DE3503073C2 - Automatisches Getriebe für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Ein stufenloses Getriebe (3) mit einer Eingangswelle (1), einem Ausgangsteil (16) und einer Ausgangswelle (2) ist dadurch gekennzeichnet, a) daß ein Übersetzungsgetriebe (17-19) zwischen dem Ausgangsteil (16) und der Ausgangswelle (2) angeordnet ist, das die Obergrenze des Drehzahlverhältnisses zwischen der Ausgangswelle (2) und der Eingangswelle (1) auf 1 : 1 vergrößert, b) daß eine erste Einrichtung (28) vorgesehen ist, die feststellt, wenn das Drehzahlverhältnis auf 1 : 1 ansteigt, und eine zweite Einrichtung (30, 31) vorgesehen ist, die feststellt, wenn das Drehzahlverhältnis gegenüber 1 : 1 verkleinert werden soll, c) daß eine Kupplung (4) zwischen der Eingangswelle (1) und dem Ausgangsteil (16) angeordnet ist, die durch die erste Einrichtung (28) zum Einrücken und durch die zweite Einrichtung (30; 31) zum Ausrücken steuerbar ist, und d) daß eine Ausschalteinrichtung (22; 22a) vorhanden ist, die gleichzeitig mit der Kupplung (4) betätigbar ist, um das stufenlose Getriebe (3) auszuschalten.

Description

a) daß ein Obersetzungsgetriebe (17—19) zwischen dem Ausgangsteil (15,16) des stufenlosen Getriebes (3) und der Ausgangswelle (2) des Getriebes angeordnet ist, das die Obergrenze des Drehzahlverhältnisses zwischen der Ausgangswelle (2) und der Eingangswelle (1) des Getriebes auf 1 :1 vergrößert,

b) daß eine erste Einrichtung (28) vorgesehen ist, die einen Zustand ermittelt, wenn das vorgenannte Drehzahlverhältnis auf 1 :1 ansteigt, und eine zweite Einrichtung (30,31) vorgesehen ist, die einen Zustand ermittelt, wenn das vorgenannte Drehzahlverhältnis unter 1 :1 abfällt,

c) daß eine Kupplung (4) zwischen der Eingangswelle (1) und der Ausgangswelle (2) des Getriebes angeordnet ist, die durch ein von der ersten Einrichtung (28) erzeugtes Signal einrückbar und durch ein von der zweiten Einrichtung (30; 31) erzeugtes Signal ausrückbar ist, und

d) daß eine Ausschalteinrichtung (22; 22a) vorhanden ist, die gleichzeitig mit der Kupplung (4) betätigbar ist, um das stufenlose Getriebe (3) auszuschalten.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe aus einer Zahnradfolge (17—19) besteht, die ein Doppelzahnrad (18) umfaßt.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (17a—19a) aus einem Differentialgetriebe besteht.

Die Erfindung betrifft ein automatisches Getriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Bauart.

Es ist ein stufenloses Getriebe bekannt, das mehrere Planetenräder umfaßt, die eine konische Fläche aufweisen, die mit einem mittels einer Vcrsteüeinrichtun«* bewegbaren Ringteil reibschlüssig in Eingriff steht, eine Fläche mit konkavem Querschnitt aufweisen, die mit einer undrehbaren Scheibe reibschlüssig in Eingriff sieht, und eine ebene Fläche aufweisen, die mit einem an der Eingangswelle angeordneten Sonnenrad reibschlüssig in Eingriff steht. Ein derartiges stufenloses Getriebe ist in der JP-PS 11 20 097, der US-PS 42 32 561 und der DE-OS 28 25 730 beschrieben. Infolge seiner besonderen Drehmoment-Geschwindigkeit-Charakteristik kann dieses Getriebe ein sehr großes Drehmoment bei einer Drehzahl übertragen, die fast Null ist, wobei dieses Getriebe für Kraftfahrzeuge geeignet ist, und ein mit einem solchen stufenlosen Getriebe ausgerüstetes Kraftfahrzeug kann ohne Zuhilfenahme irgendeiner Kupplungseinrichtung in Gang gesetzt werden.

