DE3341217C2

DE3341217C2 - Automatisches Kraftfahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE3341217C2
Application number: DE19833341217
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. Eisenmann; Hermann 7960 Aulendorf Härle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1983-11-14
Publication date: 1987-03-05
Also published as: DE3341217A1

Abstract

Bei einem automatischen Kraftfahzeugumlaufgetriebe wird eine Zahl von mindestens 6 günstig gespreizten Gängen durch eine Kombination folgender Merkmale erreicht: 1. Das Getriebe weist ein Gehäuse, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle auf; 2. Ein elementares Koppelgetriebe aus zwei einfachen Planetengetrieben - vorzugsweise ein Simpsonsatz - ist vorgesehen; 3. Die Sonnenräder der beiden Planetengetriebe sind miteinander gekoppelt; 4. Der Steg eines ersten der beiden Planetengetriebe ist mit dem Hohlrad des zweiten der beiden Planetengetriebe gekoppelt; 5. Das Hohlrad des ersten Planetengetriebes ist in allen Vorwärtsgängen mit der Antriebswelle gekoppelt; 6. Der Steg des zweiten Planetengetriebes ist gegen das Gehäuse festbremsbar; 7. Die Sonnenräder der beiden Planetengetriebe sind gegen das Gehäuse festbremsbar; 8. An das elementare Koppelgetriebe ist ein weiteres Umlaufgetriebe zweifach angekoppelt oder ankoppelbar; 9. Das weitere Getriebe ist ein Minusgetriebe mit wenigstens zwei Zentralrädern, von denen wenigstens eines ein Hohlrad ist, einem Steg und einem Planetenrad. 10. Das Hohlrad des ersten Planetengetriebes ist auch im Rückwärtsgang mit der Antriebswelle gekoppelt; 11. Das weitere Getriebe besitzt zwei Planetenräder, von denen jedes mit einem anderen der beiden Zentralräder kämmt; 12. Das weitere Getriebe ist durch Kupplungen verblockbar; 13. Die Sonnenräder des elementaren Koppelgetriebes sind mit einem ersten ...

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Kraftfahrzeuggetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zum Schalten der einzelnen Gänge unter Last, dessen elementares Planetenkoppelgetriebe in der Form des "Simpsonsatzes" weltweit bekannt ist.
Vorteile des Simpsonsatzes liegen darin, daß der Antrieb über ein Hohlrad erfolgt, wodurch die Zahnkräfte und somit die Abmessungen des Getriebes klein sind, daß weitgehend gleiche Zahnräder verwendet werden können. Auch besitzt der Simpsonsatz einen guten Übertragungswirkungsgrad, da der Hauptleistungsfluß über Außen-Innen-Zahneingriffe geleitet wird. Nachteilig ist jedoch, daß der Simpsonsatz nur drei Vorwärtsgänge erlaubt, daß seine Übersetzungsspreizung nicht sinnvoll vergrößert werden kann und daß keine Möglichkeit einer Übersetzung ins Schnelle (Overdrive) gegeben ist. Auch ist bei brauchbaren Vorwärtsgängen die Rückwärtsgangübersetzung ziemlich lang. Schließlich treten vor allem in den Reibungskupplungen bei den untersetzenden Gängen große Relativdrehzahlen auf, die erhebliche Reibungsverluste ergeben.
Neuere Konstruktionen ("Planetengetriebe in der Praxis" von Jürgen Pickard u. a., 2. Auflage, 1981, Expert-Verlag, 7031 Grafenau/Württ., Seite 153, Bild 8.6) schalten den Simpsonsatz mit einem weiteren Dreiwellen-Minus-Planetengetriebe (hintereinander) derart in Reihe, daß bei enbloc-Betrieb des Simpsonsatzes eine Übersetzung ins Schnelle (Overdrive) möglich ist. Man handelt sich jedoch bei dieser Konstruktion eine Fülle von Nachteilen ein.
Bei vorgeschaltetem weiteren Getriebe wird die Drehzahl des gesamten Getriebeblocks des Simpsonsatzes erhöht, so daß die Friktionsverluste in den geöffneten Bremsen steigen; bei nachgeschaltetem weiteren Getriebe müssen von diesem die in den unteren Gängen in die Höhe gewandelten Drehmomente des Simpsonsatzes übertragen werden, was zu großen Abmessungen führt.
Auch erhöht sich die Anzahl der benötigten Reibelemente, so daß in allen Gängen die Schlupfreibungsverluste der relativlaufenden Reibbeläge größer werden. Dadurch wird ein Teil des Gewinnes in bezug auf den Kraftstoffverbrauch durch den Spargang wieder zunichte gemacht.
Bekannt ist ferner aus der US-PS 28 22 706 ein lastschaltbares Planetenräder-Wechselgetriebe aus zwei hintereinander geschalteten Simpson- Planetenradsätzen und mit fünf Vorwärtsgängen, wobei der fünfte Vorwärtsgang durch Blockumlauf der beiden Planetenradsätze erzielt wird. Für den Rückwärtsgang werden keine zusätzlichen Getriebeelemente benötigt. Der Antrieb erfolgt in allen Gängen über das Hohlrad des ersten Simpson-Planetenradsatzes. Zwischen den beiden Simpson-Planetenradsätzen sind zwei Reibungskupplungen angeordnet. Diese Kupplungen sind wiederum mittels zweier Bandbremsen gegen das Gehäuse festbremsbar. Die dritte Bandbremse ist mit den Sonnenrädern des zweiten, nachgeschalteten Simpson-Planetenradsatzes verbunden.
Auch dieses Getriebe erlaubt keine Übersetzung ins Schnelle und baut aufwendig (insgesamt vier vollständige Planetengetriebe).
In zunehmendem Maße wird für kompakte Pkws der Vorderradantrieb bevorzugt. Dafür sind die bekannten Getriebe wegen der großen Baulänge nicht geeignet, weder für die Motor-Differential-Getriebeanordnung, noch viel weniger für den neuerdings besonders bevorzugten Quereinbau des Motors.
Die Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und somit auch der Schadstoffemission beim Kraftfahrzeug erfordert gemäß neueren Untersuchungen nicht nur einen, sondern zwei Spargänge (siehe Höhn, "Kraftstoffeinsparung durch Getriebe? Ein systematischer Vergleich verschiedener Bauarten", info &min;82, Jahresbericht der VDI-Gesellschaft Konstruktion und Entwicklung), weil andernfalls die Mindestverbrauchsbereiche des Motorkennfeldes nicht in allen Betriebsbereichen des Fahrzeugs genutzt werden können. Die bekannten Getriebe bieten keine solche Möglichkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kleinbauendes lastschaltbares Kraftfahrzeuggetriebe zu schaffen, das bei Nutzung der Vorteile eines elementaren Koppelgetriebes, wie des " Simpson-Planetenradsatzes", ohne zusätzliche Reibelemente mindestens zwei Schnellgänge oder Overdrive-Gänge ermöglicht und keine erhöhten Schlupfreibungswerte aufweist. Hierbei geht die Erfindung von einem Koppelgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aus, wie es in der US-PS 28 22 706 beschrieben ist.
Sie löst die dargelegte Aufgabe durch die Weiterbildung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Die hierbei und im folgenden benutzten Begriffe und zeichnerischen Darstellungsschemen entsprechen der jüngsten einschlägigen Literatur (1. Müller: Die Umlaufgetriebe, Konstruktionsbücher Band 28, Springer- Verlag, 2. VDI-Richtlinien Getriebetechnik, technische Regeln für gleichförmig übersetzende Getriebe, VDI-Verlag 1982). Der Einfachheit halber ist hier der Planetenträger kurz als "Steg" bezeichnet. Ferner ist die in einem Planetengetriebe vorhandene Gruppe von gleichen und gleich funktionierenden Planetenrädern kurz als "Planetenrad" bezeichnet.
Die Vorteile eines erfindungsgemäßen Getriebes sind umfassend:

1. Man erhält für die Anpassung des Fahrzeugkennfeldes an das Motorkennfeld ideale fünf oder mehr Vorwärtsgangübersetzungen, nämlich zwei ins Langsame, einen direkten und zwei ins Schnelle übersetzende Gänge.
2. Es treten extrem niedrige Relativdrehzahlen und somit extrem kleine Reibungsverluste in den offenen Reibelementen auf.
3. Es treten keine gegenläufigen Lamellendrehzahlen auf.
4. Die spezifischen Zahn- und Lagerbelastungen in den einzelnen Planetengetrieben sind zumindest in den Vorwärtsgängen sehr klein.
5. Die Planetenraddrehzahlen sind auch in den Spargängen niedrig.
6. Das Getriebe kann extrem kurz und kompakt sein, da die Bremsen und zum Teil auch die Kupplungen um den Zahnradsatz herum angeordnet werden können.
7. Es ist ein Höchstmaß an gleichen Bauteilen im Zahnradsatz möglich.
8. Die unteren vier Gänge können mit Schaltfreiläufen ausgerüstet werden, was die Regelung vereinfacht und den Schaltkomfort erhöht.
9. Die Rückwärtsgangübersetzung ist verhältnismäßig kurz und ermöglicht somit leichtes Rangieren und Caravanbetrieb.
10. Es ist ohne weiteres möglich, Gänge zu überspringen.
11. Eine der beiden Reibkupplungen unterliegt keiner Schaltarbeit. Dadurch ist die Wärme- und Verschleißbelastung für diese Kupplung kleiner, so daß sie kleiner dimensioniert werden kann.
12. In den Spargängen ist die Stegdrehzahl aller drei Planetengetriebe kleiner als die Motordrehzahl. Dadurch ergeben sich kleine Fliehkraftbelastungen für die Planetenradlager, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer führt.

