DE69106861T2

DE69106861T2 - Planeten-getriebeeinheit.

Info

Publication number: DE69106861T2
Application number: DE69106861T
Authority: DE
Inventors: Raymond John Hicks
Original assignee: Massey Ferguson SA
Current assignee: AGCO SA
Priority date: 1990-08-15
Filing date: 1991-08-05
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2011-08-06
Also published as: GB2247501B; IN176487B; JP3435605B2; MX9100663A; GB2247501A; EP0495942B1; JPH05505445A; PL291427A1; PL166578B1; US5358458A; EP0495942A1; TR27316A; GB9116856D0; GB9017921D0; DE69106861D1; BR9105863A; WO1992003670A1

Description

Diese Erfindung steht im Zusammenmenhang mit Planeten- Getriebeeinheiten, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, mit solchen, die in Schleppergetrieben zur Anwendung gelangen.
Solche Einheiten sind bekannt für ihre Verwendung in den Eingangsabschnitten der Getriebe von Schleppern oder ähnlichen Fahrzeugen, um zwei oder mehr Übersetzungsverhältnisse zu erbringen, die unter voller Last geschaltet werden können, ohne die Fahrkupplung des Getriebes auskuppeln zu müssen.
Eine Planeten-Getriebeeinheit der Art, wie sie in der Präambel zu Anspruch 1 definiert wird, in Form einer übersetzungsverändernden Getriebeeinheit für das Automatikgetriebe eines Fahrzeugs wird im US Patent Nr. 4836052 beschrieben. Die Erfindung zielt darauf ab, eine übersetzungsverändernde Getriebeeinheit mit verringerter axialer Abmessung bereitzustellen. Die beschriebene Erfindung besteht aus zwei Planetenradsätzen und einer Anzahl von Bremsen und Kupplungen, um vier Vorwärts-Übersetzungen und ein Rückwärts- Übersetzung bereitzustellen.
Planetengetriebe für ein Fahrzeugetriebe werden im GB Patent Nr. 2103314 beschrieben. Jede der drei beschriebenen Ausführungen schließt vier oder fünf Planetenradsätze mit ein, von denen jeder aus einem Sonnenrad, einem Planetenradträger und einem Hohlrad besteht und eine Vielzahl an Vorwärts- und RückwärtsÜbersetzungsverhältnissen bereitstellt. Bei jeder Ausführung sind die Sonnenräder des ersten und des vierten Planetenradsatzes permanent drehf est mit einer ersten Eingangswelle verbunden, und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und der Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes sind permanent drehfest mit einer zweiten Eingangswelle verbunden. Glieder von zumindest zwei Planetenradsätzen sind permanent drehfest mit der Ausgangswelle verbunden. Darüber hinaus bestehen verschiedene Verbindungen zwischen den Planetenradsätzen und eine Vielzahl von Bremsen sind vorgesehen, vermittels derer erreicht wird, daß Glieder der Planetenradsätze gegen das Gehäuse gebremst werden, und es sind zwei Kupplungen vorgesehen, die es gestatten, daß eine antreibende Eingangswelle entweder die erste oder die zweite Eingangswelle oder beide antreibt.
Gegenstand der hier beschriebenen Erfindung ist eine verbesserte Form einer Planeten-Getriebeeinheit, durch die eine Anzahl von grundlegend gleich weit auseinanderliegenden und relativ nahe beieinanderliegenden Übersetzungsverhältnissen bereitgestellt wird.
Mithin ist gemäß der hier beschriebenen Erfindung folgendes vorgesehen: eine Planeten-Getriebeeinheit, die aus einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle und einer Vielzahl von miteinander verbundenen, koaxial angeordneten, aus drei Gliedern zusammengesetzten Planetenradsätzen besteht, wobei zu jedem Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Planetenradträger und ein Hohlrad gehören, sowie Kupplungen, die zwischen Gliedern der Planetenradsätze einerseits und der Eingangswelle, der Ausgangswelle oder dem Gehäuse angreifen, wobei bei dieser Planeten-Getriebeeinheit ein erstes Glied eines der besagten Planetenradsätze permanent drehfest mit der Eingangswelle und ein zweites Glied permanent drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist und die Getriebeeinheit wie folgt charakterisiert ist, nämlich
(i) einer der besagten Planetenradsätze ist ein maßgeblicher Satz und der verbleibende Satz oder die verbleibenden Sätze der besagten Planetenradsätze sind mit dem dritten Glied des maßgeblichen Planetenradsatzes durch Verwendung der Kupplungen verbunden, um die Drehrichtung und die Drehzahl des dritten Glieds zu verändern, was somit eine Anzahl von Übersetzungen der Getriebeeinheit insgesamt bereitstellt;
