DE69011823T2

DE69011823T2 - Kompaktes mehrstufiges Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge.

Info

Publication number: DE69011823T2
Application number: DE69011823T
Authority: DE
Inventors: Stanley Leroy Pierce
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2010-10-30
Also published as: EP0433619A2; DE69011823D1; EP0433619B1; EP0433619A3; US5039305A

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Getriebe für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor. Dieses Getriebe wird im Antriebsstrang-Gehäuse eines Fahrzeuges angeordnet.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebe-Baugruppe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem mehrstufigen Getriebe, die mit einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor eingesetzt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Motor und das Getriebe in einer gemeinsamen Kraftübertragungsbaugruppe montiert, wobei die Kurbelwellenachse des Motors mit der Achse des hydrodynamischen Drehmomentwandlers fluchtet. Das mehrstufige Planetengetriebe ist auf der Antriebswelle montiert, die parallel zur Achse des Wandlers verläuft.
Der Motor und die Antriebswelle können bei einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb mit frontangetriebenen Rädern quer im Frontmotor- und Getrieberaum angeordnet sein. Solche Getriebe und Motorbaugruppen sind im Stand der Technik bekannt, ein Beispiel wird in der US-PS-4,509,389 gezeigt, die ein konzentrisch zur Antriebswelle angeordnetes Viergang-Planetengetriebe beschreibt.
Die Antriebswelle ihrerseits ist über eine End-Antriebszahnradanordnung mit dem Abtriebsgetriebeelement des Planetengetriebes verbunden.
Kupplungen und Bremsen für die Ausführungsform der US-PS 4,509,389 übertragen das Antriebsdrehmoment einer Eingangshohlwelle auf die Planetengetriebeelemente. Das Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers treibt ein auf der Achse des Wandlers befestigtes Antriebskettenrad an. Ein auf der Achse der Antriebswelle befestigtes angetriebenes Kettenrad ist über eine Antriebskette mit dem Antriebskettenrad verbunden.
Die Getriebeelemente der Ausführungsform der US-PS-4,509,389 ermöglichen vier Vorwärtsgänge und einen einzigen Rückwärtsgang. Ein weiteres bekanntes vierstufiges Getriebe wird im Stand der Technik in der US-PS-4,607,541 beschrieben.
Mehrfach wurde versucht, ein Basis-Vierstufen-Getriebe der oben beschriebenen Art in ein Getriebe umzuwandeln, das fünf Vorwärtsgänge ermöglicht. Ein Beispiel eines solchen Versuches, die Anzahl der Gänge oder Übersetzungsverhältnisse zu erhöhen, ist in der US-PS-4,056,988 gezeigt, in der eine Overdrive-Getriebeeinheit in Kombination mit einer Kupplung und Bremse für den Overdrivebetrieb beschrieben wird. Die Kupplung und Bremse sind an der Position 3 in Fig. 2 der US- PS-4,056,988 gezeigt. Bei diesem Aufbau wird der Overdrive- Gang dazu verwendet, die Anzahl der Übersetzungsverhältnisse von 3 auf 4 zu erhöhen. Er muß aber mit einer separaten Overdrive-Ganggetriebeeinheit ergänzt werden, die die Komplexität der Konstruktion und den Aufwand bei Herstellung und Montage erhöht. Außerdem erfordert er mehr Raum.
Ein Beispiel eines Versuches, ein vierstufiges, in Reihe geschaltetes Getriebe in ein fünfstufiges Getriebe abzuwandeln, ist im am 15. Juli 1986 veröffentlichten Ward's Engine Update Magazine auf Seite 6 gezeigt. Diese Druckschrift beschreibt eine Overdrive-Getriebeeinheit innerhalb einer Getriebegehäuseverlängerung, die am Antriebswellenende eines in Reihe geschalteten Getriebes befestigt ist. Dies erfordert eine Vergrößerung der Gesamtlänge der Getriebebaugruppe und erhöht Gewicht und Aufwendungen.
Ein weiteres Beispiel eines mehrstufigen, in Reihe geschalteten Getriebes, das für ein Overdrive-Übersetzungsverhältnis zur Ergänzung eines Basis-Dreistufen-Getriebes angepaßt ist, wird in der US-PS 3,339,431 beschrieben. Das zusätzliche Übersetzungsverhältnis im Aufbau der US-PS-3,339,431 wird durch Verwendung einer zwischen Wandler und Getriebe angeordneten Hilfsplanetengetriebeeinheit erzielt. Wie beim vorbeschriebenen, in Reihe geschalteten Overdrive-Getriebe mangelt es dem Getriebe der US-PS-3,339,431 aufgrund des zusätzlichen, durch das Overdrive-Getriebe benötigten, axialen Raumerfordernis an Raumökonomie.
Ferner wird ein weiteres Getriebe mit einem einzelnen Drehmomentübersetzungsweg und einem komplizierten Aufbau in der EP- A 419782 des Anmelders mit Priorität vom 25.9.1989, beschrieben, die nach dem Anmeldetag dieser Anmeldung veröffentlicht wurde. Daher ist dieser Stand der Technik nicht maßgeblich für die erfinderische Tätigkeit dieser Anmeldung.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des oben beschriebenen Standes der Technik zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein mehrstufiges Getriebe für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor, mit:
