DE3627370C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein leistungsverzweigendes, mit einer Bremsschaltung versehenes hydrodynamisch-mechanisches Getrie­ be, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Vor allem in automatischen Getrieben für Fahr­ zeuge, mit denen häufig angefahren und gebremst werden soll, also Omnibussen oder sonstigen Nutzfahrzeugen werden mit Erfolg Drehmomentwandler eingesetzt, die sich durch verschleißfreies Anfahren auszeichnen und mit denen ferner auch gebremst werden kann.

Ein solches Getriebe ist bekannt aus der DE-PS 20 21 543 (= US-PS 37 49 209). Darin wird ein hydrodynamisch-mechanisches Getriebe offenbart, mit einem Drehmomentwandler, dessen Turbi­ nenrad mittels einer als Planetengetriebe ausgebildeten Um­ steuereinrichtung zur Drehrichtungsumkehr zum Zwecke des Brem­ sens versehen ist. Es werden ferner Möglichkeiten aufgezeigt, wie die Umsteuerung vom Traktions- auf den Bremsbetrieb mög­ lichst rasch und trotzdem stoßfrei erfolgen kann.

Aus der DE-PS 25 37 431 (= US-PS 40 99 426) ist ferner ein Ge­ triebe bekannt, insbesondere zur Verwendung in Erdbewegungsma­ schinen, bei dem jeder Fahrtrichtung mindestens ein Drehmoment­ wandler zugeordnet ist. Die Pumpenräder aller Drehmomentwandler des Getriebes sind mit der Antriebsmaschine verbunden und wer­ den im gleichen Drehsinn angetrieben. Die Turbinenräder rotie­ ren teilweise gegensinnig zueinander.

Während des Betriebes befinden sich demnach in mindestens einem Drehmomentwandler das Pumpenrad und das Turbinenrad in gegen­ läufigem Drehsinn. Das Ein- und Ausschalten der Drehmomentwand­ ler erfolgt durch Füllen und Entleeren der Betriebsflüssigkeit. Wird nunmehr die Betriebsflüssigkeit in einen Drehmomentwandler mit momentan gegenrotierender Turbine eingeleitet, so ent­ wickelt dieser eine Bremskraft, die mittels der Antriebsmaschi­ ne über die Drehzahl des betreffenden Pumpenrades beeinflußt werden kann.

Aus der DE-PS 25 18 186 (= US-PS 40 77 502) ist ein hydrodyna­ misch-mechanisches Fahrzeuggetriebe bekannt mit einem Drehmo­ mentwandler, dessen Turbinenrad im Traktionsbetrieb gegenüber dem Pumpenrad gegenläufig rotiert. Es wurde dort erkannt, daß die dieser Wandlerbauart zugrunde liegende Charakteristik vor­ teilhaft für das hydrodynamische Bremsen mit umlaufendem Pum­ penrad ausgenutzt werden kann, wobei die Drehzahl des Pumpenra­ des vom Schlupf der Eingangsreibungskupplung abhängt. Durch diese Wandlercharakteristik ist die Eingangskupplung bei der genannten Art des hydrodynamischen Bremsens nur sehr gering belastet.

Die bekannten Getriebe mit den zum Bremsen herangezogenen Dreh­ momentwandlern haben sich bewährt. Die vom Drehmomentwandler gemäß der DE-PS 20 21 543 entwickelte Bremskraft ist jedoch aufgrund der vom Getriebe her begrenzten Abmessungen des Dreh­ momentwandlers nicht für alle Einsatzbedingungen des Getriebes immer zufriedenstellend. Die Steigerung der Bremskraft der Drehmomentwandler gemäß der DE-PS 25 37 431 durch Erhöhen der Pumpendrehzahl wird erkauft durch eine unwirtschaftliche Leistungseinspeisung durch die Antriebsmaschine.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Bremskraft eines mit einem Getriebe verbundenen Drehmomentwandlers, dessen Tur­ binenrad zum Zwecke des Bremsens gegensinnig angetrieben ist, zu steigern, ohne die Wirtschaftlichkeit des gesamten Getriebes zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Pumpenräder beim Gegenstand der DE-PS 25 37 431 bleiben auch im Bremsbetrieb stets mit der Antriebsmaschine verbunden und rotieren immer gemeinsam. Es ist aufgrund der mit diesem Parallelbetrieb zweier Pumpenräder verbundenen Leistungsaufnah­ me zwingend, den nicht in Betrieb befindlichen Drehmomentwand­ ler zu entleeren, wobei sogar noch die eingeschlossene Luft einen bestimmten Leistungsanteil aufnimmt. Eine schädliche Er­ wärmung der Drehmomentwandler infolge Luftventilation im ent­ leerten Zustand wird dort durch Schließung der beweglich ausge­ führten Leitschaufeln verhindert.