(ii) keine weiteren Glieder der besagten Planetenradsätze sind permanent drehfest mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle verbunden; und
(iii) keines der besagten Glieder der besagten Planetenradsätze ist mit irgendeinem mechanischen Bauteil verbunden, welches nicht zur besagten Getriebeeinheit gehört.
Ein Glied des verbleibenden oder jedes verbleibenden Planetenradsatzes ist mit dem dritten Glied des maßbeglichen Planetenradsatzes verbunden, und die beiden anderen Glieder des verbleibenden oder jedes verbleibenden Planetenradsatzes sind wahlweise mit dem Gehäuse oder einem Glied eines anderen Planetenradsatzes kuppelbar.
Bei einer Getriebeeinheit mit vier Übersetzungen ist das dritte Glied des maßgeblichen Planetenradsatzes mit einem ersten Glied eines zweiten Planetenradsatzes verbunden; es wird eine erste Kupplung bereitgestellt, mit der ein zweites Glied des zweiten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse verblockt werden kann; es wird eine zweite Kupplung bereitgestellt, mit der ein drittes Glied des zweiten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse verblockt werden kann; es wird eine dritte Kupplung bereitgestellt, mit der eines der zweiten und dritten Glieder des zweiten Planetenradsatzes mit einer der Eingangs- oder Ausgangswellen verkoppelt werden kann, und es wird eine vierte Kupplung bereitgestellt, mit der das andere der zweiten und dritten Glieder des zweiten Planetenradsatzes mit der anderen der Eingangs- oder Ausgangswellen verkoppelt werden kann, wobei die Anordnung dergestalt erfolgt, daß eine erste Übersetzung von der Getriebeeinheit erhalten wird, wenn besagte erste und zweite Kupplung angezogen sind; eine zweite Übersetzung wird erhalten, wenn besagte erste und dritte Kupplung angezogen sind; eine dritte Übersetzung wird erhalten, wenn besagte zweite und vierte Kupplung angezogen sind, und eine vierte Übersetzung wird erhalten, wenn besagte dritte und vierte Kupplung angezogen sind.
Bei einer Anordnung ist das Hohlrad des maßgeblichen Planetenradsatzes mit einer der Eingangs- und Ausgangwellen verbunden, der Planetenradträger des maßgeblichen Planetenradsatzes ist mit der anderen der Eingangs- oder Ausgangswellen verbunden, und das Sonnenrad des maßgeblichen Planetenradsatzes ist mit einem Glied des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Bei einer Anordnung ist das Sonnenrad des maßgeblichen Planetenradsatzes mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
Bei einer solchen Anordnung kann die erste Kupplung das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes an das Gehäuse koppeln, die zweite Kupplung kann das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes an das Gehäuse koppeln, die dritte Kupplung kann das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes an die mit dem Planetenradträger des maßgeblichen Planetenradsatzes verbundene Eingangs- oder Ausgangswelle koppeln, und die vierte Kupplung kann das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes an die mit dem Hohlrad des maßgeblichen Planetenradsatzes verbundene Eingangs- oder Ausgangswelle kuppeln.
In einer alternativen Anordnung ist das Sonnenrad des maßgeblichen Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
Bei dieser alternativen Anordnung kann die erste Kupplung den Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes an das Gehäuse koppeln, die zweite Kupplung kann das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes an das Gehäuse koppeln, die dritte Kupplung kann das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes an die mit dem Planetenradträger des maßgeblichen Planetenradsatzes verbundene Eingangs- oder Ausgangswelle koppeln, und die vierte Kupplung kann den Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes an die mit dem Hohlrad des maßgeblichen Planetenradsatzes verbundene Eingangs- oder Ausgangswelle koppeln.
Vorzugsweise werden die Kupplungen in zwei Paaren angeordnet, wobei eine Kupplung eines jeden Paars durch Federdruck aufgebracht wird und automatisch freigegeben wird, wenn die andere Kupplung des Paars aufgebracht wird, so daß umfassende Lastschaltung durchgeführt werden kann und zwischen den Übersetzungen unter voller Last geschaltet werden kann.