- einem hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad , die auf einer ersten Achse befestigt sind, wobei das Pumpenrad für den Antrieb durch einen Motor geeignet ist;
- einer ersten und zweiten Planetengetriebeeinheit, mit auf einer zur ersten Achse parallelen zweiten Achse befestigten Planetengetriebeelementen;
- Bremsmitteln zum getrennten und wahlweisen Bremsen eines der Planetengetriebeelemente, um ein Drehmoment in einer ersten Vorwärtsübersetzung L/I zu bewirken, eines zweiten der Planetengetriebeelemente, um einen Eilgang OD zu bewirken und eines dritten der Planetengetriebeelemente, um einen Rückwärtsgang R zu bewirken;
- Kupplungsmitteln zum getrennten und wahlweisen Verbinden des Drehmomenteingangs mit einem der Plantengetriebeelemente, um ein Untersetzungsverhältnis für niedrige Geschwindigkeiten zu bewirken oder mit einem zweiten der Planetengetriebeelemente, um ein zweites Untersetzungsverhältnis zu bewirken;
- einer auf der zweiten Achse befestigten, angetriebenen Baugruppe;
- mehrstufigen Drehmomentübertragungsmitteln zur Drehmomentübertragung zwischen den Achsen, die ein mit dem Turbinenrad verbundenes Antriebszahnrad und zwei auf der zweiten Achse befestigte Eingangszahnräder aufweisen, wobei die mehrstufigen Drehmomentübertragungsmittel auf einer zwischen der ersten und zweiten Achse angeordneten, dritten Achse befestigte, mehrere Drehmomentübertragungswege definierende Zwischenzahnräder unterschiedlichen Teilkreisdurchmessers aufweisen und wobei das Antriebszahnrad mit einem der beiden Zwischenzahnräder im Eingriff steht; wobei die zweite Achse eine erste Hohlwelle, auf der eines der Eingangszahnräder befestigt ist, aufweist; wobei ein Zwischenzahnrad fest mit dem anderen Zwischenzahnrad verbunden ist; wobei die zweite Achse eine zweite Hohlwelle und eine feste Hohlwelle aufweist; wobei eines der Eingangszahnräder an der zweiten Hohlwelle befestigt ist; und wobei beide Zwischenzahnräder ständig mit den Eingangszahnrädern im Eingriff sind, so daß gleichzeitig zwei getrennte Drehmomentübertragungswege bestehen.
Die Erfindung betrifft also ein fünfstufiges Getriebe mit einer Getriebeanordnung, die gemeinsame Merkmale mit dem Getriebe der US-PS 4,509,389 besitzt. Sie umfaßt einen auf der Welle eines Verbrennungsmotors befestigten hydrodynamischen Drehmomentwandler, dessen Achse mit Abstand von einem auf der Achse der Antriebswelle befestigten mehrstufigen Planetengetriebe angeordnet ist.
Das Getriebe schafft fünf Übersetzungsverhältnisse oder Gänge mit den im wesentlichen gleichen Raumerfordernissen wie das Getriebe der US-PS-4,509,389. Das fünfte Übersetzungsverhältnis, der Gang für die höchste Geschwindigkeit, kann ohne zusätzliche separate Kupplungen und Bremsen, die nur dem fünften übersetzungsverhältnis dienen, erzielt werden.
Somit kann die für die Steuerung der Hauptplanetengetriebeeinheit verwendete Kupplungs- und Bremsenanordnung, die zur Einrichtung von vier Vorwärtsgängen wird, auch zum Einrichten eines fünften Ganges verwendet werden.
Dies wird durch die Verwendung von Zwischengetriebe-Zahnradelementen mit sorgfältig gewählten Teilkreisdurchmessern, um die erwünschte Spreizung des Gesamtübersetzungsverhältnisses für das Getriebe zu erreichen und durch den Einsatz einer Hohlwellenanordnung, die es den angetriebenen Zahnrädern des Zwischengetriebes ermöglicht, mit den Drehmomentübertragungselementen des vierstufigen Planetengetriebes antreibbar verbunden zu sein, erzielt. Der fünfte Gang wird ohne Vergrößerung der axialen Länge der vierstufigen Getriebeanordnung erzielt.
Das Zwischengetriebe der erfindungsgemäßen Anordnung ist in einem Raum untergebracht, der dem Raum entspricht, der durch eine Antriebskette eines Getriebes, wie es in der US-PS- 4,509,389 gezeigt ist, eingenommen wird. Eine derartige Antriebskette und das erfindungsgemäße Zwischengetriebe besitzen kinematische Ähnlichkeiten.
In der am 25. September 1989 eingereichten US-PA-4,122,232, ein automatisches Getriebe für einen automatischen Kraftfahrzeugantriebsstrang, die der am 18. Dezember 1990 veröffentlichten US-PS-4,978,328 entspricht wird eine Getriebe- und Motorkraftübertragung mit mindestens fünf Vorwärtsgängen beschrieben. Das Getriebe ermöglicht ein genaues Angleichen der Geschwindigkeitsdrehmomentmerkmale des Verbrennungsmotors an die im Getriebe verfügbaren Übertragungsverhältnisse, um optimale Leistung und Kraftstoffökonomie zu erzielen und gleichzeitig die erwünschte Elastizität für das Kraftfahrzeug zu erzielen. Die in der Beschreibung dieses US-Patentes offenbarten, sich auf das Anpassen der Getriebemerkmale an die Merkmale des Motors beziehenden Vorteile sind auch durch den erfindungsgemäßen Aufbau erreichbar, die Vorteile bei dieser Erfindung werden aber erzielt, ohne daß eine Ergänzung durch eine separate Reibkupplung zur Steuerung der Zahnräder des Drehmomentübertragungsgetriebes notwendig ist.