Der Drehmomentwandler nach der DE-PS 20 21 543 hingegen bleibt stets gefüllt. Das Pumpenrad des Drehmomentwandlers wird beim Umschalten in den rein mechanischen Traktionsbetrieb bis zum Stillstand abgebremst. Auch beim Bremsen steht das Pumpenrad still, während das Turbinenrad als Pumpe wirkt. Das Pumpenrad übernimmt dabei eine Leitradfunktion und bestimmt die Anströ­ mung des Turbinenrades und somit die Höhe der Bremskraft, wobei die Zirkulation der Betriebsflüssigkeit innerhalb des Wandlers derjenigen bei Traktion entgegengesetzt ist. Die Beschaufelung des Pumpenrades jedoch ist optimal nur auf den Traktionsbetrieb und die dabei vorhandene Strömungsrichtung ausgelegt. Deshalb können mit diesem bekannten Drehmomentwandler nicht voll be­ friedigende Bremsleistungswerte erzielt werden. Bremsversuche mit gelöstem Pumpenrad sind fehlgeschlagen, denn hierbei hat es sich gezeigt, daß das Lösen der Pumpenradbremse und somit das völlige Freilaufen des Pumpenrades zu instationären Strömungs­ vorgängen im Wandler führt. Die Folge davon ist ein völliges Zusammenbrechen der Bremskraft des Turbinenrades.

Die Erfinder haben aber nun erkannt, daß die Bremskraft des Turbinenrades gesteigert werden kann, wenn dafür gesorgt wird, daß beim hydrodynamischen Bremsen (abweichend vom Gegenstand der DE-PS 25 18 186) nicht nur das Turbinenrad, sondern auch das Pumpenrad mit der umgekehrten Drehrichtung rotiert, also entgegen dem Drehsinn bei Traktion. Dabei kann die Umkehrung der Drehrichtung des Pumpenrades, z. B. gemäß Anspruch 3, hydrau­ lich ausgelöst werden (beim Beginn eines Bremsvorganges) durch die Umkehrung der Drehrichtung des Turbinenrades und durch die daraus resultierende Umkehrung der Zirkulation der Betriebs­ flüssigkeit im Wandler; d. h., das Pumpenrad arbeitet nun als Turbine. Hierbei kommt es aber darauf an, durch kontrolliertes Retardieren des (rückwärts umlaufenden) Pumpenrades eine be­ stimmte Pumpenrad-Drehzahl aufrechtzuerhalten, von der die Bremskraft des Turbinenrades abhängig ist. Eine andere Möglich­ keit ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung erläutert.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei unterschiedliche Ausführungs­ beispiele in jeweils schematischen Längsschnitten dargestellt.

In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Positionsnum­ mern versehen. Die

Fig. 1 zeigt ein Getriebe mit Antrieb durch eine nicht dargestellte Antriebsmaschine, bestehend aus einer Antriebswel­ le 1, einem für sich allein bekannten Differentialgetriebe 2, einem Drehmomentwandler 3 und einem für sich allein bekannten Nachschaltgetriebe 4.