Das Minus-Getriebe kann ein einfaches Planetengetriebe sein mit gleicher Standübersetzung. Dann sind jedoch mit Rücksicht auf die erforderliche Übersetzung Stufenplaneten erforderlich, die mit verhältnismäßig hohen Drehzahlenlaufen. Da Stufenplaneten schwierig herzustellen sind, und die Einbaubedingungen die Übersetzungsmöglichkeiten stark einschränken, wird die Ausbildung nach Anspruch 2 bevorzugt.
Dabei kann es mit Rücksicht auf die Bauabmessungen, den Wirkungsgrad, die Planetendrehzahlen und die Wahl der Gangübersetzungen auch von Vorteil sein, wenn die beiden Zentralräder des angekoppelten Getriebes mit Planetenradpaaren kämmen, wobei jedes Paar aus einem schmalen und aus einem breiten Planetenrad besteht. Hierbei können die Zentralräder entweder beide ( außenverzahnte) Sonnenräder oder beide Hohlräder sein. Mit Rücksicht auf den Verzahnungswirkungsgrad, die erzielbaren Übersetzungen und die Baugröße wird jedoch die Ausbildung nach Anspruch 3 insoweit bevorzugt. Anspruch 4 zeigt eine Möglichkeit, bei festgehaltenem Steg des zweiten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes das am Steg des ersten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes entstehende höchstmögliche Antriebsdrehmoment an die Abtriebswelle weiterzuleiten.
Der Rückwärtsgang ergibt sich in einfacher Weise dadurch, daß der Antrieb am Steg erfolgt, wenn das weitere Getriebe kein Sonnenrad aufweist (Anspruch 5), und am zweiten Hohlrad, wenn das weitere Getriebe ein Sonnenrad hat. Im letzteren Fall gibt es, wie für den Fachmann ersichtlich, eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Bildung des Rückwärtsganges, von denen bevorzugte in den Ausführungsbeispielen gezeigt sind. Da die Umschaltung in den Rückwärtsgang stets im Stillstand des Fahrzeugs vorgenommen wird, genügen hier verlust- und raumsparende Klauenkupplungen, die auch zur Vermeidung von Schaltgeräuschen mit Synchronisiereinrichtungen ausgerüstet werden können.
Als Schalthilfe vom direkten Gang in den ersten Spargang kann zwischen dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes und dem Steg des weiteren Getriebes eine Freilaufkupplung angeordnet sein. In gleichem Sinne wirkt ein Freilauf zwischen dem ersten Zentralrad und dem Steg des weiteren Getriebes gemäß Anspruch 6.
Vorteilhaft wird gemäß Anspruch 7 die Abtriebsumschaltung beim Schalten in den Rückwärtsgang dadurch vermieden, daß bei dem weiteren Getriebe ein Sonnenrad angeordnet ist, welches mit dem Planetenrad kämmt, das auch mit einem ersten Hohlrad des weiteren Getriebes kämmt, so daß das Minus-Getriebe zu einem reduzierten Koppelgetriebe erweitert ist. Dieses Sonnenrad kann über eine Klauenkupplung oder eine Reibungsbremse am Gehäuse festgehalten werden (Fig. 3). Zwar wird dann die Rückwärtsgang-Übersetzung länger, sie ist aber immer noch wesentlich kürzer als beim Simpsonsatz. Vorteilhaft bei dieser Art des Rückwärtsganges ist der Umstand, daß zugleich zwei Bremsen die Reaktionsmomente übernehmen.
Dadurch ist der bisher bei den meisten Automatgetrieben notwendige wesentlich höhere Hydraulikdruck im Rückwärtsgang vermieden, was die Konstruktion der Ölpumpe vereinfacht und verkleinert und deren Verlustleistung reduziert.
Bei Nutzfahrzeugen ist generell eine engere Getriebestufung und eine größere Spreizung erwünscht, um im gesamten Zugkraftdiagramm eine bessere Ausnutzung der Leistungshyperbel des Motors zu erzielen. Das erfindungsgemäße Getriebe bietet die Möglichkeit, zwischen dem ersten und dem zweiten und dem zweiten und dem direkten Gang je einen Zwischengang einzuschieben in einfacher Weise dadurch, daß gemäß Anspruch 8 auch der Steg des weiteren Getriebes durch eine Reibungsbremse gegen das Gehäuse abbremsbar ist (Fig. 4).
Ferner ist es möglich, einen dritten Gang ins Schnelle dadurch zu schaffen, daß gemäß Anspruch 9 auch der Steg des ersten einfachen Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes (Simpsonsatzes) durch eine Reibungsbremse gegen das Gehäuse festbremsbar ist (Fig. 5).
Man kann somit aus dem Getriebe gemäß der Erfindung lediglich durch entsprechende Anordnung der Reibungsbremsen ein Lastschaltgetriebe mit bis zu acht Gängen mit einer Spreizung von einem Wert bis zu phi = 5,24 herstellen. Zusammen mit der Drehmoment-Übersetzung des Drehmomentwandlers besitzt dann das gesamte Getriebe eine Spreizung von mehr als zehn.
In den Spargängen ist die Kupplung zwischen dem Steg des ersten einfachen Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes und dem zweiten Zentralrad (Hohlrad) des weiteren Getriebes geöffnet und unterliegt gewissen Relativdrehzahlen. Die dort entstehende Verlustleistung hängt von der Anzahl der dort erforderlichen Lamellen ab. Man kann die Anzahl dieser Lamellen dadurch reduzieren, daß gemäß Anspruch 10 zwischen den Steg des ersten Planetengetriebes und das zweite Zentralrad bzw. Hohlrad des weiteren Getriebes ein Freilauf eingefügt ist.
Somit fließt das gesamte Abtriebsdrehmoment in den ins Langsame übersetzenden Gängen über den Freilauf, und die Kupplung muß nur noch bei Motorbremsung geschlossen werden.
Weiter oben ist erläutert worden, daß im Rückwärtsgang der Abtrieb dann am zweiten Hohlrad des weiteren Getriebes erfolgen kann, wenn - wie das bevorzugt wird - dieses ein zusätzliches Sonnenrad besitzt. Diese Bedingung ist nicht unabdingbar. Ist beispielsweise gemäß Anspruch 11 das erste Hohlrad des weiteren Getriebes - z. B. durch eine Doppelsynchronisierung - wahlweise entweder mit dem Steg des ersten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes oder mit dessen beiden miteinander starr gekoppelten Sonnenrädern koppelbar, und ist gleichzeitig der Steg des weiteren Getriebes am Gehäuse festbremsbar, dann ist dadurch - wie oben erwähnt - ein dritter Spargang schaltbar, zugleich aber kann im Rückwärtsgang der Abtrieb am zweiten Hohlrad des weiteren Getriebes erfolgen, wie in den Vorwärtsgängen (Fig. 6). Der Rückwärtsgang kann in diesem Falle dadurch gebildet werden, daß das elementare Koppelgetriebe mit dem als Standgetriebe arbeitenden weiteren Getriebe in Reihe geschaltet ist. Die dabei erzielbare Rückwärtsgangübersetzung ist dann immer noch kürzer als im ersten Gang. Dem Grunde nach kann bei dieser Getriebeanordnung in allen Vorwärtsgängen das erste Hohlrad des weiteren Getriebes stets mit den beiden Sonnenrädern des elementaren Koppelgetriebes über eine (synchronisierte) Klauenkupplung verbunden bleiben. Für den Stadtverkehr besteht jedoch auch die Möglichkeit, in den beiden unteren Gängen (z. B. in der Wahlhebelstellung "2") diese Kopplung zu lösen. Dadurch bleiben der Steg und die Bremse zum Festhalten des Steges des weiteren Getriebes stillstehen, so daß Reibungs- und Panschverluste vermieden werden. Erst zum Lastschalten vom zweiten in den direkten Gang ist vorher das Einrücken dieser Kupplung notwendig, was jedoch jederzeit in voller Fahrt im ersten oder zweiten Gang möglich ist, da diese zu synchronisierenden Getriebeglieder frei beweglich und somit lastfrei sind.
Die hier vorgesehene dritte Bremse belastet somit die innere Ökonomie des Getriebes nur sehr wenig, so daß hier ein äußerst verlustarmes 6- Ganggetriebe vorliegt mit einer Spreizung von ca. phi = 5,2.
Bei schweren Pkws und insbesondere bei Nutzfahrzeugen ist es wünschenswert, daß die erste Gangübersetzung wesentlich kürzer ist, als die mit dem Simpsonsatz erzielbare. Sie sollte im Bereich zwischen 3,5 und 5 liegen. Diese Möglichkeit besteht dann, ohne daß sich die Anzahl der Zahnräder erhöht, wenn gemäß Anspruch 12 das Sonnenrad des weiteren Getriebes - z. B. über eine Klauenkupplung - mit dem Steg des zweiten einfachen Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes koppelbar ist (Fig. 7) und gemäß Anspruch 13 der Steg des ersten einfachen Planetengetriebes und das Hohlrad des zweiten einfachen Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes fest mit dem Steg des weiteren Getriebes gekoppelt ist.
Dadurch entsteht eine weitere Übersetzung ins Langsame, die diese Forderung erfüllt, so daß bei einem solchen Getriebe eine Gesamtspreizung von phi > 9 erzielbar ist.