Die Zahnräder des erfindungsgemäßen Zwischengetriebes dienen den Antriebsbedingungen des fünften Ganges. In dieser Hinsicht gleicht die Erfindung nicht der Erfindung der parallelen Anmeldung, die eine Anordnung beschreibt, die, falls erwünscht, die Flexibilität besitzt, mehr als fünf Gänge bspw. bis zu acht Gänge zu erzielen.
Eine grundlegende Eigenschaft der Erfindung liegt in der Verwendung von Kupplungen und Bremsen, die den Kupplungen und Bremsen gleichen, die zur Steuerung eines vierstufigen Planetengetriebes verwendet werden. Sie sind daher in der Lage, jeden der beiden Gänge des Zwischengetriebes einzurichten oder zu unterbrechen. Somit können die Kupplungen und Bremsen des vierstufigen Planetengetriebes während bestimmter Phasen des Betriebszyklus dazu verwendet werden, zwei Niedriggeschwindigkeitsgänge für jeden der vier Basis-Vorwärtsgänge während der Wechsel der Gänge vom niedrigsten Gang zum höchsten Gang, nachfolgend als fünfter Gang bezeichnet, einzurichten.
Nachfolgend wird die Erfindung detailliert mit Bezug auf die begleitende Zeichnung erklärt. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Getriebe;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Zwischengetriebes zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes zwischen der Motorachse und der Achse der Antriebswelle;
Fig. 3 eine geschnittene Ansicht der auf der Achse der Antriebswelle des erfindungsgemäßen Getriebes angeordneten Planetengetriebeelemente
Fig. 4 eine geschnittene Ansicht eines Teil der abschließenden Antriebsverzahnung des erfindungsgemäßen Getriebes;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Wandlers und der Getriebeelemente des Getriebes der Fig. 1, 2 und 3; und
Fig. 6 eine Tabelle, die das Eingriffs und Lösungsmuster der in Fig. 5 schematisch dargestellten Kupplungen und Bremsen zeigt.
In Fig. 1 wird ein hydrodynamischer Drehmomentwandler allgemein mit 10 bezeichnet. Er ist innerhalb eines Gehäuseabschnittes 12 befestigt, der zusammen mit dem Zwischengetriebe und dem Planetengetriebe der Fig. 3 Bestandteil eines gemeinsamen Gehäuses ist.
Die unter Bezugnahme auf Fig. 3 noch zu erklärenden Planetengetriebeelemente sind im Gehäuseabschnitt 14 angeordnet. Der Gehäuseabschnitt für das Übertragungsgetriebe wird separat mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet.
Der Drehmomentwandler 10 umfaßt ein Pumpenrad 18, ein Turbinenrad 20 und ein Schaufel-Leitrad 22, letzteres ist zwischen dem Einströmbereich des Pumpenrades 18 und dem Ausströmbereich des Turbinenrades 20 angeordnet. Das Pumpenrad 18 umfaßt radial angeordnete, vom Pumpenradgehäuse 24 getragene Ausströmungsschaufeln Die Vorderwand 26 des Pumpenradgehäu ses 24 ist mit einer radialen Kupplungsfläche 28 versehen, die zum Eingriff mit einer in einem Raum innerhalb des Pumpenradgehäuses 24 zwischen der Vorderwand 26 und dem Turbinenrad 20 angeordneten Überbrückungskupplungsplatte 30 ausgelegt ist. Die Überbrückungskupplungsplatte 30 ist mit einer Dämpfungsplatte 32 verbunden, die bei 34 mit der Nabe 36 des Turbinenrades 20 fest verbunden ist. Zwischen der Kupplungsfläche 28 und der Dämpferplatte 32 sind tangential mit Abstand voneinander angeordnete Dämpfungsfedern 38 zur Absorption von Torsions- Störungen im Antriebsstrang angeordnet.
Die Dämpfungsplatte 30 bildet mit der Vorderwand 26 einen Steuerdruckhohlraum 40. Im Steuerdruckhohlraum 40 wird Fluiddruck aufgebaut, um den Arbeitsbereich der Kupplung zu steuern und um ein kontrolliertes Eingreifen der Kupplung zu bewirken, wodurch ein mechanischer Drehmomentübertragungsweg zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad eingerichtet wird.
Das Turbinenrad ist direkt mit der sich durch den an einer Stützwand 46 des Wandlergehäuseabschnitts 12 gesicherten Leitradlagersitz 44 erstreckenden Turbinenradhohlwelle 42 verbunden.
Eine Pumpenantriebswelle 48 ist mit der Vorderwand 26 des Pumpenradgehäuses 24 fest verbunden. Sie ist mit einer Zentralöffnung 50 ausgebildet, die über eine radiale öffnung 52 mit dem Steuerdruckhohlraum 40 verbunden ist. Das linksseitige Ende der Zentralöffnung 50 steht mit einem am Gehäuseabschnitt 16 befestigten Steuerventilkörper 54 in Verbindung.
Am Steuerventilkörper 54 ist ein Pumpengehäuse 56 befestigt. Es umschließt Verdrängerpumpenelemente 58 und 60, wobei letzteres antreibbar an der Pumpenantriebswelle 48 befestigt ist.
Das Leitrad 22 ist auf einem Leitradfreilauf 62 befestigt, dessen Innenring bei 64 mit dem Leitradlagersitz 44 fest verbunden ist.
Ein Antriebszahnrad 64 ist antreibbar mit der Turbinenradhohlwelle 42 verbunden. Es umfaßt eine auf einem mit der Stützwand 46 fest verbundenen, ringförmigen Lagersitz 68 gelagerte Nabe 66.