Der Antrieb der nicht dargestellten Fahr­ zeugräder erfolgt über eine Abtriebswelle 5. Der Drehmoment­ wandler 3 besteht aus einem Pumpenrad 6, einem Leitrad 7, das mit einem Wandlergehäuse 8 fest verbunden ist, sowie einem im radial inneren Bereich des Drehmomentwandlers 3 angeordneten und axial durchströmten Turbinenrad 9. Mit der Abtriebswelle 5 steht das Turbinenrad 9 über eine Turbinenradwelle 10 sowie Planetensätzen 11 und 12 des Nachschaltgetriebes 4 in Verbin­ dung. Der Antrieb vom Motor her erfolgt über das als Planeten­ getriebe ausgebildete Differentialgetriebe 2, wobei die Kraft­ einleitung über das Hohlrad 2 a, die Weiterleitung des mechani­ schen Leistungsanteils über den Planetenträger 2 b auf die Ab­ triebswelle 5 und des hydraulischen Leistungsanteils über das Sonnenrad 2 c über eine Schalteinrichtung 14 und eine Pumpenrad­ welle 13 auf das Pumpenrad 6 erfolgt. Mittels einer Differen­ tialbremse 2 d kann das Sonnenrad 2 c festgehalten werden, wo­ durch die Motorleistung rein mechanisch auf die Abtriebswelle übertragen wird. Gleichzeitig aber kommt auch das Pumpenrad 6 zum Stillstand, weil die Schalteinrichtung 14 im Betrieb norma­ lerweise geschlossen ist. Die Anordnung der Räder des Plane­ ten-Differentialgetriebes 2 ist nämlich so getroffen, daß das Sonnenrad 2 c und damit das Pumpenrad 6 gegensinnig zur An­ triebswelle 1 und zur Abtriebswelle 5 rotieren. Das Turbinenrad 9 wiederum läuft im Traktionsbetrieb gegensinnig zum Pumpenrad 6, d. h. über das Nachschaltgetriebe 4 bzw. den Planetensatz 11 gleichsinnig mit der Abtriebswelle 5. Die hierbei im Wandler vorhandene Strömungsrichtung ist in Fig. 1 durch den Pfeil T gekennzeichnet.

Zum Bremsen wird eine Lamellenbremse 12 d für das Hohlrad 12 a des Planetensatzes 12 betätigt, wodurch das Turbinenrad 9 unter gleichzeitigem Kraftfluß durch den Planetensatz 11 in entgegen­ gesetzte Drehung versetzt wird. Das Turbinenrad 9 arbeitet in diesem Betriebszustand als Pumpe und erzeugt im Drehmomentwand­ ler eine gegenüber dem Traktionsbetrieb umgekehrte Kreis­ strömung (Pfeil B), so daß das Pumpenrad 6 als Turbine wirkt in der dem Turbinenrad entgegengesetzten Drehrichtung und gleichzeitig entgegengesetzt der Drehrichtung bei Traktion. Durch gesteuertes Lösen der Schalteinrichtung 14, d. h. durch Einstellen eines bestimmten Schlupfes in der Schalteinrichtung 14 beginnt somit das Pumpenrad 6 zu rotieren. Am radial inneren Ende der Pumpenradschaufeln entsteht dabei ein Vordrall, der zu einer erheblichen Steigerung des vom Turbinenrad 9 entwickelten Bremsmomentes führt.