Bei dieser Ausführung besteht auch die Möglichkeit, daß, wenn gemäß Anspruch 13 der Steg des weiteren Getriebes direkt mit dem Hohlrad des zweiten einfachen Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes festgekoppelt ist, gemäß Anspruch 14 das Sonnenrad des weiteren Getriebes über einen Freilauf mit dem Steg des zweiten einfachen Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes gekoppelt ist, der durch eine Klauenkupplung sperrbar ist (Fig. 7). Sind dann die beiden Stege zusammen mit dem Hohlrad des zweiten einfachen Planetengetriebes gegen das Gehäuse abbremsbar, so ergibt sich eine neue Möglichkeit der Schaltung des Rückwärtsganges in Gruppenbauweise. Die Lastschaltung vom ersten in den zweiten Gang geschieht dadurch, daß die erste Kupplung zwischen dem Steg und dem zweiten Zentralrad des weiteren Getriebes geschlossen wird und der Freilauf abhebt. Eine Motorbremsung im ersten Gang ist in diesem Falle nicht möglich, in vielen Fällen kann darauf auch verzichtet werden, da die Fahrzeuggeschwindigkeit bei dieser sehr kurzen Erstengangübersetzung sehr klein ist. Dementsprechend kann das Getriebe noch einmal dadurch vereinfacht werden, daß der Steg des weiteren Getriebes direkt mit dem Hohlrad des zweiten einfachen Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes fest gekoppelt ist und daß gemäß Anspruch 15 das Sonnenrad des weiteren Getriebes über Klauenkupplungen wahlweise über einen Freilauf mit dem Steg oder dem Sonnenrad des zweiten einfachen Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes koppelbar ist. Somit stützt sich das Reaktionsmoment des Sonnenrades im ersten Gang über den Freilauf an dem ohnehin in diesem Gang festgebremsten Steg des zweiten Planetengetriebes ab. Im zweiten Gang hebt der Freilauf von diesem Steg ab, ebenso auch in allen anderen Gängen. Im Rückwärtsgang muß das Sonnenrad des weiteren Getriebes vom Freilauf gelöst und über die Klauenkupplung mit dem Sonnenrad des zweiten einfachen Planetengetriebes gekoppelt werden, so daß das Getriebe hier wieder als höheres Koppelgetriebe läuft. Falls der siebte Gang in diesem Getriebe nicht benötigt wird, kann die Kupplung zum Festbremsen des Steges des weiteren Getriebes wegfallen. Dadurch können beträchtliche Kosten und Reibleistungen eingespart werden (Fig. 8a und 8b). Erstaunlicherweise sind bei diesem erfindungsgemäßen Getriebe zum Lastschalten von sechs ideal abgestuften Vorwärtsgängen nur zwei Kupplungen, zwei Bremsen und ein Freilauf erforderlich. Somit wird ohne Vergrößerung der Anzahl an Reibungselementen die Anzahl der Vorwärtsgänge gegenüber dem Simpsonsatz verdoppelt.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß gemäß Anspruch 16 das Sonnenrad des weiteren Getriebes mittels einer Doppelklauenkupplung (z. B. mit Synchronisierung) wahlweise entweder mit den beiden Sonnenrädern des elementaren Koppelgetriebes oder mit einer dritten Bremse kuppelbar ist (Fig. 9). Dadurch ist sichergestellt, daß auch im 1. Gang bei diesem 6-Gang-Getriebe eine Motorbremsung unter Last schaltbar möglich ist, ohne daß diese dritte Bremse zusätzliche Verlustleistungen in den anderen Gängen erzeugt, weil sie abkuppelbar ist.
Die Ausbildung nach Anspruch 17, bei der das weitere Getriebe zwischen den beiden einfachen Planetengetrieben des elementaren Koppelgetriebes angeordnet ist, ist in verschiedener Hinsicht vorteilhaft, wie das nachfolgend erläutert ist.
Die einfachste Konstruktion für das Umschalten vom Vorwärtsgang auf den Rückwärtsgang besteht im Verschieben einer Muffe mit Hilfe einer Schaltgabel oder ähnlichen Mitteln. Eine einfache Lösung ist dadurch gegeben, daß gemäß Anspruch 18 und 19 der Steg des weiteren Getriebes mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes über eine Schiebemuffe mit innerer Klauenverzahnung verdrehfest verbunden ist und diese Muffe am Gehäuse eingerastet werden kann und daß zugleich eine zu ihr verdrehbare zweite Schiebe-Muffe in ihrem Inneren beim Verschieben mit bewegt wird zum Überbrücken des Freilaufs, so daß in einer ersten axialen Stellung nur der Freilauf kuppelt, in einer zweiten Stellung dieser überbrückt und in einer dritten Stellung zusätzlich der Steg des weiteren Getriebes zusammen mit dem Steg des ersten und dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes mit dem Gehäuse verdrehfest abgebremst ist (Fig. 10). Somit ist in der ersten Stellung das Sonnenrad des weiteren Getriebes über den Freilauf und die Bremse des zweiten Planetengetriebes gegen das Gehäuse abgestützt für den ersten Gang unter Zug. In der zweiten Stellung wird der Freilauf gesperrt, so daß Motorbremsung möglich ist für einen Geländefahrbereich bei starkem Gefälle. In der dritten Stellung wird die Schiebemuffe mit ihrer inneren Klauenverzahnung in eine entsprechende Außenverzahnung am Gehäuse eingerastet, so daß der Steg des ersten Planetengetriebes, das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes und der Steg des weiteren Getriebes still steht. Der Rückwärtsgang bildet sich dann in überschaubarer Weise durch entsprechende Hintereinanderschaltung der drei Getriebe.
Während hier beim Schalten des Rückwärtsganges zugleich zwei Klauenverzahnungen eingerastet werden müssen, kann das dadurch vermieden werden, daß gemäß Anspruch 20 zum Schalten des Rückwärtsganges das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mit dem Sonnenrad des weiteren Getriebes über die innere Muffe verdrehstarr verkuppelbar ist. Im Rückwärtsgang arbeitet das Getriebe wieder als höheres Koppelgetriebe mit entsprechend kurzer Rückwärtsgangübersetzung (Fig. 11).
Eine Vergrößerung der Gangzahl auf drei Spargänge und somit der Spreizung zur Verbesserung der äußeren Ökonomie ist auch bei dieser Ausführung dadurch möglich, daß gemäß Anspruch 21 die äußere Schiebemuffe durch eine dritte Reibungsbremse gegen das Gehäuse festbremsbar ist, wobei dann zweckmäßig zur Einsparung von Bauraum und Herstellaufwand das Sonnenrad des weiteren Getriebes wieder mit dem Steg des zweiten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes durch die innere Schiebemuffe koppelbar ist zum Schalten des Rückwärtsganges (Fig. 12). Zwar ist dann der Rückwärtsgang im Betrieb als Gruppengetriebe wesentlich länger; zusammen mit einem Drehmomentwandler jedoch immer noch ausreichend übersetzt. Auf diese Weise entsteht ein Siebenganggetriebe, welches drei ins Langsame übersetzende Gänge, einen direkten Gang und drei ins Schnelle übersetzende Gänge aufweist mit einer Gesamtspreizung phi&sim;8. Dieses Getriebe besitzt einen sehr hohen Ökonomiewert, weil alle Reibungsbremsen mit Ausnahme des direkten Ganges stets wesentlich geringere Drehzahlen ausführen als die Motordrehzahl und eine große Spreizung vorliegt.
In den restlichen Unteransprüchen sind noch weitere vorteilhafte Ausführungsformen für das erfindungsgemäße Getriebe angegeben, sowie noch Angaben gemacht über vorteilhafte Zähnezahlverhältnisse der wichtigen, an der Übersetzung beteiligten Zahnräder.
Die kompakteste Getriebekonstruktion ist insbesondere dann gegeben, wenn der Zahnradsatz eine geschlossene Einheit darstellt, d. h. wenn keine Kupplungs- oder Freilaufglieder zwischen den einzelnen Planetenradsätzen angeordnet sind. Ferner ist es vorteilhaft, wenn mehrere Planetenträger zu einem einzigen vereinigt werden können, wobei u. U. sogar mehrere Planetenräder auf derselben Planetenachse gelagert sein können. Auf diese Weise kann der Fertigungsaufwand für das Getriebe beträchtlich reduziert werden (Fig. 15-18, 20).
Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ist es möglich, daß der Zahnradsatz gemäß dem Anspruch 22 ausgeführt wird. Zugleich erhält man brauchbare Übersetzungen, wenn das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes gleichgroß ist wie das Sonnenrad des weiteren Getriebes und das Hohlrad des ersten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes gleichgroß ist wie das erste Hohlrad des weiteren Getriebes. In diesem Falle kann das Planetenrad des ersten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes auf derselben Achse gelagert werden, wie das breite Planetenrad des weiteren Getriebes. Da ohnehin die beiden zugehörigen Stege zu einem einzigen Steg vereinigt sind, ergibt sich eine wesentliche Fertigungsvereinfachung und eine sehr kompakte Konstruktion (Fig. 20).
Wird nun eine solche Konstruktion nach dem Anspruch 26 ausgeführt, dann ist es möglich, daß die Übersetzung des ersten Ganges durch Hintereinanderschaltung des ersten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes mit dem weiteren Getriebe gebildet wird, indem alle drei Sonnenräder stillstehen, wobei das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes und dasjenige des weiteren Getriebes die Reaktionsmomente aufnehmen, indem diese gegen das Gehäuse festgebremst werden. Dadurch kann die Kupplung zwischen dem Steg und dem zweiten Hohlrad des weiteren Getriebes wesentlich kleiner dimensioniert werden, was vor allem in den Spargängen zu Reibleistungseinsparungen und somit zur Wirkungsgradverbesserung führt. Ferner ist der Bauraum kleiner. Die beiden möglichen Übersetzungen für den ersten Gang liegen sehr nahe beieinander, so daß für den Zugbetrieb die eine mit Freilaufabstützung, für den Schub die andere benutzt werden kann (Fig. 18, 20).
Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung als erläuternde Beispiele beschrieben. Dabei sind wegen der Vollständigkeit der aus den Getriebeschemen ersichtlichen Verknüpfungen der Getriebeelemente und der in den Tabellen enthaltenen Schaltschemen und Angaben über Zähnezahlen wesentliche Merkmale der Erfindung, die in der Beschreibung nicht oder nur zum Teil enthalten sind, aus den Zeichnungen ersichtlich.
In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1a bis 12a und 14a bis 19a jeweils schematisch die obere Hälfte eines Längsschnitts durch ein Getriebe, und die Fig. 1b bis 12b und 14b bis 19b jeweils das zugehörige Schaltschema mit Angaben der bevorzugten Zähnezahlen und die damit erzielbaren Übersetzungen.
Fig. 1 zeigt ein Getriebe gemäß den Ansprüchen 1 bis 5.
Des weiteren zeigt
Fig. 2 ein Getriebe gemäß dem Anspruch 6,
Fig. 3 ein Getriebe gemäß dem Anspruch 7,
Fig. 4 ein Getriebe gemäß Anspruch 8,
Fig. 5 ein Getriebe gemäß Anspruch 9,
Fig. 6 ein Getriebe gemäß Anspruch 11,
Fig. 7 eine interessante Variante des Getriebes gemäß Anspruch 11 in integrierter Bauweise, bei der die Gesamtspreizung wesentlich vergrößert wurde durch Schaffung eines noch kürzer übersetzten, zusätzlich ersten Ganges,
