DE2747336A1

DE2747336A1 - Mehrstufiges selbsttaetiges planetengetriebe

Info

Publication number: DE2747336A1
Application number: DE19772747336
Authority: DE
Inventors: Jiri Dipl Ing Bednar
Original assignee: POVAZSKE STROJARNE NP
Current assignee: POVAZSKE STROJARNE NP
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1978-05-03
Also published as: BE860013A; US4368651A; NL7711589A; JPS5744098B2; SE437076B; FR2368652B1; FR2368652A1; IT1086925B; ES463428A1; SE7711604L; ATA754177A; JPS5374666A; DE2747336C2; CS204052B1

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges selbsttätiges Planetengetriebe, das für Motorfahrzeuge, vor allem für Personenkraftwagen geeignet ist, und bei dem das Schalten der Geschwindigkeitsstufen mittels Zentrifugal-Lamellenkupplungen erfolgt.

Bekannte mehrstufige selbsttätige Getriebe, bei denen das Schalten der Geschwindigkeitsstufen mittels Zentrifugalkupplungen erfolgt, sind zwar einfach, ihre Betriebseigenschaften sind jedoch nicht einwandfrei. Vor allem der Be- ginn des Schaltens bei gleicher Geschwindigkeit des Wagens ohne Rücksicht auf Belastung, die gegenseitige Abhängigkeit in der ersten Phase des Schaltens im Bereich der Geschwindigkeiten v[tief]1 geteilt durch v[tief]2 (v[tief]1 ist die Geschwindigkeit, bei der ein kraftloser Kontakt der Reibungsteile der Kupplung entsteht, v[tief]2 ist die Geschwindigkeit, bei der die Schaltkupplung einen Differenzteil des übertragenen Drehmomentes überträgt) und in der zweiten Schaltphase im Bereich der Geschwindigkeiten v[tief]2[tief]- geteilt durch v[tief]3 (v[tief]3 ist die Geschwindigkeit, bei der eine starre Verbindung der Schaltkupplung entsteht) sind unbefriedigend. Die zweite Schaltphase geht unter einer Senkung der Motordrehzahl von n[tief]2 auf n[tief]3 vor sich, deren Steilheit in Abhängigkeit von der Zeit nicht die Kontinuität des Schaltens beeinträchtigen darf. Der Bereich der Geschwindigkeiten v[tief]1 geteilt durch v[tief]3, bei der der Wirkungsgrad der Übertragung der Leistung wegen Schlupf der Schaltkupplung herabgesetzt ist, wächst nicht proportional an. Die Schaltgetriebe sind für mehr als zwei Geschwindigkeitsstufen nicht geeignet.

Bei selbsttätigen Planetengetrieben, bei denen Kupplungen und Bremsen, die durch Drucköl gesteuert werden, das Schalten Ausführen, werden die Folgen der gegenseitigen Abhän- gigkeiten in der ersten und zweiten Phase des Umschaltens auf die Kontinuität des Umschaltens bei dem gewählten engen Bereich der Geschwindigkeiten v[tief]1 geteilt durch v[tief]3 durch eine hydrodynamische Anlaufkupplung eliminiert, allfällig auch durch einen hydrodynamischen Wandler des Drehmomentes.

Das erfolgt für den Preis eines niedrigeren Wirkungsgrades der Übertragung der Leistung im ganzen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges mit Ausnahme der höchsten Geschwindigkeitsstufe, wo das hydrodynamische Element bei höchster Geschwindigkeitsstufe für den Preis höherer Kosten und einer erhöhten Kombliziertheit des Schaltgetriebes mit der höchsten Schaltstufe fest verbunden ist. Das beeinflusst den Verbrauch des Brennstoffes ungünstig. Die Funktionseigenschaften werden mittels einer sehr komplizierten Steueranordnung beherrscht, deren hydraulischer und in letzter Zeit auch elektronischer Teil sehr kostspielig und sehr anspruchsvoll an Technologie und Wartung ist.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, preiswert herstellbares, mehrstufiges, selbsttätiges Planetengetriebe mit vorteilhaften Funktionseigenschaften zu schaffen.