Mit 16 ist eine Einzelheit aus der Getriebesteuerung bezeich­ net. Diese enthält zwei Ventile 17 und 18, mit welchen das von einer Pumpe 19 geförderte Druckmedium, in der Regel die Be­ triebsflüssigkeit des Getriebes, zu den Betätigungskolben der Differentialbremse 2 d und Schalteinrichtung 14 geleitet wird. Erreicht ein Signal zum Betätigen der Differentialbremse 2 d das Ventil 17 (Umschalten in den mechanischen Betriebsbereich), so wird dieses aus der Ruhe- in die Arbeitsposition gebracht, und das Druckmedium gelangt zum Betätigungskolben der Differen­ tialbremse 2 d. Gleichzeitig strömt das Druckmedium zum Ventil 18, welches durch eine Feder in geöffneter Stellung gehalten wird, so daß der Betätigungskolben für die Schalteinrichtung 14 mit Druck beaufschlagt wird. Im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel sind die Innenlamellen der Schalteinrichtung 14 mit dem Pumpenrad verbunden. Die Außenlamellen befinden sich an dem Bauteil, das die Innenlamellen für die Differentialbremse 2 d trägt. Auf diese Weise kommt ein gleichzeitiger Stillstand des Sonnenrades 2 c und des Pumpenrades 6 zustande. Das Ventil 18 kann außerdem von einem aus der Getriebesteuerung stammenden Signal "Bremsen" in eine Zwischenstellung gebracht werden, in der ein Absinken des Druckes vor dem Betätigungskolben der Schalteinrichtung 14 eintritt. Auf diese Weise kann das Pumpen­ rad 6 unter der Wirkung des durch die Strömung erzeugten Dreh­ moments, wie oben beschrieben, eine steuerbare Drehbewegung einnehmen. Die Differentialbremse 2 d bleibt dabei geschlossen. Bei Beendigung des Bremsvorganges wird das Ventil 18 wieder in die ganz geöffnete Position gebracht, so daß das Pumpenrad 6 zum Stillstand kommt. Selbstverständlich ist dazu auch wieder die Lamellenbremse 12 d zu lösen.

In Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, mit der eine Gegenrotation des Pumpenrades 6 herbeigeführt wird. Der Aufbau des Getriebes entspricht demjenigen der Fig. 1. Darüber hinaus jedoch ist eine Kupplungseinrichtung 15 vorgesehen zwi­ schen einer Schalteinrichtung 14 a und der Abtriebswelle 5. Auch diese Kupplungseinrichtung kann als druckmittelbetätigte Lamel­ lenkupplung ausgebildet sein. In einer Steuereinrichtung 16 a ist wiederum das Ventil 17 untergebracht, bei dessen Betätigung Druckmedium außer zur Differentialbremse 2 d zu einem Umsteuer­ ventil 20 mit zwei Arbeitsstellungen geleitet wird. In der ei­ nen Arbeitsstellung, die dem Traktionsbetrieb entspricht, strömt das Druckmedium zum Betätigungskolben für die Schaltein­ richtung 14 a. Bei Eintreffen des Signals "Bremsen" nimmt das Ventil 18 die andere Betriebslage ein, bei der die Schaltein­ richtung 14 a gelöst und statt dessen die Kupplungseinrichtung 15 betätigt wird. Das Pumpenrad 6 wird dadurch an die Abtriebs­ welle 5 gekoppelt, was einer Rotation entgegen dem Drehsinn bei Traktion entspricht. Da das Pumpenrad, wie erwähnt, als Turbine arbeitet, wird dabei ein geringfügiges Drehmoment auf die Ab­ triebswelle 5 abgegeben. Die Steigerung des vom Turbinenrad 9 entwickelten Bremsmomentes infolge des Vordralls am Austritt des Pumpenrades 6 durch die Gegenrotation ist jedoch beträcht­ lich, trotz geringfügiger Minderung durch das im Pumpenrad 6 entwickelte Turbinenmoment. Bei Beendigung des Bremsvorganges wird die Kupplungseinrichtung 15 wieder gelöst und statt dessen die Schalteinrichtung 14 a geschlossen.

Die Anordnung der Differentialbremse 2 d, der Schalteinrichtung 14 a sowie der Kupplungseinrichtung 15 kann innerhalb des Ge­ triebes in einer Ebene, also konzentrisch ineinander erfolgen oder auch axial nebeneinander, je nach den räumlichen Gegeben­ heiten im Getriebe bzw. den erforderlichen Abmessungen. Die Zuführung des Druckmediums zum Betätigungskolben für die Schalteinrichtung 14 a kann entweder über die Welle des Sonnenrades 2 c oder die Pumpenradwelle 13 erfolgen, ebenso kann das Druckmedium für den Betätigungskolben der Kupplungseinrich­ tung 15 von der Pumpenradwelle 13 oder der Abtriebswelle 5 aus zugeführt werden. Sowohl die Schalteinrichtung 14 a als auch die Kupplungseinrichtung 15 sind im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel als lamellengeschaltete Elemente ausgebildet. Statt dessen sind auch andere Ausführungsformen möglich. Je nach Bauart des Getriebes, in dem der erfindungsgemäße Drehmomentwandler unter­ gebracht ist, können auch andere Anordnungen vorgesehen sein, um dem Pumpenrad beim Bremsen die dem Turbinenrad entgegenge­ setzte Drehbewegung zu ermöglichen. Es ist ferner möglich, mit Hilfe einer Druckregeleinrichtung den Betätigungsdruck für die Schalteinrichtung 14 a oder die Kupplungseinrichtung 15 so zu variieren, daß das Pumpenrad 6 durch unterschiedlichen Schlupf in den Lamellenpaketen beliebige Drehzahlen annehmen kann, wo­ durch eine weitere Regelbarkeit für die Bremskraft gegeben ist.