Fig. 8 ein Getriebe ähnlich dem in Fig. 7 dargestellten, jedoch wesentlich verbilligt und mit einem Rückwärtsgang, der als höheres Koppelgetriebe gebildet ist gemäß Anspruch 15,
Fig. 9a ein Getriebe gemäß dem Anspruch 16 mit sechs unter Last schaltbaren Vorwärtsgängen, wobei die Friktionsverluste durch Reibelemente auf ein Minimum reduziert sind,
Fig. 10 eine Variante des Getriebes gemäß Fig. 9 gegenüber Anspruch 17, bei der ebenfalls im ersten Gang eine Motorbremsung möglich ist, jedoch unter Vermeidung höherer Reibungsverluste in der dritten Bremse für das Sonnenrad,
Fig. 11 ein weiteres Getriebe gemäß Anspruch 17 und 18, welches im ersten Gang eine Motorbremsung als Geländegang zuläßt, kurze Rückwärtsgänge ermöglicht als Reihen- oder höheres Koppelgetriebe und trotzdem zusätzliche Reibleistung vermeidet,
Fig. 12 ein Siebenganggetriebe gemäß Anspruch 21 in einer besonders wirtschaftlichen Ausführung.
Fig. 13 veranschaulicht anhand eines Motor-Getriebe-Fahrzeugkennfeldes die hervorragende Einsparungsmöglichkeit für den Kraftstoffverbrauch durch das erfindungsgemäße Getriebe,
Fig. 14a bis 16b zeigen besonders kompakte Konstruktionen für den Zahnradsatz, wobei alle drei Planetengetriebe äußerst eng fest verkuppelt sind, wobei daran gedacht ist, daß der Steg S 1 und Steg S 3 zu einem einzigen verschmolzen ist,
Fig. 14 zeigt ein Getriebe nach Anspruch 22, das wie die Getriebe nach den Fig. 15 bis 18 besonders kompakt ist,
Fig. 15 ein Getriebe nach Anspruch 24,
Fig. 16 ein Getriebe nach Anspruch 25,
Fig. 17 ein Getriebe nach Anspruch 22,
Fig. 18 ein Getriebe nach Anspruch 22 und
Fig. 19 ein Getriebe, bei dem das weitere Getriebe Stufenplaneten aufweist, nach Anspruch 33,
Fig. 20 zeigt den Längsschnitt eines Getriebes nach Fig. 18 stärker detailliert.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Getriebes wird am besten anhand der gegenüber Fig. 1 nur wenig aufwendigeren Konstruktion nach Fig. 2 erläutert.
Das Getriebe besteht aus einem Simpsonsatz mit den beiden einfachen Planetengetrieben I und II und einem zweifach angekoppelten weiteren Getriebe III mit zwei Hohlrädern 7 und 10 und zwei miteinander kämmenden Planetenrädern 8 und 9.
Das Eingangsdrehmoment wird in allen Gängen über die Eingangswelle A auf das Hohlrad 3 gegeben und stammt entweder als höherer Wert von der Turbine T des Drehmomentenwandlers oder als einfaches Motormoment direkt von der "Lock up"-Kupplung L. Die Wahl, von welcher dieser beiden Komponenten des Wandlers das Eingangsdrehmoment auf das Hohlrad 3 übertragen wird, hängt von dem eingeschalteten Gang, von der Motordrehzahl und auch von der Art des Fahrzeuges ab. Sie hat wesentlichen Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit des Getriebes, ist aber nicht Gegenstand der Erfindung.
Gemäß Fig. 2b ist in allen Vorwärtsgängen die Abtriebsklauenkupplung 22 geschlossen.
Im ersten Gang ist die Kupplung 20 geschlossen und der Schaltfreilauf 90 stützt sich am Gehäuse (schraffiert angedeutet) ab. Bei Motorbremsung muß die Bremse 61 geschlossen sein. In diesem Gang arbeitet das Getriebe in bekannter Weise als elementares Koppelgetriebe. Das gesteigerte Drehmoment fließt vom Steg S 1 des ersten einfachen Planetengetriebes I über die Kupplung 20 und Klauenkupplung 22 an die Abtriebswelle B.
Beim Schalten in den zweiten Gang wird lediglich die Bremse 60 geschlossen. Dadurch hebt der Freilauf 90 vom Gehäuse ab. Das erste einfache Planetengetriebe I arbeitet mit stillstehendem Sonnenrad 1, der Steg S 1 dreht sich entsprechend schneller als im ersten Gang und leitet sein gegenüber dem ersten Gang vermindertes Drehmoment auf dem gleichen Weg an die Abtriebswelle B weiter.
Diese beiden Funktionen sind beim Simpsonsatz als erster und zweiter Gang bekannt.
Beim Schalten in den dritten Gang wird die Bremse 60 geöffnet und die Kupplung 21 geschlossen. Dadurch ist das gesamte Getriebe en bloc geschaltet, es läuft somit im direkten Gang. Solange auch noch die Kupplung 20 geschlossen bleibt, wirkt diese en bloc-Schaltung auch bei Motorbremsung und die Stützwirkung des Overdrive-Freilaufs 91 ist noch nicht wirksam.
Bei positiver Last, also unter Zug, kann die Kupplung 20 geöffnet werden. Der en bloc-Betrieb des gesamten Getriebes bleibt erhalten, weil der Overdrive-Freilauf 91 eine Vorwärtsdrehung des ersten Hohlrades 7 des weiteren Getriebes III gegenüber dessen Steg S 3 verhindert. Somit ist auch bei geöffneter Kupplung 20 der direkte dritte Gang eingeschaltet. In kinematischer Hinsicht handelt es sich hier ebenfalls um ein elementares Koppelgetriebe zwischen dem ersten einfachen Planetengetriebe I des Simpsonsatzes und dem angekoppelten weiteren Getriebe III. Wenn man für die Zähnezahlen die Werte gemäß Fig. 2b zugrunde legt, erhält man für den Freilauf 91 eine Momentenbelastung von 47,4% des Getriebeeingangsmomentes bei A.
Beim Schalten in den vierten Gang (erster Spargang) bleibt die Kupplung 21 geschlossen und es wird lediglich die Bremse 60 geschlossen. Dadurch wird das Sonnenrad 1 und zugleich das Hohlrad 7 festgehalten. Das erste einfache Planetengetriebe I läuft mit dem angekoppelten Getriebe III in Reihenschaltung. Dabei hebt der Freilauf 91 ab, da der Steg S 3 des Getriebes III jetzt positiv umläuft gegenüber dem Hohlrad 7, welches still steht. Es ergibt sich eine erste Spargangübersetzung ins Schnelle, wie in Fig. 2b angegeben.
Beim Schalten vom vierten Gang in den fünften Gang (zweiter Spargang) wird die Bremse 60 geöffnet, die Bremse 61 geschlossen bei weiterhin geschlossener Kupplung 21. In diesem Betriebszustand dreht sich der Steg S 1 des ersten einfachen Planetengetriebes I des Simpsonsatzes und über die Kupplung 21 mit ihm gekoppelt auch der Steg S 3 des angekoppelten Getriebes III mit geringerer Drehzahl als beim vierten Gang und führt dieselbe Drehzahl aus wie im ersten Gang. Die Sonnenräder 1 und 4 des Simpsonsatzes jedoch drehen sich zusammen mit dem ersten Hohlrad 7 des Getriebes III in umgekehrter Richtung. Das Getriebe arbeitet als sogenanntes "höheres Koppelgetriebe" mit der in Fig. 2b angegebenen idealen zweiten Spargangübersetzung ins Schnelle.
Im Rückwärtsgang ist die Abtriebswelle B über die Klauenkupplung 23 mit dem Steg S 3 des Getriebes III gekoppelt. Ferner ist die Bremse 61 und die Kupplung 20 geschlossen. Wiederum dreht sich der Steg S 1 des ersten einfachen Planetengetriebes I des Simpsonsatzes mit derselben Drehzahl wie im ersten Gang, ist jedoch dieses Mal mit dem zweiten Hohlrad 10 des Getriebes III gekoppelt. Zugleich drehen sich wieder die Sonnenräder 1 und 4 des Simpsonsatzes zusammen mit dem ersten Hohlrad 7 des Getriebes III in umgekehrter Richtung. Das Getriebe arbeitet auch hier als "höheres Kuppelgetriebe" mit der in Fig. 2b angegebenen idealen Rückwärtsgangübersetzung.
Die in Fig. 3 dargestellte Alternative für den Rückwärtsgang sieht lediglich eine Reihenschaltung des im ersten Gang arbeitenden Simpsonsatzes vor, diesmal jedoch über die rückwärts laufenden Sonnenräder 1 und 4 und das mit diesen festgekoppelte erste Hohlrad 7 des Getriebes III. Über die Klauenbremse 62 wird das Sonnenrad 11 des in diesem Falle als reduziertes Koppelgetriebe zu bezeichnenden Getriebes III festgehalten; die beiden Kupplungen 20 und 21 sind geöffnet. Dabei ergibt sich die in Fig. 3b angegebene längere Rückwärtsgangübersetzung.
Wie man Fig. 4 entnehmen kann, besteht bei dem Getriebe gemäß der Erfindung überraschenderweise die Möglichkeit, zwischen die ursprünglichen Gänge des Simpsonsatzes Zwischengänge einzuschieben, was für sportliche Pkw's und für Nutzfahrzeuge sehr nützlich ist. Kinematisch ist dabei der zweite Gang in Fig. 4 interessant. Bei geschlossener Kupplung 20 (wie im ersten Gang) und geschlossener Bremse 62 arbeitet nunmehr das erste einfache Planetengetriebe I des Simpsonsatzes mit dem angekoppelten weiteren Getriebe III als elementares Koppelgetriebe zusammen und ergibt auf diese Weise bei der gegebenen Zähnezahlauslegung einen idealen Zwischengang. Im Zusammenhang mit der zusätzlichen Bremse 62 besteht auch noch die Möglichkeit, zwischen den zweiten und den dritten Gang des ursprünglichen Simpsonsatzes eine weitere brauchbare Übersetzung zu schalten ohne Änderung der Zahnräder. Hierbei müssen die beiden Kupplungen 20 und 21 offen und die Bremsen 62 und 61 geschlossen sein. Der Simpsonsatz arbeitet hier wieder im Koppelbereich und ist über seine Sonnenräder 1 und 4 und das erste Hohlrad 7 mit dem angekoppelten Getriebe III in Reihe geschaltet.
Auf diese Weise ist ein Siebenganggetriebe entstanden mit enger Getriebestufung; die Gesamtspreizung hat sich aber dabei nicht verändert. Eine größere Spreizung wäre jedoch für Nutzfahrzeuge wünschenswert wegen des größeren Zugkraftangebots. Eine solche Möglichkeit ist in Fig. 5 gezeigt, die noch eine Bremse 63 zum Festbremsen des Steges S 1 des ersten einfachen Planetengetriebes I des Simpsonsatzes vorsieht. Durch einfaches Hintereinanderschalten zweier Standgetriebe I und III durch Schließen der Bremsen 63 und 62 bei geöffneten Kupplungen 20 und 21 entsteht ein achter Gang als dritter Spargang.