Die andere Kupplung eines jeden Paars wird vorzugsweise hydraulisch betätigt.
Eine Planeten-Getriebeeinheit in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung kann eine Anzahl nahe beieinanderliegender Übersetzungsverhältnisse bereitstellen, wodurch, im Zusammenwirken mit einem Zusatzgetriebe, ein Getriebe erhalten wird, das sich besonders für eine Verwendung bei Schleppern eignet.
Beispielsweise ist es möglich, das Gesamt der Übersetzungsverhältnis-Änderung für die Planeten-Getriebeeinheit als 1 zu 2 in vier grundlegend gleich weit auseinanderliegenden Übersetzungen auszulegen. Wird mithin die entsprechende Übersetzung im Zusatzgetriebe gewählt, stünden einem Schlepperfahrer bei der Feldarbeit z.B. Fahrgeschwindigkeiten im Bereich von 3 bis 6 kmh oder 5 bis 10 kmn zur Verfügung, so daß der Schlepperfahrer alle von ihm benötigten Arbeitsgeschwindigkeiten für die betreffende Aufgabe allein dadurch wählen könnte, daß er die Arbeitsübersetzung der Planeten-Getriebeeinheit ändert, ohne daß es nötig wäre, die Übersetzung im Zusatzgetriebe zu wechseln. Insofern als eine Veränderung der Arbeitsübersetzung der Planeten-Getriebeeinheit unter voller Last erfolgen kann und nicht das Auskuppeln einer Fahrkupplung erfordert, wird auf diese Art eine für Schlepperarbeiten besonders wirkungsvolle Getriebeeinheit bereitgestellt.
Eine Getriebeeinheit mit sechs Übersetzungen kann mit Hilfe von drei Planetenradsätzen bereitgestellt werden, indem das Hohlrad des maßgeblichen Planetenradsatzes mit einer der Eingangs- und Ausgangswellen verbunden wird, der Planetenradträger des maßgeblichen Planetenradsatzes mit der anderen der Eingangs- und Ausgangswellen verbunden wird, das Sonnenrad des maßgeblichen Planetenradsatzes mit den Sonnenrädern der zweiten und dritten Planetenradsätze verbunden wird, und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem Glied des dritten Planetenradsatzes verbunden wird, wobei Kupplungen vorgesehen werden, um die Planetenradträger und die Hohlräder des zweiten und des dritten Planetenradsatzes alternativ an das Gehäuse zu koppeln oder an eine der Eingangs- und Ausgangswellen.
Eine Getriebeeinheit mit acht Übersetzungen kann durch Hinzufügen eines vierten Planetenradsatzes zur im vorigen Paragraphen beschriebenen Anordnung bereitgestellt werden, wobei es sich bei diesem vierten Planetenradsatz um eine umgekehrte Sternanordnung handelt und dessen Planetenradträger mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist und das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, während zusätzliche Kupplungen vorgesehen werden, um das Hohlrad und den Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes an das Gehäuse zu koppeln oder an eine der Eingangs- und Ausgangswellen, um so eine Getriebeeinheit mit acht Übersetzungen zu erbringen.
Mehrere Auslegungen der hier beschriebenen Erfindung beim Einsatz als Bauteil eines Schleppergetriebes werden nun beschrieben, allein als Beispielsfälle, unter Bezug auf die mit eingereichten Zeichnungen, wobei:
Abbildung 1 den Getriebeplan für eine Planeten- Getriebeeinheit mit vier Übersetzungen in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung zeigt;
Abbildung 2 die schematische Darstellung eines Schleppergetriebes unter Einbeziehung der Planeten-Getriebeeinheit aus Abbildung 1 zeigt;
Abbildung 3 in Tabellenform die Stellung jeder Kupplung für jede Übersetzung der Planeten-Getriebeeinheit aus Abbildung 1 zeigt;
Abbildung 4 den Getriebeplan für eine alternative Planeten-Getriebeeinheit mit vier Übersetzungen in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung zeigt;
Abbildung 5 in Tabellenform die Stellung jeder Kupplung für jede Übersetzung der Planeten-Getriebeeinheit aus Abbildung 4 zeigt;
Abbildung 6 den Getriebeplan für eine Planeten- Getriebeeinheit mit sechs Übersetzungen in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung zeigt;
Abbildung 7 in Tabellenform die Stellung jeder Kupplung sowie andere Daten für jede Übersetzung der Planeten- Getriebeeinheit aus Abbildung 6 zeigt;
Abbildung 8 den Getriebeplan für eine Planeten- Getriebeeinheit mit acht Übersetzungen in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung zeigt;
Abbildung 9 in Tabellenform die Stellung jeder Kupplung sowie andere Daten für jede Übersetzung der Planeten- Getriebeeinheit aus Abbildung 8 zeigt;