Claims (8)

1. Leistungsverzweigendes, mit einer Bremsschaltung versehenes hydrodynamisch-mechanisches Getriebe für Fahrzeuge mit meh­ reren schaltbaren Gangstufen mit einem ersten Planetenge­ triebe (2) zur Aufteilung der Eingangsleistung auf einen ersten, einen hydrodynamischen Wandler (3) aufweisenden, Zweig und auf einen zweiten, mit der Getriebeausgangswelle (5) gekoppelten, rein mechanischen Zweig sowie mit einem als Wendegetriebe wirkenden, schaltbaren zweiten Platentenge­ triebe (11, 12), das zwischen einer mit dem Turbinenrad (9) in Verbindung stehenden Welle (10) und der Getriebeaus­ gangswelle (5) angeordnet ist, wobei im Traktionsbetrieb das Turbinenrad (9) gegensinnig zum Pumpenrad (6) rotiert, sowie mit einer Einrichtung zur Umkehr der Drehrichtung des Turbinenrades (9) zum Bremsen des Fahrzeuges und mit einer das Wandlerpumpenrad (6) zwecks Herstellung einer aus­ schließlichen Triebverbindung über den rein mechanischen Zweig stillsetzenden Bremse (2 d), wobei im Drehmomentwand­ ler ein axial durchströmtes Turbinenrad (9) derart angeord­ net ist, daß die Betriebsflüssigkeit im Traktionsbetrieb erst das Pumpenrad, dann das Leitrad und zuletzt das Turbi­ nenrad durchströmt, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die im Bremsbetrieb eine steuerbare Drehbewegung des Pum­ penrades (6) des Wandlers (3) entgegen dem Drehsinne bei Traktion herbeiführt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer steuerbaren Drehbe­ wegung des Pumpenrades (6) in dem durch die Strömung im Drehmomentwandler (3) bewirkten Drehsinn als regelbares Element (Schalteinrichtung 14, 14 a) ausgebildet ist.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das regelbare Element (Schalteinrichtung 14, 14 a) mit Druckmit­ tel beaufschlagbar ist.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pumpenrad (6) im Bremsbetrieb mit dem Turbinenrad (9) über mechanische Schaltelemente (15) kup­ pelbar ist.

5. Getriebe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine schalt­ bare Kupplungseinrichtung (15) zwischen dem Pumpenrad (6) und einer mit dem Turbinenrad (9) in Verbindung stehenden Welle (5) zur Einleitung der Gegenrotation des Pumpenrades (6) im Bremsbetrieb.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bremsbetrieb die Gegenrotation zwischen dem Pumpenrad (6) und dem Turbinenrad (9) durch ein im Ge­ triebe vorhandenes und weiteren Schaltfunktionen dienendes schaltbares Planetengetriebe (11, 12) hergestellt ist.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (16 a), mit der bei Bremsbefehl eine das Pumpenrad (6) im Traktionsbetrieb antreibende Schalteinrichtung (14 a) gelöst und die schaltbare Kupp­ lungseinrichtung (15) für die Gegenrotation des Pumpenrades (6) betätigt wird.

8. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (2 c) des Differentialgetriebes (2) abbremsbar ist mittels einer Differentialbremse (2 d) und daß am rotieren­ den Teil der Differentialbremse (2 d) die Schalteinrichtung (14, 14 a) angeordnet ist.