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Diese Erfindung bezieht sich auf Getriebe mit einer Vielzahl von
Übersetzungsverhältnissen und insbesondere auf ein Lastschaltgetriebe mit einem Riemenantrieb
mit variabler Übersetzung, um einen Bereich von variablen Übersetzungsverhältnissen
in einem Getriebe mit mehreren Übersetzungen zu schaffen.
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Ein herkömmliches Lastschaltgetriebe mit variabler Übersetzung für ein
Motorfahrzeug besitzt einen variablen Riemenantriebs-Mechanismus, der in Reihe mit
dem Getriebeantrieb angeordnet ist, das heißt einem Drehmomentwandler und
einer Planetengetriebe-Anordnung, der Vorwärts- und
Rückwärts-Antriebsübersetzungen entweder in den oder von dem variablen Riemenantriebs-Mechanismus vorsieht.
Bei diesen Anordnungen überträgt der variable Riemenantriebs-Mechanismus die
hohen Drehmomentwerte, die benötigt werden, um das Motorfahrzeug in Gang zu setzen
während eines Betriebs in der Übersetzung für den ersten Vorwärtsgang und in der
Rückwärtsgang-Übersetzung. Diese Drehmomentwerte können sehr hoch sein, wenn
ein Motorfahrzeug voll belastet ist oder an einer Steigung gestartet wird.
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Daher müssen Getriebe nach dem Stand der Technik den variablen Riemenantriebs-
Mechanismus in der Größe einstellen, um eine ausreichende Drehmomentkapazität
aufzuweisen, um kontinuierlich diese hohen Drehmomentlasten zu übertragen. Dies wird
allgemein zum begrenzenden Faktor in dem Aufbau eines Getriebes, in dem ein
variabler Riemenantriebs-Mechanismus verwendet wird. In Personenkraftwagen mit
Eigen antrieb hat dieser Faktor zur Folge, daß variable Riemenantriebs-Mechanismen nur
in kleinen Fahrzeugen mit einem geringen Fahrzeuggesamtgewicht (GVW) und einem
kurzen Radstand verwendet werden.
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GB-A-2 025 545 beschreibt ein Getriebe, das zwei Antriebswellen besitzt wobei
jede eine unterschiedliche Last an den variablen Riemenantriebs-Mechanismus und an
die Planetengetriebe-Anordnung überträgt.
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Ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Kombination von in
Anspruch 1 spezifizierten Merkmalen gekennzeichnet.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Getriebe, worin ein variabler Riemenantriebs-
Mechanismus nur in dem Hochgeschwindigkeitsbereich verwendet wird. Folglich wird
das für eine Fahrzeuginbetriebnahme und ein Überwinden von Steigungen erforderliche
hohe Drehmoment nicht durch den variablen Riemenantriebs-Mechanismus übertragen.
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Um dies zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung ein Paar von Antriebs-(Reibungs)-
Kupplungen vor, die selektiv einkuppelbar sind, um den Getriebeantrieb, das heißt
eine Drehmomentwandler- und Kupplungs-Anordnung, mit einer Planetengetriebe-
Anordnung oder dem variablen Riemenantriebs-Mechanismus zu verbinden.
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Indem eine Übersetzungsstufe zwischen der Übersetzung für den ersten
Gang und der Übersetzung für den hohen Gang vorgesehen ist und eine
Drehmomentwandler-Kupplung verwendet wird, wird die Drehmomentkapazität des
variablen Riemenantriebs-Mechanismus signifikant reduziert. Diese Anordnung
erfordert auch einen kleineren Übersetzungsumfang in dem Riemenantrieb, wodurch eine
axiale Bewegung der Rollen derart reduziert wird, daß der gesamte axiale Raumbedarf
des Getriebes verringert ist.
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Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Getriebe mit einer
Planetengetriebe-Anordnung und einem variablen Riemenantriebs-Mechanismus zu
schaffen, worin die Planetengetriebe-Anordnung selektiv zwischen dem
Getriebeantrieb und -abtrieb in einer Antriebsübersetzung für den ersten Vorwärtsgang und einer
Rückwärtsgang-Antriebsübersetzung gekoppelt wird und der variable
Riemen-Ubersetzungsmechanismus selektiv zwischen dem Getriebeantrieb und -abtrieb in einer
Antriebsübersetzung für den hohen Vorwärtsgang gekoppelt wird.