Es soll noch erwähnt werden, daß auch bei den Ausführungen gemäß der Fig. 4 und 5 die Möglichkeit besteht, das Problem des Rückwärtsganges gemäß Fig. 3 zu lösen. Besonders bei einer bestimmten Art von Baumaschinen oder bei Fahrzeugen für militärische Zwecke ist es sogar denkbar, daß gleichzeitig beide Rückwärtsgänge in ein und demselben Getriebe vorgesehen werden, damit zwei Geschwindigkeitsbereiche auch bei Rückwärtsfahrt zur Verfügung stehen, ohne daß ein zusätzliches Reversiergetriebe notwendig ist.
Bei den Lösungen gemäß Fig. 1, 2, 4 und 5 kann es von Vorteil sein, daß zwischen die Koppelwelle 12 und das Hohlrad 10 im angekoppelten Getriebe III ein Freilauf eingefügt ist, der in den ins Langsame übersetzenden Gängen das Abtriebsdrehmoment übernimmt. Dadurch kann die Kupplung 20 wesentlich kleiner ausgeführt werden, weil sie nur noch bei Motorbremsung und im Rückwärtsgang betätigt wird. Die Reibungsverlustleistung der Kupplung in den Spargängen ist dann reduziert. Zugleich kann dann der Freilauf 91 entfallen, weil seine Funktion vom Freilauf 95 übernommen wird. Zu beachten ist dann allerdings, daß bei vorhandenem Freilauf 90 keine Neutralstellung vorhanden ist, weil das gesamte Getriebe von A nach B in Richtung der Motordrehzahl zwangsläufig wird. Man kann dieser Schwierigkeit aus dem Wege gehen, wenn man auf den Freilauf 90 verzichtet. Besonders bei den Ausführungen nach Fig. 4 und 5 kann man dies ohne Not tun, weil dort der Schaltsprung vom ersten in den zweiten Gang sehr viel kleiner ist. In diesem Falle ist es zweckmäßig, daß man bei diesen Lösungen gemäß Fig. 4 und 5 auf den vierten Gang verzichtet und statt dessen einen Schaltfreilauf in die Bremse 60 integriert, wie dies bekannt ist. Natürlich ist dies auch bei den Lösungen gemäß Fig. 1-3 möglich bei gleichzeitigem Vorhandensein des Freilaufs 90. Der Vorteil dieses Schaltfreilaufs liegt in der Tatsache, daß die Schaltung in den direkten Gang wesentlich erleichtert, vereinfacht und komfortabler wird. Besonders bei Pkw-Getrieben kommt diese Schaltung sehr oft vor, weil dieser Übersetzungsbereich des Getriebes im Hauptfahrbereich des Fahrzeugs liegt.
Man kann anhand der Fig. 13 sehr leicht die durch den zweiten Spargang gemäß der Auslegung von Fig. 2 erzielbaren Kraftstoffeinsparungen zahlenmäßig ermitteln. Es sind dort die Fahrwiderstandslinien für den direkten Gang mit der Übersetzung 1 : 1, den ersten Spargang mit der Übersetzung 0,76 und den zweiten Spargang mit der Übersetzung 0,62 über der Motordrehzahl eingetragen. Gleichzeitig sind auch die Linien gleicher Fahrzeuggeschwindigkeit, d. h. gleicher Motorleistung in der Ebene für die Geschwindigkeiten 90, 120 und 160 km/h eingetragen. Zusammen mit den Verbrauchskennlinien des Motors kann man nun eine relative Aussage machen über die Wirksamkeit der Getriebekennlinien auf die äußere Ökonomie des Fahrzeugs.
Als erstes erkennt man deutlich, daß nur der zweite Spargang mit der Übersetzung 0,62 überhaupt die Möglichkeit bietet, während der Fahrt in der Ebene den optimalen Verbrauchsbereich des Motors zu nutzen, denn nur diese Fahrwiderstandslinie verläuft durch die optimale Verbrauchsinsel mit einem Kraftstoffverbrauchswert von 245 g/kwh. Wie man leicht erkennen kann, liegt dieser Optimalwert von 245 g/kwh im zweiten Spargang bei dieser Motor-Getriebe-Fahrzeugkombination etwa bei 170 km/h und bei einer Motordrehzahl von ca. 2850 U/min. Würde man dieselbe Geschwindigkeit im direkten Gang fahren, wie dies bei den meisten Getrieben heute der Fall ist, läge der Kraftstoffverbrauch des Motors bei 280 g/kwh und bei einer Motordrehzahl von ca. 4600 U/min. Der Kraftstoffverbrauch wäre somit um 14,3% höher.
Im unteren Geschwindigkeitsbereich wirkt sich diese Möglichkeit des zweiten, lang übersetzten Sparganges noch vorteilhafter aus. So ist beispielsweise die Kraftstoffeinsparung bei 120 km/h von oben nach unten gerechnet ca. 17%, und ganz dramatisch wird die Einsparung bei 90 km/h mit einem Wert von ca. 26% gegenüber dem direkten Gang. Selbst gegenüber den Verbräuchen im ersten Spargang erzielt man mit dem zweiten Spargang noch Verbrauchsverbesserungen zwischen 4 und 10%.
Wie schon eingangs angedeutet, ist bei diesen Betrachtungen natürlich vorausgesetzt, daß der Drehmomentenwandler durch die "Lock"-Kupplung (L) zumindest im unteren Drehzahlbereich des Motors überbrückt ist.
In Fig. 7 ist eine Getriebekonstruktion gemäß der Erfindung dargestellt, bei der ein wesentlich kürzer übersetzter Gang dadurch gegeben ist, daß die ursprüngliche erste Gang-Übersetzung des Simpsonsatzes noch einmal durch das angekoppelte Getriebe ins Langsame übersetzt wird, indem das innen liegende Sonnenrad 11 des reduzierten Koppelgetriebes III über den Freilauf 94 und den Steg S 2 festgehalten wird. Der als Koppelgetriebe arbeitende Simpsonsatz wird mit dem angekoppelten Getriebe III in Gruppe geschaltet. Der Rückwärtsgang wird durch Hintereinanderschalten aller drei Planetensätze gebildet.
Ein besonders attraktives Sechsganggetriebe beispielsweise für schwere Personenkraftwagen ist in Fig. 8 dargestellt. Der erste Gang wird wieder durch Gruppenschaltung des Simpsonsatzes I, II mit dem angekoppelten Getriebe III gebildet, wobei das Sonnenrad 11 des angekoppelten Getriebes über einen Freilauf 94 am Steg S 2 und über die Bremse 68 am Gehäuse abgestützt wird. Beide Reaktionsglieder stützen sich somit an der Bremse 68 ab. Der Rückwärtsgang ergibt sich dadurch als höheres Koppelgetriebe, daß das Sonnenrad 11 des angekoppelten Getriebes III mit dem zweiten Sonnenrad 4 des Simpsonsatzes starr gekoppelt ist. Natürlich ist bei dieser Version eine Motorbremsung im ersten Gang nicht möglich. Um trotzdem eine Motorbremsung durchführen zu können bei sonst gleicher Gesamtkinematik wäre eine Getriebeausführung gemäß Fig. 11 notwendig, bei der mittels der inneren Schiebemuffe 15 der Freilauf über die Klauenkupplung 39 gesperrt werden kann. In Fig. 12 ist noch eine Möglichkeit gezeigt, wie man bei gleicher Kinematik ein Siebenganggetriebe schaffen kann, in dem die äußere Schiebemuffe 13 gegen das Gehäuse mittels einer Reibungsbremse 76 abgebremst werden kann.
Eine im Bezug auf die Geländegängigkeit kompromißlose Lösung ist in Fig. 9 dargestellt, bei der das Sonnenrad 11 in jedem Falle am Gehäuse unter Last abgebremst werden kann in beiden Drehrichtungen.
Selbstverständlich ist auch bei dieser Getriebeausführung gemäß der Erfindung die Möglichkeit gegeben, daß der Steg S 3 des angekoppelten Getriebes III und damit auch der Steg S 1 des ersten Planetengetriebes I und das Hohlrad 6 des zweiten einfachen Planetengetriebes II mittels einer vierten Reibungsbremse gegen das Gehäuse festgebremst werden kann. Dadurch entsteht wie in Fig. 7 durch den Betrieb als Standgetriebe ein weiterer dritter Gang ins Schnelle, hier jedoch mit einer Übersetzung von 0,48. Hierbei muß die Kupplung 28 geschlossen sein. In diesem Falle muß dann allerdings auf den Freilauf 90 verzichtet werden.
Derartige Automatgetriebe müssen in der Regel für einen sehr großen Leistungsbereich verschiedener Motoren verwendbar sein. Aus diesem Grunde ist es wichtig, daß sowohl der Zahnradsatz als auch die Bestückung der Reibelemente variierbar ist. Beim Zahnradsatz ist in dieser Hinsicht besonders das erste einfache Planetengetriebe I von Bedeutung, weil dessen Ganganteil praktisch 100% ist. Für hohe Leistungen ist es deshalb wichtig, daß dort anstelle von drei unter Umständen fünf Planeten am Umfang angeordnet werden können. Wegen der Einbaukriterien ist dies nur in diskreten Fällen möglich. Einige Beispiele sind in den Fig. 1, 2, 3, 4, 5, 7 und 11 gemäß den Zähnezahlen der Räder 1 und 3 angegeben.
Für Personenkraftwagen sind die Getriebeausbildungen gemäß den Fig. 3, 18 und 20 bevorzugt, während für Last- und Nutzfahrzeuge die Getriebe gemäß den Fig. 7 bis 9 und 16 bevorzugt werden.
Zur Fig. 20 ist darauf hinzuweisen, daß diese eine bauliche Ausführungsmöglichkeit für das Getriebe gemäß Fig. 18 zeigt. Man erkennt aus Fig. 20, wie kurz und mit welch geringer radialer Ausdehnung ein derartiges Getriebe verwirklicht werden kann.
Gleiche Teile tragen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 18.
Die Erfindung ist nicht auf eine Ausbildung des weiteren Getriebes mit zwei Hohlrädern und zwei miteinander kämmenden Planetenrädern beschränkt, wenn auch eine solche bevorzugt ist. So ist beispielsweise auch eine Ausbildung des Getriebes nach der Erfindung gemäß Fig. 19 möglich. Diese zeigt eine Ausbildung des weiteren oder angekoppelten Getriebes III, bei welcher ein Sonnenrad 7 mit einer Stufe 8 eines Stufenplanetenrades kämmt. Die zweite Stufe 9 des Stufenplanetenrades kämmt wiederum mit einem Hohlrad 10. Im übrigen entspricht diese Konstruktion im wesentlichen der gemäß Fig. 2.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Inhalt der Fig. 1b bis 12b und 14b bis 19b lediglich aus Platzgründen nicht in der Beschreibung ausführlich wiedergegeben, sondern in der bei der Beschreibung von Kfz-Planetengetrieben üblichen Kurzform der Tabelle offenbart ist. Ihr Inhalt ist erfindungswesentlich.
Ebenso sind alle aus den Fig. 1a bis 12a und 14a bis 19a ersichtlichen Schaltungselemente wesentlicher Gegenstand der vorliegenden Erfindung und zwar insbesondere in den aus den genannten Figuren ersichtlichen Kombinationen.