Wie in Fig. 2 gezeigt, steht das Antriebszahnrad 64 mit einem ersten Zwischenzahnrad 68 eines Zwischenzahnradpaares in Eingriff. Ein begleitendes, zweites Zwischenzahnrad 70 ist am ersten Zwischenzahnrad 68 anliegend angeordnet. Die Zwischenzahnräder werden mittels eines gemeinsamen Zwischenzahnradlagers 72 auf der Lagerstummelwelle 74 gedreht, wobei letzteres an einer Lagerstützwand 76 des Gehäuseabschnitts 16 befestigt ist.
Das erste Zwischenzahnrad 68, das einen größeren Teilkreisdurchmesser als das zweite Zwischenzahnrad 70 hat, steht antreibbar mit dem Antriebszahnrad 64 in Eingriff. Außerdem steht es mit dem zur Rotation um die Achse der Antriebswelle 80 befestigten ersten Eingangszahnrad 78 in Eingriff. Eine feste Hohlwelle 82, die an der Lagerstützwand 76 befestigt oder in sie integriert ist, dient als Lagersitz für das erste Eingangszahnrads 78.
Das zweite Zwischenzahnrad 70 steht mit dem zweiten Eingangszahnrad 86 in Eingriff, das mittels eines Eingangszahnradlagers 88 auf einer ersten Eingangshohlwelle 90 befestigt ist. Die erste Eingangshohlwelle 90 ist Bestandteil des ersten Eingangszahnrads 78.
Die zweite Eingangshohlwelle 92, die Bestandteil des zweiten Eingangszahnrades 86 ist, ist mit einem Kupplungszylinder 94 der ersten Kupplungsscheibenbaugruppe 96 antreibbar verbunden. Der Kupplungszylinder 94 bietet eine ringförmige Kammer, in der ein ringförmiger Kupplungskolben 98 aufgenommen ist, der mit einem Zylinder so Zusammenwirkt, daß eine erste Kupplungsdruckkammer 100 definiert wird. Der ersten Kupplungsdruckkammer 100 wird über in der Hohlwellenanordnung bei 92, 90 und 88 ausgebildete Kanäle und Anschlußöffnungen Fluid zugeteilt.
Der Kupplungszylinder 94 trägt außen befestigte Scheiben. Diese entsprechen innen befestigten Scheiben, die von einem mit einer ersten Bremstrommel 104 verbundenen ersten Kupplungsbauteil 102 getragen werden. Die Bremstrommel 104 ist von einem Untersetzungsbremsband 106 umgeben. Das erste Kupplungsbauteil 102 ist auf einem Lagersitz 108 drehbar gelagert, der Bestandteil des feststehenden Gehäuseabschnitts 16 ist. Über einen Seegerring an der zweiten Eingangshohlwelle 92 gesicherte Kolbenrückholfedern 110 drücken den ringförmigen Kupplungskolben 98 in eine Stellung, in der die Kupplung gelöst ist. Wenn die erste Kupplungsdruckkammer 100 mit Druck beaufschlagt wird, wird die erste Kupplungsscheibenbaugruppe 96 betätigt, wodurch eine Antriebsverbindung zwischen dem zweiten Eingangszahnrad 86 und der ersten Bremstrommel 104 eingerichtet wird.
Ein Drehmoment übertragendes Mantelgehäuse 112 verbindet die erste Bremstrommel 104 mit einer Sonnenradhohlwelle 114, die mit einem ersten Sonnenrad 116 einer ersten Planetengetriebe einheit 118 verbunden oder Bestandteil desselben ist.
Das erste Eingangszahnrad 78 ist mit einer an einem ringförmigen ersten Zylinderbauteil 122 befestigten ersten Hohlwelle 120 fest verbunden. Das erste Zylinderbauteil 122 definiert einen ersten ringförmigen Zylinder 124 und einen zweiten ringförmigen Zylinder 126, wobei letzterer mit radialem Abstand zum ersten angeordnet ist. Ein erster ringförmiger Kolben 128 ist im ersten ringförmigen Zylinder 124 und ein zweiter ringförmiger Kolben 130 im zweiten ringförmigen Zylinder 126 angeordnet. Der erste ringförmige Kolben 128 und der erste ringförmige Zylinder 124 definieren eine erste Druckkammer 132, die durch von den zentralen Hohlwellen begrenzte Fluidkanäle mit Fluid versorgt wird. Desgleichen wird eine zweite Druckkammer 134 durch den zweiten ringförmigen Kolben 130 und den zweiten ringförmigen Zylinder 126 definiert. Auch sie wird über Kanäle in den Hohlwellen mit Druck versorgt.
Das erste Zylinderbauteil 122 trägt ein zweites Zylinderbauteil 136, das wiederum außen angebrachte Kupplungsscheiben der zweiten Kupplungsscheibenbaugruppe 138 trägt. Diese Scheiben wirken mit innen angebrachten Kupplungsscheiben der zweiten Kupplungsscheibenbaugruppe 138 zusammen, die von einer über ein zweites Kupplungsbauteil 142 an der ersten Bremstrommel 104 befestigten Kupplungsnabe 140 getragen werden. Somit wird, sobald die erste Druckkammer 132 unter Druck gesetzt wird, die zweite Kupplungsscheibenbaugruppe 138 betätigt, wodurch eine Antriebsverbindung zwischen der ersten Eingangshohlwelle 90 und dem ersten Sonnenrad 116 entsteht.
Das weitere Zylinderbauteil 122 trägt außen befestigte Scheiben einer Kupplungsbaugruppe 144, die von einem dritten Kupplungsbauteil 146 getragenen, außen angebrachten Scheiben entsprechen. Am dritten Kupplungsbauteil 146 ist eine zweite Hohlwelle 148 befestigt, die wiederum mit dem ersten Planetenradträger 150 der ersten Planetengetriebeeinheit 118 verbunden ist.