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Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Getriebe zu schaffen, worin
ein Paar von selektiv einkuppelbaren Antriebs-(Reibungs)-Kupplungen angeordnet ist
und geregelt wird, um alternativ eine Planetengetriebe-Anordnung für Übersetzungen
für den ersten Gang und Rückwärtsgang oder einen Riemenantriebs-Mechanismus mit
variabler Übersetzung für eine Übersetzung für den hohen Gang mit dem Antrieb des
Getriebes zu verbinden und worin weiter eine selektiv betriebsfähige Kupplungs- und
Bremsanordnung dafür sorgt, daß alternativ die Übersetzung für den ersten Gang oder
die Rückwärtsgang-Übersetzung in der Planetengetriebe-Anordnung eingestellt wird.
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Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Getriebe, wie in den
vorhergehenden Zielen definiert, zu schaffen, worin die Übersetzung für den
ersten Vorwärtsgang unter Ausschluß des variablen Riemenantriebs-Mechanismus
eingestellt wird und die Übersetzung für den hohen Vorwärtsgang unter Ausschluß der
Planetengetriebe-Anordnung eingestellt wird und worin weiter eine
Stufenübersetzung zwischen den Übersetzungen für den ersten Vorwärtsgang und für den hohen
Vorwärtsgang mit einem Wert vorgesehen ist, der kleiner als der Wert der durch die
Planetengetriebe-Anordnung gelieferten Übersetzung für den ersten Vorwärtsgang ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die
folgende Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
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Figur 1 eine schematische Darstellung eines Getriebes ist, das die vorliegende
Erfindung einschließt; und
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die Figuren 2A und 2B, wenn sie zusammen betrachtet werden, eine Draufsicht eines
die vorliegende Erfindung einschließenden Getriebes darstellen, das um die
Antriebsachse geöffnet worden ist, um eine klarere Darstellung sowohl der Planetengetriebe-
Anordnung als auch des variablen Riemenantriebs-Mechanismus zu liefern.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist in Figur 1 ein Getriebe mit einer
Antriebswelle 10, einer Drehmomentwandler- und Kupplungs-Anordnung 12, einer
Planetengetriebe-Anordnung 14, einem Riemenmechanismus mit variabler
Übersetzung oder einem variablen Riemenantriebs-Mechanismus 16 und einem
Abtriebszahnrad 18 dargestellt. Das Abtriebszahnrad 18 ist mitnehmend mit einem herkömmlichen,
nicht dargestellten Differential verbunden, das wiederum mit den Antriebsrädern
eines nicht dargestellten Motorfahrzeuges verbunden ist. Die Drehmomentwandler- und
Kupplungs-Anordnung 12 schließt einen herkömmlichen Drehmomentwandler 20 und
eine Drehmomentwandler-Kupplung 22 ein. Sowohl der Drehmomentwandler 20 als
auch die Drehmomentwandler-Kupplung 22 sind mit einer Getriebe-Antriebswelle 24
(Antriebsmittel) verbunden, mit welcher wirksam ein Paar von Antriebskupplungen 26
und 28 verbunden ist. Die Antriebskupplungen 26 und 28 sind von der Art
herkömmlicher, fluidbetriebener Reibungskupplungen.
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Die Antriebskupplung 26 besitzt ein Abtriebsglied 30, welches mitnehmend mit
einem Antriebs-Übertragungszahnrad 32 verbunden ist, das wiederum mit einem
weiteren Übertragungszahnrad 34 im Eingriff steht. Das Übertragungszahnrad 34 ist
mitnehmend mit einem Sonnenzahnrad 36 verbunden, das ein Glied der Planetengetriebe-
Anordnung 14 ist.
