrades 19. Dieses besitzt des weiteren einen
Flansch 28, der in der weitesten Entfernung des Turbinenrades vom Pumpenrad an das
Gehäuse anfährt. Diese Längsbewegung des Turbinenrades ist durch einen Doppelpfeil
in Fig. 1 gekennzeichnet. Am Turbinenrad 19 ist des weiteren eine Abtriebswelle
20 angeordnet, die im Gehäuse geeignet gelagert ist und z.B. zum Antrieb der Räder
dient.
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Des weiteren kann die linksseitig gezeichnete Flüssigkeitskupplung
wie die rechtsseitige ausgeführt sein oder umgekehrt, wenn insbesondere für geringere
Drehzahlbereiche die Anpassung der Drehzahlen mittels feststehender Turbinenräder
mit den Drehgehäusen ausreicht.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Getriebes ist folgende: Zur
Erläuterung sei kurz auf ein rückkehrendes Umlaufgetriebe eingegangen, welches im
Prinzip mit einem Differentialgetriebe vergleichbar ist. Die Achse des Zentralrades
und die Achse des Rücklaufrades liegen als Zentralachsen in einer Flucht. Um das
Zentralrad laufen Planetenräder, die im Rücklaufrad abrollen. Wird nun das Zentralrad
bei feststehendem Rücklaufrad gedreht, so drehen sich die Planetenräder
in
umgekehrter Richtung, jedoch die Achsen derselben drehen sich in Drehrichtung des
Zentralrades, nur entsprechend der Grundübersetzung langsamer. Bei freibeweglichem
Rücklaufrad kann dieses ebenfalls in entgegengesetzter Drehrichtung des Zentralrades
zurücklaufen.
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Dreht sich nun die Antriebswelle 7 im Uhrzeigersinn, so werden von
ihr die Pumpenräder 4 und 12, sowie das Zentralrad 14 des Doppel-Umlaufgetriebes
mitgenommen. Dadurch rotieren die Planetenräder 15, 16, 17 relativ zum Zentralrad
14 im Gegenuhrzeigersinn, jedoch drehen sich die Planetenräder absolut ebenfalls
im Uhrzeigersinn, jedoch nur mit geringerer Drehzahl. Die mit dem Drehgehäuse 11
fest verbundenen Drehachsen 18 der Planetenräder nehmen dabei dieses Drehgehäuse
11 mit, welches wiederum das Turbinenrad 19 mitnimmt. Das Drehgehäuse 2 kann sich
dabei, insbesondere beim Anlaufen, im Gegenuhrzeigersinn drehen mitsamt dem mit
dem Drehgehäuse 2 einstückig verbundenen Turbinenrad 3. Da jedoch die Hydraulik-Flüssigkeit
innerhalb der Ausgleichskammern 5 und 21 aufgrund der Pumpenräder 4 und 12 mit der
hohen Drehzahl der Antriebswelle 7 mitgenommen wird, wird zum einen das Drehgehäuse
11 mitsamt seinem Turbinenrad 19 im Drehsinn der Antriebswelle 7 beschleunigt, zum
anderen wird die Rücklaufbewegung des Drehgehäuses 2 abgebremst und in eine Mitlaufbewegung
umgekehrt. Dadurch werden wiederum die Planetenräder schneller um das Zentralrad
abgewälzt, wodurch die Drehgeschwindigkeit des Drehgehäuses 11 mitsamt dem Turbinenrad
19 und der Abtriebswelle 20 steigt. Mit zunehmender Geschwindigkeit des Drehgehäuses
2 wird die Relativdrehung der Planetenräder immer langsamer, die gesamte Anordnung
strebt der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle zu, bis sich das Drehgehäuse
2 mit gleicher Geschwindigkeit wie die Antriebswelle dreht. In diesem Moment ist
das Doppel-Umlaufgetriebe starr geworden, zwischen dem Zentralrad, den Planetenräder
und dem Rücklaufrad findet. keine Relativbewegung mehr statt. Die Drehachsen der
Planetenräder
drehen sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Antriebswelle,
womit auch die Abtriebswelle sich mit gleicher Geschwindigkeit dreht. Es geht somit
praktisch kein Drehmoment verloren, das Drehmoment wird von den treibenden Pumpenrädern
4, 12 auf die Turbinenräder 3, 19 übertragen, wobei das Drehteil 2 zusätzlich ein
Drehmoment auf die Planetenräder überträgt. Die Reibungsverluste innerhalb der Flüssigkeitskupplungen
sind nur minimal.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drehgehäuses
50 mit einem Turbinenrad 32, wobei Fig. 3 durch das Doppel-Umlaufgetriebe der Fig.
2 und durch die linksseitig in Fig. 1 gezeichnete Flüssigkeitskupplung zu ergänzen
ist.