Unter Bezugnahme auf Abbildungen 1 und 2 wird hier schematisch ein Schleppergetriebe dargestellt, wobei ein Motor E die Vorderund Hinterräder W1 und W2 über die Ausgleichsgetriebe D1 und D2, eine Fahrkupplung C, eine Planeten-Getriebeeinheit P in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung, ein Hauptgetriebe G und ein Verteilergetriebe T treibt. Ein typisches Hauptgetriebe G verfügt über vier Übersetzungen sowie eine Vorwärts/Rückwärtswahl-Baugruppe und kann auch eine Hoch/Niedrig-Baugruppe einschließen - in Abbildung 2 gestrichelt als Detail H/L dargestellt.
Die Planeten-Getriebeeinheit P verfügt über eine Eingangswelle 10 und eine fluchtende Ausgangswelle 11 und die ersten und zweiten Planetenradsätze 12 und 13.
Zum ersten Planetenradsatz 12 gehören ein Hohlrad 14, Sonnenrad 15 und die Planetenräder 16, die mit Hohlrad 14 und Sonnenrad 15 im Eingriff stehen und auf einem Planetenradträger 17 angeordnet sind. In ähnlicher Art gehören zum zweiten Planetenradsatz 13 ein Hoh1rad 18, ein Sonnenrad 19 und die Planetenräder 20 auf dem Planetenradträger 21.
Das Hohlrad 14 ist mit der Eingangswelle 10 verbunden, der Planetenradträger 17 ist mit der Ausgangswelle 11 verbunden und das Sonnenrad 15 ist mit dem Planetenradträger 21 verbunden.
Zur Planeten-Getriebeeinheit gehören auch vier Kupplungen. Eine erste Kupplung C1 ist bereitgestellt, die im eingekuppelten Zustand das Hohlrad 18 an das Gehäuse 22 der Getriebeeinheit koppelt. Eine zweite Kupplung C2 koppelt im eingekuppelten Zustand das Sonnenrad 19 an das Gehäuse 22. Eine dritte Kupplung C3 koppelt im eingekuppelten Zustand das Sonnenrad 19 an die Ausgangswelle 11, und eine vierte Kupplung C4 koppelt im eingekuppelten Zustand die Eingangswelle 10 an das Hohlrad 18.
Die erste und die vierte Kupplung arbeiten als ein Paar, wobei die vierte Kupplung C4 durch eine Tellerfeder 23 über Federdruck eingekuppelt wird, wodurch Reibelemente 24, die zum Hohlrad 18 gehören, gegen Reibelemente 25 gepresst werden, die zur Eingangswelle 10 gehören. Die erste Kupplung C1 wird hydraulisch durch einen ringförmigen Kolben betätigt, wodurch Reibelemente 27, die zum Hohlrad 18 gehören, gegen Reibelemente 28 gepreßt werden, die auf Gehäuse 22 angeordnet sind. Die erste Kupplung C1 wird eingekuppelt, indem die Kammer 29 hinter dem ringförmigen Kolben 26 mit einem Kupplungsbetätigungsdruck PA beauf schlagt wird.
Wie erkennbar sein sollte, werden automatisch die Reibelemente 24 gegen den Druck der Tellerfeder 23 bewegt und entkuppeln die vierte Kupplung C4, wenn die Kammer 29 mit Druck beaufschlagt wird, um die erste Kupplung C1 einzukuppeln.
In ähnlicher Art und Weise arbeiten die zweite Kupplung C2 und die dritte Kupplung C3 als ein Paar, wobei die dritte Kupplung C3 durch eine Tellerfeder 30 über Federdruck eingekuppelt wird, wodurch die Koppelelemente 31 und 32 in Kontakt gelangen, die ihrerseits zur Ausgangswelle 11 beziehungsweise zum Sonnenrad 19 gehören. Die zweite Kupplung wird hydraulisch durch einen ringförmigen Kolben 33 betätigt, wodurch die Koppelelemente 34 und 35 in Kontakt gelangen, die ihrerseits zu Sonnenrad 19 und Gehäuse 22 gehören. Kupplung C2 wird eingekuppelt, indem Kammer 36 hinter Kolben 33 mit einem Kupplungsbetätigungsdruck PB beaufschlagt wird. Wie erkennbar sein sollte, bewirkt das Einkuppeln der zweiten Kupplung C2 auch das Auskuppeln der dritten Kupplung C3 gegen den Druck der Tellerfeder 30.
Einer der Vorteile einer Planeten-Getriebeeinheit in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung besteht darin, das die Zähnezahl der beiden Hohlräder 14 und 18 die gleiche sein kann wie die Zähnezahl der beiden Sonnenräder 15 und 19 und der im Eingriff stehenden Planetenräder 16 und 20. Hierdurch wird der konstruktive Aufwand für die Planeten- Getriebeeinheit erheblich verringert und die Herstellungskosten werden beträchtlich gesenkt.
Beim hier beschriebenen spezifischen Beispiel verfügen die Hohlräder 14 und 18 über vierundneunzig Zähne (Größe 'a' in der untenstehenden Formel), und die Sonnenräder 15 und 19 verfügen über achtundfünfzig Zähne (Größe 's' in der untenstehenden Formel).