Wenn die zweite Druckkammer 134 mit Druck beaufschlagt wird, kuppelt die Kupplungsbaugruppe 144 ein, wodurch eine Antriebs-Verbindung zwischen dem ersten Zylinderbauteil 122 und dem ersten Planetenradträger 150 entsteht. Die Planetengetriebeeinheit 118 umfaßt außer dem ersten Sonnenrad 116 und dem ersten Planetenradträger 150 ein erstes Hohlrad 152. Der erste Planetenradträger 150 trägt erste Planetenräder 154, die mit dem ersten Hohlrad 152 und dem ersten Sonnenrad 116 in Eingriff stehen. Der erste Planetenradträger 150 ist direkt über eine Drehmoinentübertragungstrommel 156 mit einem zweiten Hohlrad 158 einer zweiten Planetengetriebeeinheit 160 verbunden. Ein zweites Sonnenrad 162 der Planetengetriebeeinheit 160 ist auf einer zweiten Sonnenradhohlwelle 164 gelagert, die Teil einer am äußersten rechtsseitigen Ende des Gehäuseabschnitts 14 angeordneten Endstützwand 166 ist. Eine von einem mehrfach-gewickelten Bremsband 170 umgebene zweite Bremstrommel 168 wird vom zweiten Sonnenrad 162 getragen.
Ein zweiter Planetenradträger 172 der zweiten Planetengetriebeeinheit 160 ist mit dem Hohlrad 152 der ersten Planetengetriebeeinheit 118 verbunden. Auf dem zweiten Planetenradträger 172 gelagerte Planetenräder 174 stehen mit dem zweiten Hohlrad 158 und dem zweiten Sonnenrad 162 antreibbar im Eingriff. Das Bremsband 170, das, wenn es bremst, das zweite Sonnenrad 162 festgelegt, schafft während des Betriebes im ersten, zweiten und dritten Gang einen Schaltpunkt.
Der erste Planetenradträger 150 ist mit einem Bremsbauteil 176, das innen befestigte Bremsscheiben einer Mehrfachbremsscheibenbaugruppe 178 trägt, verbunden oder Bestandteil derselben. Außen angebrachte Scheiben der Mehrfachbremsscheibenbaugruppe 178 sind an einem Bremszylinder 180 befestigt, der wiederum am Gehäuseabschnitt 14 gesichert ist. Der Bremszylinder 180 definiert einen ringförmigen Zylinder, in dem ein ringförmiger Bremskolben 182 aufgenommen ist, der so eingerichtet ist, daß er, sobald Fluiddruck in der durch den Bremszylinder 180 und den ringförmigen Bremskolben 182 definierten Bremsdruckkammer 184 aufgebaut wird, die Mehrfachbremsscheibenbaugruppe 178 betätigt.
Die Mehrfachbremsscheibenbaugruppe 178, die Kupplungsscheibenbaugruppe 144 und die zweite Kupplungsscheibenbaugruppe 138 besitzen Kolbenrückholfedern ähnlich der Kolbenrückholfeder 110 der ersten Kupplungsscheibenbaugruppe 96.
Der zweite Planetenradträger 172 der zweiten Planetengetriebeeinheit 160 ist mit der letzten, dritten Hohlwelle 186 verbunden, die mit dem letzten, dritten Sonnenrad 188 verbunden ist. Ein letztes, in Fig. 4 gezeigtes, drittes Hohlrad 190 ist am Gehäuseabschnitt 14 befestigt. Dritte Planetenräder 192 stehen mit dem dritten Hohlrad 190 und dem dritten Sonnenrad 188 in Eingriff. Sie sind auf einem dritten Planetenradträger 194 gelagert, der Bestandteil eines Ausgleichsgehäuses 196 ist.
Ein erstes und zweites Antriebsrad 198 und 200 sind innerhalb des Ausgleichsgehäuses 196 angeordnet. Sie stehen mit einem auf einem Ausgleichsbolzen 206 drehbar gelagerten ersten und zweiten Ausgleichsrad 202 und 204 in Antriebs-Eingriff. Eine erste Antriebsachse 280 ist mittels eines ersten Universalgelenks 210 mit einer Gelenkwelle verbunden. Das zweite Antriebsrad 200 ist mittels der Antriebswelle 80 mit der Eingangsseite eines in Fig. 2 gezeigten zweiten Universalgelenks 212 verbunden. Das zweite Universalgelenk 212 schafft eine Antriebs-Verbindung mit einer zweiten Gelenkwelle zum Antrieb eines Antriebsrades.
Unter Bezug auf die Fig. 4 und 5 wird nun der Betrieb des Getriebes erklärt. Um die Tabelle der Fig. 6 mit der schematischen Darstellung der Fig. 5 in Beziehung zu setzen, werden die drei Kupplungen mit den Symbolen "1", "2" und "3" der Fig. 5 bezeichnet. Diese entsprechen der ersten Kupplungsscheibenbaugruppe 96, der zweiten Kupplungsscheibenbaugruppe 138 bzw. der Kupplungsbaugruppe 144. Die gleichen Bezeichnungen werden in der Tabelle der Fig. 5 verwendet. Außerdem tragen in den Fig. 5 und 6 die Rückwärtsgang-(revers)Mehrfachbremsscheibenbaugruppe 178 das Symbol "R" und die Niedriggeschwindigkeits- und Zwischengeschwindigkeits-. (low, intermediate)-Bremsbaugruppe 170 das Symbol "L/I". Das erste Eingangszahnrad 178 des Zwischengetriebes trägt die Bezeichnung "G2" und das zweite Eingangszahnrad 86 des Zwischengetriebes trägt die Bezeichnung "G1".
Um einen Gang bei Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit einzurichten, wird die Bremsbaugruppe L/I und die Kupplung 3 betätigt. Das Drehmoment des Turbinenrades wird dann vom Turbinenrad 20 über das Antriebszahnrad 64 und das zweite Zwischen-Zahnrad 70 an das Zahnrad G1, das einen größeren Teilkreisdurchmesser als das Zahnrad G2 hat, übertragen. Das Drehmoment des Zahnrads G1 wird über die betätigte Kupplung 3 an das erste Sonnenrad 116 der ersten Planetengetriebeeinheit 118 übertragen. Somit wird ein doppelter Drehmomentübertragungsweg innerhalb des Planetengetriebes eingerichtet, da das Drehmoment vom Sonnenrad über den Planetenradträger der ersten Planetengetriebeeinheit 118 an das Hohlrad der zweiten Planetengetriebeeinheit 160 übertragen wird und das Drehmoment vom Hohlrad der ersten Planetengetriebeeinheit 118 an den Planetenradträger der zweiten Planetengetriebeeinheit 160 übertragen wird. Das zusammengesetzte Drehmoment wird dann an das dritte Sonnenrad 188 der End-Antriebsgetriebeeinheit übertragen.