Die Erfindung besteht darin, dass die Trommel der Schaltkupplung, die mit dem Austrittsrad des Planetengetriebes fest verbunden ist, einen Mechanismus einer Kraftrückkopplung besitzt, der aus einem Austrittssteil, einem Regelteil und einem Ruheanschlag besteht. Der Austrittsteil besteht wenigstens aus Mitnehmerarmen, die mit dem Austrittsrad des folgenden Planetengetriebes oder mit der Austrittswelle des Getriebes fest verbunden sind, und aus Austrittsarmen schwenkbarer Mitnehmer, die an Zapfen eingehängt sind, welche an der Trommel der Schaltkupplung befestigt sind, deren Kontaktflächen in Eingriff mit Mitnehmerarmen derart stehen, dass durch die mittels der Austrittsarme auf die Mitnehmerarme übertragene Kraft gemäß der Größe des aus dem Planetengetriebe, bzw. aus folgenden Planetengetrieben austretenden Drehmomentes die Wirkung der Fliehkraft der Schleudergewichte und der Führungsarme des schwenkbaren Mitnehmers herabgesetzt wird, wodurch der Regelteil gesteuert wird. Der Regelteil besteht aus Schleudergewichten, die durch Führungsarme der schwenkbaren Mitnehmer geführt werden, aus einer gesteuerten Lamelle und einer Kehrfeder, durch welche die Schleudergewichte zwischen einer geneigten Fläche der gesteuerten Lamelle und der Trommel der Schaltkupplung eingeklemmt sind.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen mehrstufigen selbsttätigen Planetengetriebes beruhen in dessen Einfachheit und niedrigen Erzeugungskosten bei vorteilhaften Funktionseigenschaften.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Verlauf der übertragenen Antriebskräfte P[tief]H, der Fahrwiderstände P[tief]f + P[tief]w, der Drehzahl n des Motors und des Wirkungsgrades kleines Eta, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges für ein vierstufiges Getriebe,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer möglichen Anordnung eines erfindungsgemäßen dreistufigen selbsttätigen Getriebes und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Getriebe mit Ansicht auf eine beispielsweise Ausführung des Mechanismus der Kraft-Rückkopplung.

In Fig. 1 ist der resultierende Verlauf der Antriebskräfte bei verschiedener Gasöffnung bei einem engen Bereich von Geschwindigkeiten der übertragenen Leistung mit niedrigerem Wirkungsgrad dargestellt, wo der Wirkungsgrad kleines Eta vom Wert kleines Eta = 1 an der Kurve P[tief]pk auf den Wert kleines Eta = auf der Kurve P[tief]IIk sinkt bei einer Geschwindigkeit v[tief]2, wobei auf der Kurve P[tief]IIk sich die Antriebskräfte mit den Fahrwiderständen bei einem anderen Wirkungsgrad als kleines Eta = 1 nicht ausgleichen können, da die Verläufe P[tief]IIk mit steigender Geschwindigkeit des Wagens steiler ansteigen als die Verläufe der Fahrwiderstände P[tief]o = (P[tief]f + P[tief]w) + P[tief]z, wo P[tief]z die Erhöhung der Fahrwiderstände durch Einfluß von Wind oder Steigung bedeutet. Bei niedrigstem Wirkungsgrad kleines Eta (zum Beispiel bei Fahrwiderständen P[tief]o, bei voller Belastung des Motors und bei einer Geschwindigkeit v[tief]24) ist es lediglich möglich, theoretisch zu fahren, da die wesentlich erhöhten Fahrwiderstände P[tief]01 bei hoher Geschwindigkeit des Fahrzeuges v[tief]24 = 128,6 km/Stunde das Fahrzeug nur an einer langen geraden Strecke einer regelmäßigen Steigung bewältigen könnte, allfällig bei konstantem Luftwiderstand, da eine geringe Erhöhung der Fahrwiderstände die Fahrwiderstände bei kleinerer Geschwindigkeit des Fahrzeuges als v[tief]24 und bei höherem Wirkungsgrad ausgleicht. Ein geringes Sinken der Fahrwiderstände verursacht demgegenüber einen Ausgleich der Fahrwiderstände mit Antriebskräften bei höherer Geschwindigkeit, und zwar v[tief]01, wo der Wirkungsgrad der Übertragung der Leistung kleines Eta = 1 ist und das Fahrzeug an der vierten Übertragungs- stufe bei herabgesetzter Geschwindigkeit v[tief]34 einen Vorrat an Antriebskraft zum Überwinden erhöhter Fahrwiderstände P[tief]02 besitzt, so dass der Bereich der Geschwindigkeiten v[tief]24 geteilt durch v[tief]34 des Fahrzeuges für eine konstante Gasöffnung unstabil ist und eine andauernde Geschwindigkeit in diesem Bereich nur bei Abnahme von Gas und bei 100% Wirkungsgrad erzielbar ist.