Die vier Arbeitsübersetzungen der Planeten-Getriebeeinheit werden wie unten beschrieben errechnet. Die verschiedenen angeführten Formeln für die erzielbaren Übersetzungsverhältnisse sind dann gültige Formeln, wenn die zwei Hohlräder, die zwei Sonnenräder und die im Eingriff stehenden Planetenräder die gleiche Zähnezahl besitzen, wie oben angeführt.
Eine erste Übersetzung A wird erhalten, wenn die erste Kupplung C1 und die zweite Kupplung C2 durch hydraulische Druckbeaufschlagung der Kammern 29 und 35 eingekuppelt sind, so daß Kupplungen Cl und C2 eingekuppelt sind und Kupplungen C3 und C4 in der ausgekuppelten Stellung gehalten werden. In diesem Zustand werden sowohl Sonnenrad 19 als auch Hohlrad 18 an das Gehäuse 22 der Getriebeeinheit gekoppelt, so daß der zweite Planetenradsatz 13 vollständig festgehalten wird und das Übersetzungsverhältnis RA mit folgender Formel wiedergegeben wird: RA = a/(s + a) = 941(58 + 94) = 0,6184.
In der Übersetzung A wird die gesamte Leistung über den ersten Planetenradsatz 12 übertragen, während das Drehmoment an der ersten Kupplung Cl 38,16% des Motordrehmoments und das Drehmoment an der Kupplung C2 23,54% des Motordrehmoments beträgt.
Eine zweite Übersetzung B wird erhalten, wenn die erste Kupplung C1 und die dritte Kupplung C3 eingekuppelt sind. In diesem Zustand ist das Sonnenrad 19 an die Ausgangswelle 11 und das Hohlrad 18 ist an das Gehäuse 22 gekoppelt. In diesem Zustand drehen Sonnenrad 15 und Planetenradträger 21 zusammen, und das Übersetzungsverhältnis RB wird mit folgender Formel wiedergegeben:
In der Übersetzung B beträgt das Drehmoment an der Kupplung C1 38,16% des Motordrehmoments und das Drehmoment an der Kupplung C3 beträgt 23,54% des Motordrehmoments. Übersetzung B erbringt eine Abtriebsdrehzahl, die 17,04% schneller als bei Übersetzung A ist (Übersetzung A ist um 14,56% langsamer als Übersetzung B).
Eine dritte Übersetzung C wird erhalten, wenn Kupplung C2 eingekuppelt ist und Kupplung C4 eingekuppelt ist. In diesem Zustand ist das Hohlrad an die Eingangswelle 10 gekoppelt und das Sonnenrad 19 ist an das Gehäuse 22 gekoppelt. Folglich drehen der Planetenradträger 21 und Sonnenrad 15 mit einer Drehzahl von:
94/(94+58) = 0,6152 x Drehzahl der Eingangswelle 10.
Das Übersetzungsverhältnis RC wird durch folgende Formel wiedergegeben:
In der Übersetzung c beträgt das Drehmoment der Kupplung C4 27,62% des Motordrehmoments und das Drehmoment der Kupplung C2 beträgt 17,04% des Motordrehmoments. Übersetzung C erbringt eine Abtriebsdrehzahl, die 18,04% schneller als bei Übersetzung B ist (Übersetzung B ist um 15,3% langsamer als Übersetzung C).
Eine vierte Übersetzung D wird erhalten, wenn die Kupplungen C3 und C4 eingekuppelt sind. In diesem Zustand ist das Hohlrad 18 an die Eingangswelle 10 gekoppelt und das Sonnenrad 19 ist an die Ausgangswelle 11 gekoppelt, so daß die beiden Planetenradsätze 12 und 13 gezwungenermaßen bei der gleichen Drehzahl drehen und damit einen direkten Durchtrieb durch die Planeten-Getriebeeinheit bereitstellen, so daß das Übersetzungsverhältnis RD = 1 ist. In der Übersetzung D beträgt das Drehmoment der Kupplung C4 27,62% des Motordrehmoments und das Drehmoment der Kupplung C3 beträgt 17,04% des Motordrehmoments.
Es sollte ersichtlich sein, daß bei hydraulischem oder elektrischem Versagen die Planeten-Getriebeeinheit immer noch in der Übersetzung D arbeitet, insofern diese rein mechanisch über die Tellerfedern 23 und 30 eingekuppelt wird. Hierbei handelt es sich um ein für die Praxis wichtiges Konstruktionsmerkmal, da dergestalt eine Notlaufmöglichkeit vorhanden ist, mit deren Hilfe das Fahrzeug zu seinem Stützpunkt zurückgebracht werden kann, sollte sich ein solches Versagen in einiger Entfernung von diesem Stützpunkt einstellen.
Mithin werden durch die Planeten-Getriebeeinheit vier grundlegend gleich weit auseinanderliegende und relativ nahe beieinanderliegenden Übersetzungsverhältnisse von 0,6184; 0,7238; 0,8544 und 1 bereitgestellt, die bei Abstimmung auf entsprechend gewählte Übersetzungsverhältnisse im Hauptgetriebe G eine funktionale Palette von Arbeitsübersetzungen für ein Schleppergetriebe erbringen.