Ein Wechsel des Ganges zum Gang der zweiten Geschwindigkeit wird erreicht, indem gleichzeitig die Kupplung 3 gelöst und die Kupplung 2 betätigt wird. Dies bewirkt einen Wechsel des Drehmomenteingangs vom Zahnrad G1 zum Zahnrad G2. Da der Teilkreisdurchmesser des Zahnrads G2 kleiner als der Teilkreisdurchmesser des Zahnrads G1 ist, ist der Gang des gesamten Antriebsstranges dann größer.
Um einen Wechsel des Übersetzungsverhältnisses zum Gang der dritten Geschwindigkeit zu bewirken, wird die Kupplung 2 gelöst, sobald die Kupplung 1 betätigt wird. Da das erste Eingangszahnrad 78 im Drehmomentübertragungspfad aktiv bleibt, kommt es somit wieder zu einer Zunahme des Übertragungsverhältnisses, da Drehmoment vom ersten Eingangszahnrad 78 über den ersten Planetenradträger 150 der ersten Planetengetriebeeinheit 118 an das zweite Hohlrad 158 der zweiten Planetengetriebeeinheit 160 übertragen wird.
Ein Wechsel des Ganges zum Gang der vierten Geschwindigkeit wird erreicht, indem gleichzeitig die Kupplung 2 betätigt und die Bremse L/I gelöst wird, während Kupplung 1 betätigt bleibt. Dies setzt die Elemente des Planetengetriebes fest, während das erste Eingangszahnrad 78 weiterhin als Drehmomenteingangselement wirkt.
Um den Gang für die höchste Geschwindigkeit zu erreichen, ist es lediglich notwendig, die Eingangselemente zu tauschen, indem die Kupplung 2 gelöst wird, während Kupplung 1 betätigt bleibt und gleichzeitig die Overdrive-Bremse 106 betätigt wird, die das erste Sonnenrad 116 festlegt. Somit läuft das erste Hohlrad 120 der ersten Planetengetriebeeinheit 118 im Overdrive.
Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß ein vierstufiges Basisplanetengetriebe der in der US-PS-4,509,389 beschriebenen Art als Teil einer Kombination verwendet werden kann, die in der Lage ist, fünf Vorwärtsganggangse zu schaffen.
Die Abschnitte der Konstruktion, die den fünften genauso wie den vierten Gang erzeugen, gleichen den Abschnitten der Drehmomentübertragungswege, die die anderen Vorwärtsgänge erzeugen. Insbesondere die zwischen der Planetengetriebeanordnung für vier Gänge und dem zuvor beschriebenen Zwischengetriebe angeordneten Kupplungen und Bremsen erfüllen die Funktion der in der US-PS-4,509,389 beschriebenen Konstruktion, um Änderungen der Übersetzungsverhältnisse vom unteren Gängen zum oberen Gängen, zu erzielen. Sie erzielen die zusätzliche Funktion ohne Raumzunahme.
Die Verzahnung des Zwischengetriebes mit zwei Teilkreisdurchmessern ermöglicht es, wie das Zwischengetriebe der parallelen Anmeldung mit der Nr. 412,232, zwei verschiedene Wirkungen während des Fahrzeugbetriebes im sogenannten Stadtbetrieb, wie unten erläutert, zu erzielen.
Ein nützlicher Konstruktionsparameter zur Berechnung der geeigneten Übersetzungsspreizung eines Getriebes, so daß das Getriebe an die Geschwindigkeits/Drehmoment-Merkmale des Motors angepaßt ist, ist der sogenannte M/F-Faktor (N/V-factor). Der Faktor entspricht der Motordrehzahl geteilt durch die Fahrzeuggeschwindigkeit. Ein relativ hoher M/F-Faktor, der durch geeignete Wahl der Teilkreisdurchmesser der Zwischengetrieberäder erreicht werden kann, wird aufgrund der hohen Betriebsgeschwindigkeiten oder niedrigen Belastung zu einer Abnahme der Motorleistung führen. Der sogenannte Getriebewirkungsgrad stiege bei einem zunehmenden M/F-Faktor, da die Kuppelzeiten des Drehmomentwandlers in einem Betriebszustand einen längeren Abschnitt des Betriebszyklus einnehmen würden. Der Gesamtwirkungsgrad des Antriebs, ein Produkt des Getriebewirkungsgrades und des Motorwirkungsgrades, kann daher auf einem relativ konstanten Wert gehalten werden.
Änderungen der Kraftstoffnutzungseffizienz des Motors, die durch eine Änderung des M/F-Faktors zustande gebracht werden, entstehen auf Kosten der Elastizität des höchsten Ganges, sofern die Änderung des M/F-Faktors eine Erhöhung ist.
Eine andere Konstruktionsüberlegung ist - im Gegensatz zum Stadtbetrieb - die Gesamt-Kraftstoffausnutzung während des Überlandbetriebes. In diesem Fall führt eine Zunahme des M/F- Faktors beim höchsten Gang aufgrund der höheren Geschwindigkeit und geringeren Belastung des Motors zu einer Abnahme des Motorwirkungsgrades und des Getriebewirkungsgrades.
All diese Konstruktionsüberlegungen müssen in Betracht gezogen und ein geeigneter Kompromiß in der Konstruktion erzielt werden. Dies kann durch geeignete Wahl der Teilkreisdurchmesser der Zahnräder des Zwischengetriebes erreicht werden. Die Erfindung ermöglicht diese Konstruktionsänderung, ohne daß grundlegende Konstruktionsüberlegungen des Getriebes und die Raumerfordernisse des Zwischengetriebes geändert werden müssen.