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Die Planetengetriebe-Anordnung 14 schließt das Sonnenzahnrad 36, ein
Ringzahnrad 38, einen Planetenträger 40 und eine Vielzahl von Planetenritzel 42 ein, die
drehbar auf dem Planetenträger 40 befestigt und in einer Eingriffs-Beziehung mit dem
Sonnenzahnrad 36 und dem Ringzahnrad 38 angeordnet sind. Eine Kupplungs- und
Brems-Anordnung, allgemein mit 44 bezeichnet, ist vorgesehen, um die Übersetzung
zu regeln, die in der Planetengetriebe-Anordnung 14 eingestellt wird. Die Kupplungs-
und Brems-Anordnung 44 besitzt ein Kupplungsteil 46, das alternativ das
Ringzahnrad 38 und den Planetenträger 40 mit einer Planeten-Abtriebswelle 48 (Abtriebsmittel)
verbinden kann, welche wiederum durch ein Planeten-Abtriebszahnrad 50 mit dem
Abtriebszahnrad 18 verbunden ist.
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Eine herkömmliche Freilaufkupplung 52 ist in einer seriellen Antriebsbeziehung
zwischen dem Planetenträger 40 und dem Kupplungsteil 46 angeordnet. Die Kupplungs-
und Brems-Anordnung 44 besitzt auch ein Bremsteil 54, das selektiv mit Masse
verbunden werden kann, um alternativ den Planetenträger 40 und das Ringzahnrad 38
von einer Rotation abzuhalten. Das Kupplungsteil 46 definiert ein selektiv
einkuppelbares Kupplungsmittel für den ersten Gang und ein Rückwärtsgang-Kupplungsmittel.
Das Bremsteil 54 definiert ein selektiv einkuppelbares Bremsmittel für den ersten Gang
und ein Rückwärtsgang-Bremsmittel.
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Die Planetengetriebe-Anordnung 14 wird in einen Zustand für einen
Vorwärtsantrieb gebracht, wenn das Kupplungsteil 46 in die LO-Position bewegt wird und das
Bremsteil 54 in die LO-Position bewegt wird. Ist die LO-Position gewählt, wird der
Planetenträger 40 zum Abtriebsglied der Planetengetriebe-Anordnung 14 und das
Ringzahnrad 38 wird zum Reaktionsglied. Um eine Rückwärtsgang-Übersetzung in der
Planetengetriebe-Anordnung 14 einzustellen, wird das Kupplungsteil 46 in die REV-
Position bewegt und das Bremsteil 54 wird in die REV-Position bewegt. Wenn die
Kupplungs- und Brems-Anordnung 44 in einen derartigen Zustand gebracht ist, ist
der Planetenträger 40 als ein Reaktionsglied in der Planetengetriebe-Anordnung 14
eingestellt und das Ringzahnrad 38 ist als ein Abtriebsglied für die Planetengetriebe-
Anordnung 14 eingestellt.
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Die Übersetzungen für den ersten Vorwärtsgang und Rückwärtsgang sind mit dem
Getriebeantrieb durch den selektiven Eingriff der Antriebskupplung 26 verbunden.
Wenn die Antriebskupplung 26 eingekuppelt ist, wird der Lastantrieb von der
Antriebswelle 10 durch den Drehmomentwandler 20 zu der Antriebskupplung 26 und
dann durch die Übertragungszahnräder 32 und 34 zu der Planetengetriebe-Anordnung
14 weitergegeben. In Abhängigkeit von dem Zustand der Planetengetriebe-Anordnung
44 wird die Planeten-Abtriebswelle 48 entweder vorwärts oder rückwärts angetrieben.
Diese Rotation wird über das Planeten-Abtriebszahnrad 50 an das Abtriebszahnrad
18 übertragen. Während des Betriebes im ersten Gang oder Rückwärtsgang kann die
Drehmomentwandler-Kupplung 22 eingekuppelt werden, wodurch ein
Drehmomentwandler effektiv umgangen wird. Allgemein wird jedoch die Drehmomentwandler-
Kupplung 22 während des Betriebes in den Übersetzungen für den Rückwärtsgang
und den ersten Gang nicht betätigt.
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Die Antriebskupplung 28 besitzt ein Abtriebsglied 56, welches mitnehmend mit
einer variablen Rolle 58 verbunden ist, um welche ein Antriebsriemen 60 mitgerissen wird.