Ein wichtiges konstruktives Merkmal der oben beschriebenen Planeten-Getriebeeinheit ist die Tatsache, daß für beide hydraulisch betätigten Kupplungen C1 und C2 drehungsarme Kolben 26 beziehungsweise 33 zum Einsatz gelangen, vermittels derer Bauteile der Planeten-Getriebeeinheit an das Gehäuse gekoppelt werden. Dies führt zu verringerter Ansprechzeit und aufgrund der Verwendung drehungsarmer Kolbendichtringe zu verbesserter Standzeit und geringeren Produktionskosten.
Obgleich die hier beschriebene Erfindung oben in Bezug auf ein auf Werte kleiner Eins übersetzendes Getriebe mit vier Übersetzungen erläutert wurde, sollte ersichtlich sein, daß die Einheit in umgekehrter Leistungsflußrichtung betrieben werden kann, d.h. die Eingangswelle arbeitet als Ausgangswelle und die Getriebeeinheit übersetzt auf Werte größer Eins. Und obwohl im oben beschriebenen Beispiel von der Getriebeeinheit Übersetzungsverhältnisse erbracht werden, die alle auf der gleichen Seite von Eins liegen, ist es auch möglich, eine Getriebeeinheit bereitzustellen, die Übersetzungen beiderseits von Eins liefert.
Abbildung 4 zeigt den Getriebeplan einer alternativen Planeten- Getriebeeinheit in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung, bei der die beiden Planetenradsätze über ihre Sonnenräder verbunden sind. Eine solche Anordnung gestattet die Verwendung von Sonnenrädern, Planetenrädern und Hohlrädern mit gleicher Zähnezahl in beiden Planetenradsätzen und vermeidet eine Leistungsrückführung. Bei einem Übersetzungsverhältnis von Hohlrad zu Sonnenrad von 1,618 werden die Ausgangs- zu Eingangsverhältnisse (1,618)¹ = 1,618; (1,618)&sup0; = 1; (l,618)&supmin;¹ = 0,618 und (1,618)² - 0,382 bereitgestellt. Diese Übersetzungsverhältnisse werden erhalten, wenn die Kupplungen wie in Abbildung 5 gezeigt betätigt werden.
Werden somit Kupplungen C2 und C4 angezogen, dann wird die vom primären Sonnenrad 15 gezeigte Reaktion von der Eingangswelle 10 über den sekundären Planetenradsatz 13 angetrieben und erbringt durch die Planeten-Getriebeeinheit eine Übersetzung ins Langsame auf ein Ausgangs-Übersetzungsverhältnis über Eins von 1,618. Werden Kupplungen C1 und C3 angezogen, treibt das primäre Sonnenrad 15 die Ausgangswelle 11 über den sekundären Planetenradsatz 13 in der Funktion als untersetzendes Sterngetriebe und stellt ein Ausgangs-Übersetzungsverhältnis von 0,382 bereit, was unter dem Standübersetzungsverhältnis des primären Planetenradsatzes von 0,618 liegt. Die Getriebeeinheit stellt von daher Übersetzungsverhältnisse beiderseits von Eins bereit und beiderseits des Standübersetzungsverhältnisses von 0,618.
Der Begriff Kupplung, wie er durchgängig in dieser Darstellung verwendet wurde, bezieht sich auf eine Einheit wie Kupplung C3 oder C4, mit deren Hilfe zwei drehbare Glieder des Planetenradsatzes zum Zweck der gemeinsamen Drehung gekoppelt werden, oder auf eine Einheit wie Kupplung C1 und C2, mit deren Hilfe ein drehbares Glied des Planetenradsatzes mit dem Gehäuse gekoppelt wird (d.h. eine Drehung wird gestoppt oder das drehbare Glied wird abgebremst).
Um die Rückführung von Bypass-Leistung zu vermeiden, muß mit Notwendigkeit sichergestellt werden, daß keine Zwischenübersetzungsverhältnisse zwischen dem Standübersetzungsverhältnis des primären Planetenradsatzes (wenn das Reaktionsglied des primären Planetenradsatzes fixiert ist) und dem Direkdurchtrieb/Übersetzungsverhältnis von Eins vorliegen. Zudem muß mit Notwendigkeit eine Bypass-Lösung von der Eingangswelle her vorgesehen werden, wenn die Übersetzung ins Langsame über das Verhältnis von Eins hinaus erfolgt, sowie eine Bypass-Lösung zur Ausgangswelle, wenn die Übersetzung ins Schnelle unter das Standübersetzungsverhältnis erfolgt. Entgegengesetztes trifft zu, wenn die Leistungsflußrichtung umgekehrt wird und das Standübersetzungsverhältnis zu einem langsameren statt zu einem schnelleren Übersetzungsverhältnis von Eingangswelle zu Ausgangswelle wird. Es kann gesehen werden, daß in Abbildung 4 diesen Anforderungen entsprochen wird.
Abbildung 6 zeigt den Getriebeplan einer Planeten- Getriebeeinheit mit sechs Übersetzungen in Übereinstimung mit der hier beschriebenen Erfindung, wobei ein primärer Planetenradsatz 100 mit sekundären Planetenradsätzen 200 und 300 verbunden ist.