Claims

1. Mehrstufiges Getriebe für einen Kraftfahrzeugantriebs Strang mit einem Verbrennungsmotor, mit:

- einem hydrodynamischen Drehmomentwandler (10) mit einem Pumpenrad (18) und einem Turbinenrad (20), die auf einer ersten Achse befestigt sind, wobei das Pumpenrad (18) für den Antrieb durch einen Motor geeignet ist;

- einer ersten und zweiten Planetengetriebeeinheit (118, 160) mit auf einer zur ersten Achse parallelen zweiten Achse befestigten Planetengetriebeeinheit (116, 152, 154, 158, 162, 174);

- Bremsmitteln zum getrennten und wahlweisen Bremsen eines der Planetengetriebeeinheit, um ein Drehmoment in einer ersten Vorwärtsübersetzung (L/I) zu bewirken, eines zweiten der Planetengetriebeeinheit, um einen Eilgang (OD) zu bewirken und eines dritten der Planetengetriebeelemente, um einen Rückwärtsgang (R) zu bewirken;

- Kupplungsmitteln zum getrennten und wahlweisen Verbinden des Drehmomenteingangs mit einem der Plantengetriebeelemente, um ein Untersetzungsverhältnis für niedrige Geschwindigkeiten (3, 2) zu bewirken oder mit einem zweiten der Planetengetriebeelemente, um ein zweites Untersetzungsverhältnis (1) zu bewirken;

- einer auf der zweiten Achse befestigten, angetriebenen Baugruppe (200, 198);

- mehrstufigen Drehmomentübertragungsmitteln zur Drehmomentübertragung zwischen den Achsen, die ein mit dem Turbinenrad (20) verbundenes Antriebszahnrad (64) und zwei auf der zweiten Achse befestigte Eingangszahnräder (78, 86) aufweisen, wobei die mehrstufigen Drehmomentübertragungsmittel auf einer zwischen der ersten und zweiten Achse angeordneten, dritten Achse befestigte, mehrere Drehmomentübertragungswege definierende Zwischenzahnräder (68, 70) unterschiedlichen Teilkreisdurchmessers aufweisen und wobei das Antriebszahnrad (64) mit einem der beiden Zwischenzahnräder (68, 70) im Eingriff steht;

- wobei die zweite Achse eine erste Hohlwelle (90), auf der eines der Eingangszahnräder (78) befestigt ist, aufweist;

- wobei ein Zwischenzahnrad (70) fest mit dem anderen Zwischenzahnrad (68) verbunden ist;

- wobei die zweite Achse eine zweite Hohlwelle (92) und eine feste Hohlwelle (82) aufweist;

- wobei eines der Eingangszahnräder (86) an der zweiten Hohlwelle (92) befestigt ist; und

- wobei beide Zwischenzahnräder (68, 70) ständig mit den Eingangszahnrädern (78, 86) im Eingriff sind, so daß gleichzeitig zwei getrennte Drehmomentübertragungswege bestehen.