In einem theoretischen Fall eines längeren Fahrens mit Geschwindigkeit v[tief]24 entsteht ein Erwärmen der Schaltkupplung und eine Herabsetzung des Reibungskoeffizienten, wodurch sich die Konstante der Schaltkupplung auf k[tief]s4z erniedrigt und der Koeffizient der Kraft-Rückkopplung x[tief]4z sich auf erniedrigt, was sich an verändertem Verlauf der Kräfte der I. Phase P[tief]Iz4 und der II. Phase P[tief]IIz4 des Schaltens zeigt. Die Fahrwiderstände gleichen sich mit der Antriebskraft P[tief]Iz4 bei etwas erhöhter Geschwindigkeit v[tief]z und erhöhtem Wirkungsgrad kleines Eta aus. Die gegenseitige Unabhängigkeit der Verläufe der I. und II. Phase des Schaltens erfordert dabei nicht die Lösung der Kontinuität des Schaltens durch Einführung eines hydrodynamischen Elementes vor das Schaltgetriebe, sondern es genügt eine einfache Zentrifugal-Anlaufkupplung, die nur in engem Bereich der Geschwin- digkeiten 0 geteilt durch v[tief]s schlüpft, wobei bei niedriger Belastung die Geschwindigkeit v[tief]s gemäß der Kurve P[tief]s sinkt, bei einer höheren Geschwindigkeit als v[tief]s die Anlaufkupplung starr geschaltet ist. Das trägt gleichfalls zu einer Herabsetzung des Brennstoffverbrauches im Betrieb bei. Außer dem Geschwindigkeitsbereich im Verlauf des Umschaltens unter Belastung, wo der Wirkungsgrad gesetzmäßig sinkt, verringert das mehrstufige selbsttätige Planetengetriebe nicht die dynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges. Die Verläufe P[tief]pk und P[tief]IIk sichern den "kick-down"-Effekt (ein selbsttätiges Schalten auf eine niedrigere Geschwindigkeitsstufe bei jähem Niedertreten des Gaspedals zum Beispiel bei Vorlauf) in einem wählbaren Bereich von Geschwindigkeiten, der nur durch Verläufe des P[tief]vk begrenzt ist, da zum Beispiel die Geschwindigkeit v[tief]p14 so gewählt werden kann, dass ein jähes Niedertreten des Gaspedals ein selbsttätiges Umschalten von der vierten bis auf die erste Geschwindigkeitsstufe verursacht. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei Wahl x[tief]k größer/gleich

- 1 vom Getriebe von einer größeren Geschwindigkeit an als v[tief]p14 über die vierte Geschwindigkeitsstufe jeder Wert des Drehmomentes übertragen wird, was bei geeigneter Wahl von v[tief]p14 für ein Notstarten des Fahrzeuges durch Schleppen, bzw. für ein Anlassen bergabwärts ohne jedwede Anordnung vorteilhaft ist, da der angetriebene Teil der Anlaßkupplung gleichfalls mit Schleudergewichten versehen ist, was ferner die Geschwindigkeiten des Fahrzeuges herabsetzt, wo die Anlaßkupplung sich starr ohne Herabsetzung der erzielbaren Antriebskraft beim Anlassen verbindet, was sich vor allem durch Herabsetzung des Brennstoffverbrauches bei einer Fahrt in der Stadt äußert.