In der in Abbildung 6 gezeigten Anordnung sind die Sonnenräder 101, 201 und 301 der drei Planetenradsätze miteinander verbunden, und die Eingangswelle 10 treibt das Hohlrad 102 des primären Planetenradsatzes, während der Planetenradträger 103, der die Planetenräder 104 trägt, mit der Ausgangswelle 11 verbunden ist. Das Hohlrad 202 des sekundären Planetenradsatzes 200 ist mit dem Planetenradträger 303 des sekundären Planetenradsatzes 300 verbunden.
Über die bereitgestellte Kupplung C1 wird Planetenradträger 203 mit der Eingangswelle 10 gekoppelt, über Kupplung C2 wird Planetenradträger 303 mit Ausgangswelle 11 gekoppelt, über Kupplung C3 wird Hohlrad 302 mit Ausgangswelle 11 gekoppelt, über Kupplung C4 wird Planetenradträger 203 mit dem Gehäuse verblockt, über Kupplung C5 werden Hohlrad 202 und Planetenradträger 303 mit dem Gehäuse verblockt und über Kupplung C6 wird Hohlrad 302 mit dem Gehäuse verblockt.
Alle drei Planetenradsätze verwenden Sonnenräder, Planetenräder und Hohlräder des gleichen Durchmessers mit einem Verhältnis zwischen Hohlrad und Sonnenrad von 3,0796, was zu einem Standübersetzungsverhältnis von 1,3247/1 führt und durch ein Sonnenrad mit 27 Zähnen und ein Hohlrad mit 83 Zähnen erbracht wird. Leistungsrückführung erfolgt bei keinem Übersetzungsverhältnis, da die oben angesprochenen Anforderungen zu deren Vermeidung erfüllt werden.
In Abbildung 7 werden die Stellungen der Kupplungen, Eingangs- /Ausgangs-Übersetzungsverhältnisse, Leistungsflußbahnen, Reaktionsglieder und Bypasswege für jedes Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinheit mit sechs Übersetzungen angeführt.
Es ist möglich, zusätzliche Übersetzungsverhältnisse von der Getriebeeinheit in Abbildung 6 zu erhalten, die außerhalb der in Abbildung 7 aufgeführten geometrischen Reihe liegen; beispielsweise durch Anziehen von Kupplungen C3 und C5.
Abbildung 8 zeigt den Getriebeplan einer Planeten-Getriebeeinheit mit acht Übersetzungen in Übereinstimung mit der hier beschriebenen Erfindung, die erhalten wird, wenn den Planetenradsätzen 100, 200 und 300 aus Abbildung 6 ein vierter Planetenradsatz 400 hinzugefügt wird. Beim Planetenradsatz 400 handelt es sich um eine umgekehrte Sternanordnung (d.h. er verfügt über zwei Planetenräder 404), die zwischen dessen Sonnenrad 401 und Hohlrad 402 wirksam wird. Planetenradträger 403 des Planetenradsatzes 400 ist mit Planetenradträger 203 verbunden, und Sonnenrad 402 ist mit Hohlrad 202 verbunden. Es wird eine zusätzliche Kupplung C7 bereitgestellt, über die Hohlrad 402 mit Eingangswelle 10 gekoppelt wird, und über Kupplung C8 wird Hohlrad 402 mit dem Gehäuse verblockt. Alle vier Planetenradsätze verwenden wiederum Sonnenräder, Planetenräder und Hohlräder gleichen Durchmessers.
In Abbildung 9 werden die Stellungen der Kupplungen, Eingangs- /Ausgangs-Übersetzungsverhältnisse, Energieflußbahnen, Reaktionsglieder und Bypasswege für jedes Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinheit mit acht Übersetzungen angeführt. Auch hier können die möglichen Übersetzungsverhältnisse, die nicht in geometrischer Reihe sind, von der Einheit in Abbildung 8 erhalten werden.
Bei den oben beschriebenen Planeten-Getriebeeinheiten unterliegen die in geometrischer Reihe möglichen Übersetzungsverhältnisse entweder zwischen Eins und dem Standübersetzungsverhältnis oder beiderseits von Eins und dem Standübersetzungsverhältnis der Gesetzmäßigkeit, daß die algebraische Summe der Drehzahlen von Reaktionsglied/Eingangswelle plus Reaktionsglied/Ausgangswelle immer Eins ergibt. Beispielsweise gibt es bei der in Abbildung 1 gezeigten Getriebeeinheit zwei Zwischenübersetzungsverhältnisse zwischen dem Standübersetzungsverhältnis von 0,618 und Eins, das primäre Reaktionsglied Sonnenrad 15 wird über den sekundären Planetenradsatz angetrieben und wirkt als Untersetzungs-Sonnenrad bei Kopplung an die Eingangswelle oder als Untersetzungs-Planetenrad mit Leistungsrückführung von der Ausgangswelle. Ist das Verhältnis Hohlrad sekundärer Planetenradsatz/Sonnenrad gleich R, dann ist die Drehzahl Reaktionsglied/Eingangswelle bei Wirkung als Untersetzungs- Sonnenrad R/R+1 und die Drehzahl Reaktionsglied/Ausgangswelle bei Wirkung als Untersetzungs-Planetenrad 1/R+1 und die algebraische Summe dieser beiden Verhältnisse daher Eins.
Diese Gesetzmäßigkeit hat auch für die Getriebeeinheit mit vier Übersetzungen in Abbildung 4 und für die Getriebeeinheiten mit sechs und acht Übersetzungen in den Abbildungen 6 und 8 Gültigkeit.