In den oben genannten Patentschriften ist auch eine Getriebebauart beschrieben, bei der die Drehbewegung

ίο des genannten Ringteils unterbunden und die Drehbewegung der genannten Scheibe auf ein Ausgangsteil übertragen wird. Diese Bauart eines Getriebes hat eine Drehmoment-Drehzahlcharakteristik ähnlich derjenigen der vorstehend erläuterten Getriebeart, und ein mit einem solchen Getriebe ausgerüstetes Kraftfahrzeug kann ebenfalls ohne Zuhilfenahme irgendeiner Kupplungseinrichtung in Gang gesetzt werden.

Eine solche Bauart eines automatischen Getriebes ist in der unter der Nummer 151 656/1984 offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-151 656 und in der unter der Nummer 166 754/1984 offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-166 754 offenbart

Wenn ein stufenlos regelbares Getriebe der vorstehend genannten Bauart in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, dann tritt ein Problem hinsichtlich der Lebensdauer des Getriebes auf. Das Planetenrad darf nämlich infolge der Verwendung eines bestimmten Bereichs oder bestimmter Bereiche über einen zu langen Zeitraum keine Abnutzungserscheinungen und Rillen auf seiner konischen Fläche aufweisen.

In der GB-PS 9 26 008 ist ein Getriebe für Kraftfahrzeuge mit einem stufenlos verstellbaren Planeten-Reibradgetriebe beschrieben, dem eine Kupplung zugeordnet ist, die eine Abtriebswelle in Abhängigkeit von deren Drehzahl entweder mit dem Ausgangsteil des Reibradgetriebes oder mit dessen Antriebswelle verbindet Diese durch Fliehkraft gesteuerte Kupplung arbeitet derart, daß die Abtriebswelle von der Antriebswelle getrennt ist, *venn sie mit dem Reibradgetriebe gekuppelt

ist und umgekehrt. Wenn die Abtriebswelle nach Überschreiten einer bestimmten Drehzahl durch die Kupplung unmittelbar mit der Antriebswelle gekuppelt und von dem Reibradgetriebe getrennt wird, dann wird durch das Reibradgetriebe kein Drehmoment mehr übertragen, und es läuft nur noch leer mit.

Die durch Fliehkraft gesteuerte Kupplung ist aber wegen ihrer Mehrfachfunktion verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und außerdem sind zwei zusätzliche Rutschkupplungen erforderlich, die die Drehzahlunterschiede ausgleichen, wenn während des Schaltvorganges die Abtriebswelle sowohl mit dem Reibradgetriebe als auch mit der Antriebswelle gekuppelt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stufenlos regelbares Reibradgetriebe, das für die automatische Kraftübertragung in Kraftfahrzeugen verwendbar ist, derart zu verbessern, daß die Lebensdauer des Getriebes erhöht wird, insbesondere daß das Planetenrad keine Verschleißerscheinungen und Rillen auf seiner konischen Fläche aufweist, wenn es über einen längeren

Zeitraum innerhalb eines bestimmten Übersetzungsbereiches oder innerhalb bestimmter Übersetzungsbereiche betrieben wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Das stufenlos regelbare Reibradgetriebe ist vorzugsweise von einer Bauart, die einen Untersetzungsbereich unter 1 :3 ermöglicht. Die Drehzahl des Ausgangstcils kann daher die Drehzahl der Eingangswelle selbst dann

nicht erreichen, wenn das axial verstellbare Ringteil in eine Position des maximalen Drehzahlverhältnisses bewegt wird.