In Fig. 1 ist der Verlauf der übertragenen Antriebskräfte P[tief]H, der Fahrwiderstände P[tief]f + P[tief]w, der Drehzahl n des Motors und des Wirkungsgrades kleines Eta (nur eines Teiles des Wirkungsgrades, der während des Schaltens wegen Schlupf der Schaltkupplung sinkt) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges für ein vierstufiges Getriebe dargestellt. Die Übertragungsverhältnisse i[tief]k der einzelnen Stufen wurden folgendermaßen gewählt:

i[tief]1 = 3,52

i[tief]2 = 2,23

i[tief]3 = 1,4

i[tief]4 = 1

Mit einer vollen Linie sind die Verläufe der Antriebskräfte P[tief]H und der Drehzahl n des Motors für voll geöffnetes Gas, mit strichlierter Linie für teilweise geöffnetes Gas und mit strichpunktierter Linie für minimal geöffnetes Gas dargestellt, wo bei einer Fahrt in einer Horizontalen bei Wind- stille ein Schalten von der dritten zur vierten Geschwindigkeitsstufe vor sich geht. Der Verlauf der Antriebskraft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges bei Schalten auf die k-te Stufe ist in der I. Schaltphase P[tief]Ik durch die Gleichung gegeben:

P[tief]v(k-1) - ist der Verlauf der Antriebskraft vom Drehmoment des Motors an der (k-1)-ten Geschwindigkeitsstufe in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges,

k[tief]sk - die Konstante der Kupplung der k-ten Geschwindigkeitsstufe,

P[tief]2k - die Antriebskraft der k-ten Schaltstufe bei einer Geschwindigkeit v[tief]2k beim Ende der I. Schaltphase und einer Drehzahl n des Motors,

x[tief]k - der Koeffizient der Rückkopplung, der die Änderung großes Delta P[tief]s der Antriebskraft charakterisiert, die über die Schaltkupplung bei Änderung der Antriebskraft großes Delta P am Austritt des Planetengetriebes derart übertragen wird, dass gilt:

großes Delta P[tief]s = großes Delta P . x[tief]k

Der Verlauf der Antriebskraft P[tief]IIk im Verlauf der II. Schalt- phase ist in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges:

P[tief]IIk = P[tief]2k -

Der Verlauf der Antriebskraft P[tief]pk, wo die I. Schaltphase bei einer Geschwindigkeit v beginnt:

P[tief]pk = v[tief]pk - ist die Geschwindigkeit, wo die I. Schaltphase bei Nullbelastung beginnt.

Die physikalische Bedeutung der Konstante k[tief]sk der Schaltkupplung folgt aus der Bedingung:

k[tief]sk = wo

v[tief]Itk - die Geschwindigkeit des Fahrzeuges vorstellt, wo bei k[tief]sk, P[tief]2k und v[tief]2k ohne Wirkung der Kraftrückkopplung die I. Schaltphase beginnen würde. Die Konstante der Kupplung ist durch die Beziehung gegeben:

k[tief]sk =

Der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung in der I. Schaltphase:

kleines Eta[tief]I =

Der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung in der II. Schaltphase:

kleines Eta[tief]II =

Zwecks besserer Veranschaulichung der Verläufe von P[tief]pk, P[tief]Ik und P[tief]IIk wurden die folgenden Parameter gewählt:

2. Geschwindigkeitsstufe v[tief]22 = 51,2 km/St, v[tief]p2 = 23 km/St,

x[tief]2 = 0,65

3. Geschwindigkeitsstufe v[tief]23 = 80,6 km/St, v[tief]p3 = 36 km/St,

x[tief]3 = 0,65

4. Geschwindigkeitsstufe v[tief]24 = 128,6 km/St, v[tief]p4 = 50 km/St,

x[tief]4 = 0,65

Gemäß Fig. 2 und 3 der Zeichnungen wird die Antriebskraft von der Kurbelwelle 13 über die Anlauf-Reibungskupplung 14 übertragen, deren Antriebsteil 15 mit Anlauf-Schleudergewichten 17 versehen ist und deren angetriebener Teil 16 mit Start-Schleudergewichten 18 versehen ist. Der angetriebene Teil 16 der Anlauf-Reibungskupplung 14 ist mit dem Eintrittsrad 7 des Planetengetriebes fest verbunden, dessen Mitnehmer 19 gegen umgekehrten Drehsinn durch einen Freilauf 20 blockiert ist. Die Mitnehmerlamellen 21 der Schaltkupplung 2 und die angetriebenen Lamellen 22 der Schaltkupplung 2 werden durch eine Trommel 1 geführt, die mit dem Austrittsrad 3 des Planetengetriebes 4 fest verbunden ist. Die Trommel 1 der Schaltkupplung 2 ist mit einem Mechanismus 23 der Kraft-Rückkopplung versehen, bestehend aus einem Austrittsteil 24, einem Regelteil 25 und einem Ruheanschlag 28. Der Austrittsteil 24 besitzt Mitnehmerarme 10, die mit dem Eintrittsrad 7 des folgenden Planetengetriebes 8 oder mit der Austrittswelle 9 des Getriebes fest verbunden sind, und ferner Austrittsarme 36 schwenkbarer Mitnehmer 5, die an Zapfen 12 eingehängt sind, die an der Trommel 1 der Schaltkupplung 2 befestigt sind. Die Kontaktflächen 11 der Austrittsarme 36 stehen derart in Eingriff mit Mitnehmerarmen 10, dass durch die über die Austrittsarme 36 auf die Mitnehmerarme 10 gemäß der Größe des aus dem Planetengetriebe 4, bzw. aus dem folgenden Planetengetriebe 8 austretenden Drehmomentes die Wirkung der Fliehkraft der Schleudergewichte 6 und der Führungsarme 37 des schwenkbaren Mitnehmers 5 herabgesetzt wird. Dadurch wird der Regelteil 25 gesteuert, bestehend aus schwenkbaren Mitnehmern 5, einer gesteuerten Lamelle 27 und einer Kehrfeder 26, mittels welcher die Schleudergewichte 6 zwischen der geneigten Fläche 29 der gesteuerten Lamelle 27 und der Trommel 1 der Schaltkupplung 2 eingeklemmt sind. Der Ruheanschlag 28 ist am Mitnehmerarm 10 oder an der Trommel 1 vorgesehen. Erhebungen 30 des festen Teiles 31 des Freilaufes 20 fallen in längliche Ausnehmungen 32 des Körpers 33 des Kastens ein, wobei der feste Teil 31 des Freilaufes 20 durch die Funktionsfläche 34 des Freilaufes 20 radial geführt wird. Der komplette Planeten- und Kupplungsteil des Getriebes zusammen mit dem Antriebsteil 16 der Anlauf-Zentrifugal-Reibungskupplung 14 bilden auf der freien Welle 35 eine Montageeinheit.

Claims

1. Mehrstufiges selbsttätiges Planetengetriebe mit radialen Schaltkupplungen,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Trommel (1) der Schaltkupplung (2), die mit dem Austrittsrad (3) des Planetengetriebes (4) fest verbunden ist, einen Mechanismus (23) einer Kraftrückkopplung besitzt, der aus einem Austrittsteil (24), einem Regelteil (25) und einem Ruheanschlag (28) besteht,

dass der Austrittsteil (24) wenigstens aus Mitnehmerarmen (10), die mit dem Austrittsrad (7) des folgenden Planetengetriebes (8) oder mit der Austrittswelle (9) des Getriebes fest verbunden sind und aus Austrittsarmen (36) schwenkbarer Mitnehmer (5) besteht, die an Zapfen (12) eingehängt sind, welche an der Trommel (1) der Schaltkupplung (2) befestigt sind, deren Kontaktflächen (11) in Eingriff mit Mitnehmerarmen (10) stehen

und dass der Regelteil (25) Schleudergewichte (6) besitzt, die durch Führungsarme (37) schwenkbarer Mitnehmer (5) geführt werden, ferner eine gesteuerte Lamelle (27) und eine Kehrfeder (26), durch welche die Schleudergewichte (6) zwischen einer geneigten Fläche (29) der gesteuerten Lamelle (27) und der Trommel (1) der Schaltkupplung (2) festgeklemmt werden.

2. Mehrstufiges selbsttätiges Planetengetriebe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass es ein bis drei Planetengetriebe (4) besitzt.

3. Mehrstufiges selbsttätiges Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Planetengetriebe (4) über eine Anlaß-Zentrifugal-Reibungskupplung (14) mit der Kurbelwelle (13) gekoppelt ist.