Der Antriebsriemen 60 wird auch um eine variable Rolle 62 mitgerissen. Die variable
Rolle 62 besitzt eine Abtriebswelle 64, welche mitnehmend mit einem Abtriebszahnrad
68 für einen variablen Antrieb verbunden ist, das wiederum mitnehmend durch ein
Zwischenzahnrad 70 mit dem Abtriebszahnrad 18 verbunden ist. Wie wohlbekannt
ist, können die variablen (Übersetzungs-)Rollen 58 und 62 derart geregelt werden, daß
die Drehzahl der Abtriebswelle 64 relativ zu der Getriebe-Antriebswelle 24 über einen
weiten Bereich von Übersetzungen geregelt werden kann. Dies wird erreicht, indem der
Abstand zwischen den Antriebsscheiben der variablen Rolle 58 reduziert wird, während
der Abstand zwischen den Antriebsscheiben der variablen Rolle 62 vergrößert wird.
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Um einen Bereich für den hohen Vorwärtsgang zu schaffen, wird die
Antriebskupplung 28 eingekuppelt. Dies verbindet die Getriebe-Antriebswelle 24 direkt mit
der variablen Rolle 58. Im Bereich für den hohen Vorwärtsgang wird auch die
Drehmomentwandler-Kupplung 22 eingekuppelt, wodurch verhindert wird, daß das
Drehmoment-Übersetzungsgetriebe des Drehmomentwandlers 20 das Ant
riebsdrehmoment an die Getriebe-Antriebswelle 24 erhöht. Die Last von der variablen Rolle 58
wird über den Antriebsriemen 60 in einer wohlbekannten Weise an die variable Rolle
62 derart weitergegeben, daß die Drehzahl der Abtriebswelle 64 und daher des
Abtriebszahnrades 18 relativ zu der Getriebe-Antriebswelle 24 durch die Übersetzung innerhalb
des Riemenmechanismus 16 mit variabler Übersetzung geregelt wird.
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Wenn die Antriebskupplung 28 eingekuppelt wird, tritt eine
Übersetzungsänderung ein und die Drehzahl der Getriebe-Antriebswelle 24 wird erniedrigt. Diese
Ubersetzungsänderung ist ähnlich einer Umstellung von der ersten zu der zweiten Stufe
in einem herkömmlichen Automatikgetriebe. Die (Einweg-)Freilaufkupplung 52 wird
ausgekuppelt laufen, wodurch verhindert wird, daß die Drehzahlzunahme an den
Planetenträger 40 übertragen wird. Dies wird einen glatten Übersetzungswechsel zwischen
der Übersetzung für den ersten Vorwärtsgang und dem Antriebsbereich für den
hohen Vorwärtsgang zulassen. Wenn die Antriebskupplung 26 ausgekuppelt ist, wird
die Planetengetriebe-Anordnung 14 nicht länger durch die Getriebe-Antriebswelle 24
angetrieben, wodurch ein Leistungsverlust verhindert wird.
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Aus den Figuren 2A und 2B kann entnommen werden, daß die variable Rolle 62
eine fixierte Antriebsscheibe 72 und eine variable Antriebsscheibe 74 besitzt. Die
variable Antriebsscheibe 74 schließt einen herkömmlichen Regelungsmechanismus ein, der
relativ zu der fixierten Antriebsscheibe 72 die axiale Verrückung der variablen
Antriebsscheibe 74 gestattet. Die variable Rolle 58 besitzt eine fixierte Antriebsscheibe
76 und eine variable Antriebsscheibe 78, die relativ zu der fixierten Antriebsscheibe
76 axial geregelt werden kann. In der dargestellten Position sind die variablen Rollen
58 und 62 für die maximalen Drehmomentübertragungen positioniert. Um das
Drehmomentverhältnis zu reduzieren und dadurch das Übersetzungsverhältnis zu erhöhen,
wird die variable Antriebsscheibe 78 nach rechts bewegt, während die variable
Antriebsscheibe 74 nach rechts bewegt wird. Wenn dies geschieht, wird der Antriebsriemen 60
sich radial nach außen entlang der fixierten und variablen Antriebsscheiben 76 und 78
und radial nach innen entlang der fixierten und variablen Antriebsscheiben 72 und 74
bewegen, wodurch das Übersetzungsverhältnis der Abtriebswelle 64 und der Getriebe-
Antriebswelle 24 erhöht wird.