Das dem Reibradgetriebe nachgesch-.dtete Übersetzungsgetriebe füllt die Lücke des fehlenden Drehzahlbereichs aus, so daß das Ausgangstwl des stufenlos regelbaren Reibradgetriebes die Ausgangswelle des Getriebes mit einer Drehzahl antreiben kann, die derjenigen der Eingangswelle entspricht Durch den Einbau des Übersetzungsgetriebes können die Eingangswelle und die Ausgangswelle des Getriebes in dem Augenblick synchronisiert werden, wenn das axial verstellbare Ringteil des stufenlos regelbaren Reibradgetriebes eine Stellung des maximalen Drehzahlverhältnisses erreicht Zur Begriffsvereinfachung werden nachfolgend die beiden Symbole »F« und »C« verwendet Das Symbol »F« bezeichnet eine Kraftübertragung über das stufenlos regelbare Reibradgetriebe, und das Symbol »C« bezeichnet eine Kraftübertragung über die X.upplung, die die Eingangswelle und die Ausgangswelle des Getriebes unmittelbar miteinander verbindet

Der Übergang von »F« nach »C« findet statt, wenn die Drehzahl der Ausgangswelle die Drehzahl der Eingangswelle erreicht Andererseits findet der Übergang von »C« nach »F« statt wenn die Drehzahl der Ausgangswelle unter die Drehzahl der Eingangsweile abfällt. In diesem Fall wird die Kupplung für den Zustand »C« ausgerückt und sobald die Kupplung ausgerückt ist, tritt der Zustand »F« ein.

Die Betriebsdauer im Zustand »F« ist sehr klein und beträgt nur 10 bis 20 Prozent der gesamten Betriebsdauer. Mit anderen Worten der Betrieb erfolgt überwiegend im Zustand »C« wodurch die Lebensdauer des stufenlosen Getriebes beträchtlich vergrößert wird, weil dieses nur kurzzeitig in den Kraftfluß von der Eingangswelle zur Ausgangswelle eingeschaltet ist

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein automatisches Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 in größerem Maßstab,

Fig.3 eine Aufsicht auf eine Steuerkurve gemäß F i g. 1 und 2,

F i g. 4 und 5 Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der in F i g. 3 gezeigten Steuerkurve,

Fig.6 ein Schaltdiagramm der Einrichtungen zum Verändern des Betriebszustandes des in F i g. 1 gezeigten automatischen Getriebes,

F i g. 7 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Automatikgetriebes,

F i g. 8 eine Darstellung zur Veranschaulichung der wirksamen Radien der miteinander reibschlüssig in Eingriff stehenden Bauelemente des in F i g. 7 gezeigten stufenlosen Getriebes, und

F i g. 9 ein Schaltdiagramm der Einrichtungen zum Verändern des Betriebszustandes des in F i g. 7 gezeigten Automatikgetriebes.

Gemäß F i g. 1 ist eine automatische Kraftübertragung, nachfolgend Getriebe genannt, mit einer Eingangswelle 1 und einer Ausgangswelle 2 versehen. Mit dem Bezugszeichen 3 ist ein stufenloses Getriebe bezeichnet, dessen Hauptbestandteile in den F i g. 2 und 3 gezeigt sind. Eine Kupplung 4 dient zum unmittelbaren Kuppeln der Eingangswelle 1 mit der Ausgangswelle 2. Wie dies in Fig.2 gezeigt ist, umfaßt das stufenlose Getriebe mehrere Planetenräder 8, die eine mit einem axial beweglichen Ringteil 9 reibschlüssig in Eingriff stehende konische Fläche 5, eine mit einem Sonnenrad 11 auf der Eingangswelle 1 reibsch'üssig in Eingriff stehende Fläche 7 mit konkavem Querschnitt und eine mit einem undrehbaren Scheibenteii 10 reibschlüssig in Eingriff stehende ebene Fläche 6 aufweisen.