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Das Drehgehäuse 30 bildet wiederum zusammen mit einem Turbinenrad
32 eine Ausgleichskammer 41, in der sich ein Pumpenrad 31 befindet, welches fest
mit der Antriebswelle 7 verbunde ist und welches entsprechend der Ausführung in
Fig. 1 ausgeführt ist. Das Turbinenrad 32 ist um die Strecke a längsverschieblich
angeordnet, wobei das Turbinenrad 32 ein Sackloch aufweist, in welchem das Ende
der Antriebswelle 7 geeignet gelagert ist zur Führung des Turbinenrades 32.
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Das Turbinenrad 32 weist dafür einen umlaufenden Flansch 40 auf, der
eine ringförmige Schulter des Drehteils 30 umfaßt und mit dieser druckdicht abgedichtet
sein kann, so daß die Ausgleichskammer 41 nach außen druckdicht abgeschlossen ist.
Das Drehteil 30 weist ebenfalls Bohrungen auf, in die Mitnehmerstifte hineinragen,
die mit dem Turbinenrad 32 fest verbunden sind. Das Turbinenrad 32 weist des weiteren
die Abtriebswelle 33 auf.
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Darüber hinaus besitzt das Turbinenrad 32 zwei symmetrisch angeordnete
und ausgebildete Fliehkraft-Regelungssysteme, bestehend aus Je einem Zylinder 38,
in dem ein Kolben 34 mit einer Kolbenstange 35 und einem Gewicht 36 angeordnet sind.
Eine Rückstellfeder drückt in Ruhestellung den Kolben 34 und somit das Gewicht 36
in Richtung zur Abtriebswelle 33. Die Zylinder 38 sind über einen Verbindungskanal
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mit der Ausgleichskammer 41 verbunden.
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Bei Drehung des Turbinenrades wandern die Gewichte 36 elltsprechend
der Drehzahl nach außen, wodurch die Hydraulikflüssigkeit innerhalb der husgleichskammer
41 in die Zylinder 38 strömt. Bei Normaldruck innerhalb der Äusgleichskaiainer entsteht
darin ein Unterdruck, weshalb das Turbinenrad sich auf das rwnpenrad hin bewegt,
der Abstand a wird geringer. Dadurch steigt die Reibung innerhalb der Hydraullkflüssigkeit
an und die Kupplung wird starrer. Der Abstand des Turbinenrades vom Pumpenrad kann
auch zwangsgeftr gesteuert sein. Es kann atich vorgesehen sein, den Druck der Hydraullkflüssigkeit
mit steigender Drehzahl zu erhöhen, um dadurch eine größer werdende Starrheit der
Kupplung zu erreichen. Zur Fliekraftregelung können auch andere, geeignete Systeme
verwendet werden Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines automatischen Getriebes
mit einem Differentialgetriebe, wobei die übrige Ausführung derjenigen gemäß Fig.
1 entspricht und darauf verwiesen wird.
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Das Getriebe besteht aus zwei Flüssigkeitskupplungen 54, 55, die
mittels eines Differentialgetriebes gekoppelt sind, Das Zentralrad 44 des Differentialgetriebes
ist fest mit der Antriebswelle 46 verbunden, das Ausgleichs-oder Rücklaufrad 45
ist mit dem Drehgehäuse 54 der linksseitigen Flüssigkeitskupplung verbunden, die
Umlaufräder 42, 43 sind mit ihren Achsen innerhalb des Drehteiles 55 angeordnet.
Die Pumpenräder 57 sind entsprechend denjenigen in Fig. 1 ausgebildet. Das Turbinenrad
56 besitzt ebenfalls Auffangräume 47-, kombiniert gegebenenfalls mit einer Fliehkraftregelung.
Das Getriebe ist in ein Gehäuse 48 eingebaut, welches nur angedeutet ist. Aus dem
Gehäuse 48 ragt die Abtriebswelle 49 heraus, die über einen Schalthebel 50 längsverschieblich
gelagert ist, wodurch wiederum das Turbinenrad 56 längsverschoben werden-kann, um
eine Änderung
des Übersetzungsverhältnisses herbeizuführen. Der
Schalthebel 50 führt zu einem Servoantrieb 51, der von einer Servosteuerung 52 gesteuert
wird. Eine Leitung 53 dient zum Abnehmen der Motordrehzahl oder der Drehzahl der
Antriebswelle 46. Der Schalthebel 50 kann auch von Hand in einer Stufenschaltung
bedient werden.
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Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen kann die Hydraulikflüssigkeit
der Flüssigkeitskupplungen auch über einen Kreislauf für die Kupplungsflüssigkeit
mit einer Druckpumpe zu- oder abgeführt werden, um so den Flüssigkeitsdruck innerhalb
der Kupplung und dadurch die Drehmomentübertragung zu regulieren.
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Als Umlaufgetriebe kantl auch eLi1 z-ieifach oder mehrfach rücklaufendes
Umlaufgetriebe oder Differentialgetriebe verwende erden.
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L e e r s e i t e