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Aus Figur 2B kann entnommen werden, daß in der Kupplungs- und Brems-
Anordnung 44 das Kupplungsteil 46 ein Paar von Innenzähnen 80 und Außenzähnen
82 aufweist. Das Bremsteil 54 weist ein Paar von Innenzähnen 84 und Außenzähnen 86
auf. Die (Einweg-)Freilaufkupplung 52 schließt eine Außenbahn 88, die mitnehmend
mit dem Planetenträger 40 verbunden ist, und eine Innenbahn und integrale Welle
90 ein. Die Innenbahn und integrale Welle 90 weist einen darauf geformten Satz von
Zähnen 92 auf, die mit den Innenzähnen 80 im Eingriff stehen können, wenn die LO-
Position gewählt ist. Das Ringzahnrad 38 besitzt einen Rohrfortsatz 94, auf welchem
eine Vielzahl von Zähnen 96 ausgebildet ist, die mit den Innenzähnen 84 im Eingriff
stehen können, wenn die LO-Position gewählt ist.
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Der Planetenträger 40 besitzt ein Trichterteil 98, auf welchem eine Vielzahl von
Zähnen 100 ausgebildet ist. Wenn das Bremsteil 54 in die REV-Position bewegt ist,
stehen die Außenzähne 86 mit den Zähnen 100 im Eingriff. Desgleichen werden, wenn
die REV-Position gewählt ist, die Außenzähne 82 des Kupplungsteils 46 mit den Zähnen
96 auf dem Rohrfortsatz 94 im Eingriff stehen, um mitnehmend das Ringzahnrad 38
über das Kupplungsteil 46 mit der das Zahnrad 50 tragenden Welle 48 iind dem
Abtriebszahnrad 18 zu verbinden. Diese Kupplungs- und Brems-Anordnung 44 schafft
einen kompakten Aufbau, der leicht bedient wird.
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Wie aus Figur 2B ersichtlich, wird das Bremsteil 54 durch eine Regelungsstange
oder -welle 102 axial bewegt, während das Kupplungsteil 46 ein Schulterteil 104
besitzt, das wirksam mit einer herkömmlichen, nicht dargestellten Schaltgabel
verbunden ist. Wenn gewünscht, können die Regelungsverbindung für die Welle 102 und die
Schaltgabel miteinander verbunden werden, um dadurch die synchrone Bewegung des
Kupplungsteils 46 und des Bremsteils 54 zu regeln.
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Die Figuren 2A und 2B stellen auch eine Vielzahl von Lagerträgeranordnungen dar,
die von herkömmlicher Art sind und für die eine Beschreibung in Worten wohl nicht
erforderlich ist, weil die Fachleute mit dem Aufbau dieser Elemente völlig vertraut sind.
Desgleichen sind die Antriebskupplungen 26 und 28 nicht im Schnitt dargestellt, weil
diese Vorrichtungen auch herkömmliche, fluidbetriebene Einrichtungen sind.
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Die folgenden Zahnradglieder, Übersetzungsverhältnisse und Riemenübersetzungen
gelten für einen typischen Getriebeaufbau gemäß dieser Erfindung:
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Sonnenzahnrad (36) Zähne 30
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Ringzahnrad (38) Zähne 74
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Zahnräder 32 - 34 Übersetzung 1,2 : 1
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Zahnräder 50 - 18 Übersetzung 2,88 : 1
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Zahnräder 68 - 18 Übersetzung 3,91 : 1
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Bereich der Riemenübersetzungen 1,806:1/0,554 : 1
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Anfangsübersetzung 12 : 1
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Motorgeschwindigkeit (N) / Fahrzeuggeschwindigkeit (V) in LO 186
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N/V-Bereich im hohen Gang 110 / 33,7