Das Ringteil 9 ist mit Öffnungen 12 versehen, die eine Steuerkurve 13, 14 bilden, und die Drehbewegung des ίο Ringteils 9 wird durch eine an der Steuerkurve 13, 14 anliegende Rolle 15, ein die Rolle 15 tragendes Teil 16 und durch einen ein Zahnrad 17, ein Doppelzahnrad 18 und ein Zahnrad 19 umfassenden Getriebezug auf die Ausgangswelle 2 übertragen. Die Drehzahl der Ausgangswelle 2 nimmt ab, wenn das Ringteil 9 nach links bewegt wird, so daß der wirksame Radius des Planetenrades 8 zunimmt Die Drehzahl der Ausgangswelle 2 erreicht den Wert Null in einer Position, die sich am unteren Ende der konischen Fläche 5 befindet Wie dies vorstehend erläutert wurde, hat eine solche Bauart eines stufenlosen Getriebes eine hervorragende Drehmoment-Drehzahlcharakteristik, die es ermöglicht, ein Fahrzeug ohne Zuhilfenahme irgendeiner Kupplung in Gang zu setzen. Auf das Ringteil 9 wirken zwei Kräfte. Die eine Kraft rührt von einem Drehmoment her, das auf die Ausgangswelle 2 einwirkt, und diese Kraft ist bestrebt, das Ringteil 9 im Sinne einer Verringerung der Drehzahl der Ausgangswelle 2 zu bewegen. Die andere Kraft wird durch eine Hydraulikeinrichtung 20 oder eine damit äquivalente Feder bewirkt, und diese Kraft ist bestrebt, das Ringteil 9 im Sinne einer Vergrößerung der Drehzahl der Ausgangswelle 2 zu bewegen. Das Ringteil 9 bewegt sich in eine Position, in der die genannten beiden Kräfte im Gleichgewicht stehen. Das Ringteil 9 bewegt sich daher auf die Seite der niedrigen Drehzahl, wenn das auf die Ausgangswelle 2 ausgeübte Drehmoment zunimmt, und es bewegt sich auf die Seite der hohen Drehzahl, wenn das Gegendrehmoment abnimmt.

In den F i g. 4 und 5 sind die auf die Steuerkurve 13,14 wirkenden Kräfte F(13), F(14) und ihre wirksamen Komponenten F(i3e), F(14e,f schematisch dargestellt.

Das Übersetzungsverhältnis des von den Zahnrädern 17 bis 19 gebildeten Übersetzungsgetriebes ist so gewählt, daß das Drehzahlverhältnis zwischen der Ausgangswelle 2 und der Eingangswelle 1 den Wert 1 :1 erreichen kann.

Wie dies vorstehend erläutert wurde, erfolgt der Übergang vom Zustand »F« (Kraftübertragung durch das stufenlose Getriebe 3 und das Übersetzungsgetriebe) zum Zustand »C« (Kraftübertragung durch die Kupplung, welche die Eingangswelle 1 und die Ausgangswelle 2 des Getriebes unmittelbar miteinander kuppelt), wenn das vorgenannte Drehzahlverhältnis 1 : 1 wird.

Um den Übergang vom Zustand »F« zum Zustand »C« zu ermöglichen, kann das Scheibenteil 10 des stufenlosen Getriebes aus seinem durch eine Bandbremse 22 festgehaltenen Zustand freigegeben werden. Die Einrichtung zur Freigabe des Scheibenteils 10 ist in F i g. 6 zusammen mit einer Einrichtung zum Ein- und Ausrücken der Kupplung 4 gezeigt. Fig.6 zeigt Hydraulikzylinder 23 und 24 zum Betätigen der Bandbremse 22 bzw. der Kupplung, ein Magnetventil 25, eine ölpumpe 26 und eine Stromquelle 27. Wenn das Ringteil 9 in eine Stellung gelangt, in der das Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 2 1 :1 ist, dann wird ein elektrischer Kontakt 28 geschlos-

sen. Durch das Schließen dieses elektrischen Kontakts d) wird ein Ventilkörper 29 des Magnetventils 25 nach oben bewegt, so daß die Bandbremse 22 durch den Hydraulikzylinder 23 freigegeben und gleichzeitig die Kupplung 4 durch den Hydraulikzylinder 24 eingerückt wird.

Im Zustand »C« kann sich das stufenlose Getriebe 3 e) in seiner Gesamtheit ohne jegliche Kraftübertragung frei drehen.