Claims

1. Automatisches Kraftfahrzeugumlaufgetriebe mit mindestens fünf Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang mit folgenden Merkmalen:

1. das Getriebe weist ein Gehäuse, eine einzige sowohl in den Vorwärtsgängen als auch im Rückwärtsgang den Antrieb einleitende Antriebswelle (A) und eine Abtriebswelle (B) auf;

2. ein elementares Koppelgetriebe aus zwei einfachen Planetengetrieben (I, II) - vorzugsweise ein Simpsonsatz - ist vorgesehen;

3. Die Sonnenräder (1, 4) der Planetengetriebe (I, II) sind miteinander gekoppelt;

4. der Steg (S 1) eines ersten (I) der beiden Planetengetriebe ist mit dem Hohlrad (6) des zweiten (II) der beiden Planetengetriebe gekoppelt;

5. das Hohlrad (3) des ersten (I) Planetengetriebes ist in allen Vorwärtsgängen und im Rückwärtsgang mit der Antriebswelle (A) gekoppelt;

6. der Steg (S 2) des zweiten (II) Planetengetriebes ist gegen das Gehäuse festbremsbar;

7. die Sonnenräder (1, 4) der beiden Planetengetriebe (I, II) sind gegen das Gehäuse festbremsbar;

8. an das elementare Koppelgetriebe (I, II) ist ein weiteres Umlaufgetriebe (III) zweifach angekoppelt oder ankoppelbar;

9. das weitere Getriebe (III) ist ein Minusgetriebe mit wenigstens zwei Zentralrädern (10, 7, 11), von denen wenigstens eines (10, 7) ein Hohlrad ist, einem Steg (S 3) und einem Planetenrad;

10. das weitere Getriebe (III) ist durch Kupplungen (20, 21, 27, 34, 37, 42, 45, 46, 47, 48, 50) verblockbar;

11. die Antriebswelle (B) ist mit dem bzw. einem Hohlrad (10) des weiteren Getriebes (III) gekoppelt oder koppelbar;

12. der Rückwärtsgang wird durch Änderung der Schaltung des elementaren Koppelgetriebes (I, II) und des weiteren Getriebes (III) bewirkt;

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

13. zwischen dem Steg (S 1 ) des ersten (I) Planetengetriebes des elementaren Koppelgetriebes (I, II) und dem Steg (S 3) des weiteren Getriebes (III) ist eine Koppeleinrichtung vorgesehen;

14. das weitere Getriebe besitzt zwei miteinander gekoppelte oder miteinander im Eingriff befindliche Planetenräder (8, 9), von denen jedes mit einem anderen der beiden Zentralräder (7, 10) des weiteren Getriebes (III) kämmt;

15. die Sonnenräder (1, 4) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) sind mit einem ersten Zentralrad (7) des weiteren Getriebes (III) gekoppelt oder koppelbar;

16. die Koppeleinrichtung zwischen dem Steg (S 1) des ersten Planetengetriebes (I) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) und dem Steg (S 3) des weiteren Getriebes (III) ist starr (unlösbar) oder lösbar.

2. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Getriebe (III) als Zentralräder zwei Hohlräder (7, 10) aufweist, mit denen die beiden Planetenräder (8, 9) kämmen, die auch miteinander kämmen.

3. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im weiteren Getriebe (III) ein breites Planetenrad (8) mit einem das erste Zentralrad bildenden ersten Hohlrad (7) und ein schmales Planetenrad (9) mit einem das zweite Zentralrad bildenden zweiten Hohlrad (10) kämmt.

4. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (S 1) des ersten Planetengetriebes (I) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) über eine Reibkupplung (20, 27, 34, 42) mit einem das zweite Zentralrad des weiteren Getriebes (III) bildenden zweiten Hohlrad (10) koppelbar ist.

5. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückwärtsgang die Antriebswelle (B) an den Steg (S 3) des weiteren Getriebes (III) angekoppelt ist (Fig. 1, 2, 4, 5).

6. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Zentralrad (7) und dem Steg (S 3) des weiteren Getriebes (III) eine das Voreilen des Stegs (S 3) erlaubende Freilaufkupplung (91) angeordnet ist (Fig. 2, 3, 4, 5).

7. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß im weiteren Getriebe (III) ein Sonnenrad (11) mit dem Planetenrad (8) kämmt, das mit dem ersten Hohlrad (7) des weiteren Getriebes (III) kämmt (Fig. 3, 7-18).

8. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (S 3 ) des weiteren Getriebes (III) durch eine Reibungsbremse (62) gegen das Gehäuse festabbremsbar ist (Fig. 4-7).

9. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (S 1) des ersten Planetengetriebes (I) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) durch eine Reibungsbremse (63) gegen das Gehäuse festbremsbar ist (Fig. 5).

10. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (S 1) des ersten Getriebes (I) mit dem zweiten Zentralrad (Hohlrad 10) des weiteren Getriebes (III) über einen das Hohlrad (10) voreilen lassenden Freilauf gekoppelt ist (gestrichelt in Fig. 1).

11. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hohlrad (7) des weiteren Getriebes (III) - vorzugsweise über eine Doppelklauenkupplung (25, 26) - wahlweise entweder mit dem Steg (S 1) des ersten Planetengetriebes (I) oder mit den Sonnenrädern (1, 4) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) koppelbar ist (Fig. 6).

12. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) - vorzugsweise über eine Klauenkupplung (29) - mit dem Steg (S 2) des zweiten Planetengetriebes (II) des elementaren Koppelgetriebes koppelbar ist (Fig. 7, 8, 10, 11, 12).

13. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (S 3) des weiteren Koppelgetriebes (III) mit dem Hohlrad (6) des zweiten Planetengetriebes (II) des elementaren Koppelgetriebes fest gekoppelt ist (Fig. 7, 8, 9).

14. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) über einen Freilauf (94) mit dem Steg (S 2) des zweiten Planetengetriebes (II) des elementaren Koppelgetriebes gekoppelt ist, der durch eine Klauenkupplung (29, 36) sperrbar ist (Fig. 7, 10).

15. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) über Klauen (30, 31) wahlweise über einen Freilauf (94) mit dem Steg (S 2) oder mit dem Sonnenrad (4) des zweiten einfachen Planetengetriebes (II) des elementaren Koppelgetriebes koppelbar ist (Fig. 8).

16. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 7 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) - vorzugsweise mittels einer Doppelklauenkupplung (32, 33) - mit den Sonnenrädern (1 und 4) des elementaren Koppelgetriebes (1, 11) und/oder mit einer Bremse (72) koppelbar ist (Fig. 9).

17. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Getriebe (III) zwischen den beiden einfachen Planetengetrieben (I und II) des elementaren Koppelgetriebes angeordnet ist (Fig. 10-12, 14).

18. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelung des Steges (S 3) des weiteren Getriebes mit dem Hohlrad (6) des zweiten Planetengetriebes (II) des elementaren Koppelgetriebes über eine Schiebemuffe (13) mit einer inneren Klauenverzahnung bewirkt ist und daß in der Schiebemuffe (13) eine zweite Schiebemuffe (14) umlauffähig angeordnet ist, die weitere Koppelungen bewirken kann (Fig. 10 -12).

19. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schiebemuffe (13) am Gehäuse einrastbar ist und die innere Schiebemuffe (14) beim Verschieben der äußeren Schiebemuffe (13) zum Sperren des Freilaufs (94) mitbewegt wird (Fig. 10).

20. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einschalten des Rückwärtsganges das Sonnenrad (4) des zweiten Planetengetriebes (II) mit dem Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) über die innere Schiebemuffe (15) koppelbar ist (Fig. 11).

21. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schiebemuffe (13) durch eine dritte Reibbremse (76) gegen das Gehäuse festbremsbar ist, und daß das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) mit dem Steg (S 2) des zweiten Planetengetriebes (II) des elementaren Koppelgetriebes durch die innere Schiebemuffe (16) koppelbar ist (Fig. 12).

22. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 7, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (6) des zweiten Planetengetriebes (II), der Steg (S 1) des ersten Planetengetriebes (I) und der Steg (S 3) des weiteren Getriebes (III) gekoppelt sind (Fig. 14-19).

23. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) über eine Klauenkupplung (44) mit den beiden Sonnenrädern (1, 4) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) koppelbar ist (Fig. 14, 17, 18).

24. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) über zwei Reibungskupplungen (45, 46) und das erste Hohlrad (7) des weiteren Getriebes (III) über eine Klauenkupplung (47) und eine Reibungskupplung (46) mit den beiden Sonnenrädern (1, 4) des elementaren Koppelgetriebes koppelbar sind (Fig. 15).

25. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) und das erste Hohlrad (7) des weiteren Getriebes (III) verblockbar sind, und daß die Sonnenräder (1, 4) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) wahlweise über Reibungskupplungen (48, 49, 50) mit dem ersten Hohlrad (7) des weiteren Getriebes (III) koppelbar und über eine Bremse (81) gegen das Gehäuse festbremsbar sind (Fig. 16).

26. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) über einen Freilauf (52) gegen die beiden Sonnenräder (1, 4) des elementaren Koppelgetriebes abstützbar ist (Fig. 18 und Fig. 20).

27. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (1) des ersten Planetengetriebes (I) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) gleich groß ist wie das Sonnenrad (11) des weiteren Getriebes (III) und das Hohlrad (3) des ersten Planetengetriebes (I) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) gleich groß ist wie das erste Hohlrad (7) des weiteren Getriebes und die zugehörigen Planetenräder (2, 8) von einem gemeinsamen Steg auf einer gemeinsamen Achse getragen sind (Fig. 20).

28. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 3-26, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräder (3, 6) des elementaren Koppelgetriebes (Simpsonsatzes) (I, II) und das erste Hohlrad (7) des weiteren Getriebes (III) gleich groß sind und daß das zweite Hohlrad (10) des weiteren Getriebes (III) nur etwa 1,04-1,25mal so groß ist wie die vorgenannten Hohlräder (3, 6, 7).

29. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Sonnenrades (1) des ersten Planetengetriebes (I) sich zur Größe des Sonnenrades (4) des zweiten Planetengetriebes (II) des elementaren Koppelgetriebes (Simpsonsatzes) wie 0,8 bis 1,3 verhält.

30. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Größen aller drei Sonnenräder (1, 4, 11) gleich sind.

31. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größen der Hohlräder (3, 6) des elementaren Koppelgetriebes (I, II) und diejenige des zweiten Hohlrades (10) des weiteren Getriebes (III) gleich sind, daß die Größen aller drei Sonnenräder (1, 4, 11) gleich sind und daß die Größe des ersten Hohlrades (7) des weiteren Getriebes (III) etwa 1,04-1,25mal so groß ist wie die der anderen Hohlräder (3, 6, 10).

32. Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die drei gleichen Hohlräder doppelt so groß sind wie die Sonnenräder.

33. Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (8, 9) des weiteren Getriebes (III) als Stufenplaneten ausgebildet sind (Fig. 19a).