2. Mehrstufiges Getriebe für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit:

- einem hydrodynamischen Drehmomentwandler (10) mit einem Pumpenrad (18) und einem Turbinenrad (20), die auf einer ersten Achse befestigt sind; wobei das Pumpenrad (18) für den Antrieb durch einen Motor geeignet ist;

- einer zur ersten Achse parallelen zweiten Achse mit einer ersten und zweiten Hohlwelle (90, 92), einer festen Hohlwelle (82) und einer Planetengetriebeelemente (118, 160, 116, 150, 158, 162, 172) aufweisenden mehrstufigen Kraftübertragung;

- mehrstufige Drehmomentübertragungsmitteln, die gleichzeitig mehrere Drehmomentübertragungswege zwischen der ersten und zweiten Achse definieren;

- wahlweise einschaltbaren Bremsmitteln (L/I, OD, R) zum Einrichten von Auflagepunkten für die Planetengetriebe elemente (118, 160, 116, 150, 158, 162, 172) der mehrstufigen Kraftübertragung und wahlweise betätigbaren Kupplungsmitteln (1, 2, 3), die aufeinanderfolgend mit den Bremsmitteln (L/I, OD) gleichzeitig mehrere Drehmomentübertragungswege für mehrere Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang einrichten;

- wobei die mehrstufigen Drehmomentübertragungsmittel über die erste und zweite Hohlwelle (90, 92) die beiden Drehmomente an die Kupplungsmittel (1, 2, 3) übertragen, wodurch die mehrstufigen Drehomentübertragungsmittel die Anzahl der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes gegenüber der Anzahl der Übersetzungsverhältnisse, die durch die mehrstufige Kraftübertragung verfügbar sind, erhöhen, so daß ungeeignete Übersetzungen vermieden sind.

3. Mehrstufiges Getriebe für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit:

- einem hydrodynamischen Drehmomentwandler (10) mit einem Pumpenrad (18) und einem Turbinenrad (20), die auf einer ersten Achse befestigt sind;

- Planetengetriebeeiheiten (118, 160) mit auf einer zur ersten Achse parallelen, zweiten Achse befestigten Planetengetriebeelementen (116, 152, 154, 158, 162, 174);

- mehrstufigen Drehmomentübertragungsmitteln zur Drehmomentübertragung zwischen den Achsen, die ein mit dem Turbinenrad verbundenes Antriebszahnrad (64) und zwei auf der zweiten Achse befestigte Eingangszahnräder (78, 86) aufweisen;

- Bremsmitteln (L/I, OD, R) zum getrennten und wahlweisen Bremsen eines der Planetengetriebeelemente (162), um ein Drehmoment in einer ersten Vorwärtsübersetzung zu bewirken, eines zweiten der Planetengetriebeelemente (116), um einen Eilgang zu bewirken und eines dritten der Planetengetriebeelemente (150), um einen Rückwärtsgang zu bewirken; und

- Kupplungsmitteln (1, 2, 3) zum getrennten und wahlweisen Verbinden eines der Eingangszahnräder (78) mit mindestens einem der zweiten und dritten Planetengetriebeelemente (116, 150) und des anderen Eingangszahnrades (86) mit dem dritten Planetengetriebeelement (150), wodurch gleichzeitig Drehmomentübertragungswege eingerichtet werden können.

4. Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 3, wobei die Kupplungsmittel (1, 2, 3) einzeln und wahlweise eines der Eingangszahnräder (78) mit dem zweiten Planetengetriebeelement (116) verbinden, um ein Untersetzungsverhältnis für niedrige Geschwindigkeiten zu bewirken und das andere Eingangszahnrad (86) mit dem zweiten Planetengetriebeelement (116) zu verbinden, um ein zweites Untersetzungsverhältnis zu bewirken.

5. Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 3, wobei die Kupplungsmittel (1, 2, 3) einzeln und wahlweise ein Eingangszahnrad (78) mit dem dritten Planetengetriebeelement (150) verbinden, um ein Eilgangübersetzungsverhältnis zu bewirken, während das zweite Planetengetriebeelement (116) der Planetengetriebeeinheit (118) gebremst ist.

6. Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 4 und 5, wobei die Kupplungsmittel (1, 2, 3) die erste und zweite Planetengetriebeeinheit (118, 160) miteinander verbinden, um die Planetengetriebeelemente (116, 150, 172) mit einheitlicher Übersetzung zu betreiben.

7. Kombination nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Elemente der Kraftübertragung:

- zwei Planetengetriebeeinheiten (118, 160), wobei jede Einheit ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger und auf dem Planetenträger drehbar gelagerte Planetenräder besitzt, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad im Eingriff stehen und wobei das Hohlrad (152) der ersten Planetengetriebeeinheit (118) mit dem Planetenträger (172) der zweiten Planetengetriebeeinheit (160), der Planetenträger (150) der ersten Planetengetriebeeinheit (118) mit dem Hohlrad der zweiten Planetengetriebeeinheit (160) und eine Antriebswelle (208) mit dem Planetenträger (172) der zweiten Planetengetriebeeinheit (160) verbunden ist; und

- Bremsmittel, die:

- zum Bremsen des Planetenträgers (150) der ersten Planetengetriebeeinheit (118) während des Rückwärtsganges;

- zum Bremsen des Sonnenrades (162) der zweiten Planetengetriebeeinheit (160) während des Betriebes für niedrige Vorwärtsgänge; und

- zum Bremsen des Sonnenrades (116) der ersten Planetengetriebeeinheit (118) während des Betriebes des Eilgangs ausgelegt sind;

aufweisen.