Die Rückkehr vom Zustand »C« in den Zustand »F« erfolgt, wenn ein elektrischer Kontakt 30 oder 31 geschlossen wird. Diese Kontakte dienen zum Bewegen des Ventilkörpers 29 im Ventil nach unten, so daß die Hydraulikzylinder 23,24 in den Zustand zurückkehren, in dem die vorstehend erläuterten Funktionen nicht eintreten.

Der eine elektrische Kontakt 30 wird bei einer Betätigung des Gaspedals od. dgl. geschlossen, wenn das Fahrzeug an einer Steigung ankommt, und der andere elektrische Kontakt 31 wird geschlossen, wenn das Fahrzeug abgebremst wird (entweder durch Betätigen des Bremspedals oder durch Freigeben des Gaspedals).

Allgemein gesprochen wird der Ventilkörper 29 des Magnetventils nach unten bewegt, wenn ein Zustand erreicht wird, bei dem das Drehzahlverhältnis unter 1 :1 abfällt Die Übergänge von »F« nach »C« und von »C« nach »F« erfolgen wiederholt

Die gesamte Betriebsdauer im Zustand »F« ist jedoch klein im Vergleich zum Zustand »C«.

In den F i g. 7 bis 9 ist eine andere automatische Kraftübertragung bzw. ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug gezeigt.

Da diese Konstruktion der in F i g. 1 gezeigten Konstruktion ähnlich ist, sind entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei lediglich der Index »a« hinzugefügt ist Beispielsweise ist mit la eine Eingangswelle und mit 2a eine Ausgangswelle bezeichnet. Zwischen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform eines automatischen Getriebes und der in den F i g. 7 bis 9 gezeigten zweiten Ausführungsform bestehen folgende Unterschiede:

a) Ein Untersetzungsgetriebe 17a bis 19a ist ein Differentialgetriebe, und sein Träger 40 der Pianetenräder wird durch ein Ringteil 9a angetrieben.

b) Ein Scheibenteil 10a wird durch ein Teil 22a blokkiert, das mit einem Zahnrad 41 kämmt Zum Freigeben des Scheibenteils 10a dient eine in Fig.9 gezeigte Betätigungseinrichtung 42.

c) Damit das Fahrzeug rückwärtsfahren kann, wird ein Reibeingriffspunkt P zwischen einem Scheibenteil 10a und einer ebenen Fläche 6a in der in F i g. 8 gezeigten Weise bestimmt, so daß ein kleiner Bereich W erhalten wird, in dem das Drehzahlverhältnis negativ ist

In Fig.8 sind die wirksamen Radien a bis /gezeigt Zwischen der Drehzahl N1 der Eingangswelle und der Drehzahl NR eines Ausgangsteils besteht folgende Beziehung:

Die vorstehend unter »6« erwähnte Betätigungseinrichtung 42 und eine Betätigungseinrichtung 43 zum Ein- und Ausrücken der Kupplung 4a werden durch Signale 44 gesteuert, die auf ähnliche Weise erzeugt werden, wie dies bei der in F i g. 1 gezeigten Kupplung der Fall ist.

Das Ringteil 9a wird durch einen Stellmotor 45 und nicht durch eine Steuerkurve bewegt.

NR

f(bc-ad) c(fb+ ed)

Es ist erkennbar, daß NR = 0, wenn die Bedingung a:b = c:d erfüllt ist Der Bereich W für die Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs ist wesentlich breiter als der Bereich Wfür die Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Automatisches Getriebe für Kraftfahrzeuge mit einem stufenlos regelbaren Untersetzungsgetriebe, das mehrere Planetenräder umfaßt, die eine mit einem axial verstellbaren Ringteil reibschlüssig in Eingriff stehende konische Fläche, eine mit einem an der Eingangswelle des Getriebes angeordneten Sonnenrad reibschlüssig in Eingriff stehende Fläche mit konkavem Querschnitt und eine mit einem drehfesten Scheibenteil reibschlüssig in Eingriff stehende ebene Fläche aufweisen, wobei die Drehbewegung des axial beweglichen Ringteils auf ein Ausgangsteil übertragbar ist, das mit einer Ausgangswelle des Getriebes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,