Claims

1. Eine Planeten-Getriebeeinheit, bestehend aus:

(a) einer Eingangswelle (10);

(b) einer Ausgangswelle (11);

(c) einer Vielzahl von miteinander verbundenen, koaxialen, aus drei Gliedern bestehenden Planetenradsätzen (12, 13), von denen jeder ein Sonnenrad (15, 19), einen Planetenradträger (17, 2l) und ein Hohlrad (14, 18) umfaßt, sowie

(d) Kupplungen (C1, C2, C3, C4), die zwischen Gliedern der Planetenradsätze und der Eingangswelle, der Ausgangswelle oder dem Gehäuse angreifen,

und bei der bei einem (12) der besagten Planetenradsätze ein erstes Glied (14) permanent drehfest mit der Eingangswelle (10) und ein zweites Glied (17) permanent drehfest mit der Ausgangswelle (11) verbunden ist, wobei die Getriebeeinheit wie folgt charakterisiert ist, nämlich:

(i) der eine (12) der besagten Planetenradsätze ist der maßgebliche Satz und der verbleibende Satz oder die verbleibenden Sätze (13) der besagten Planetenradsätze sind mit dem dritten Glied (15) des maßgeblichen Planetenradsatzes durch Verwendung der Kupplungen (C1, C2, C3, C4) verbunden, um die Drehrichtung und die Drehzahl des dritten Gliedes (15) zu verändern, was somit eine Anzahl von Übersetzungen durch die Getriebeeinheit insgesamt bereitstellt;

(ii) keine weiteren Glieder der besagten Planetenradsätze (12, 13) sind permanent drehfest mit der Eingangswelle (10) oder der Ausgangswelle (11) verbunden; und

(iii) keines der besagten Glieder der besagten Planetenradsätze ist mit irgendeinem mechanischen Bauteil verbunden, welches nicht zur besagten Getriebeeinheit gehört.

2. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 1, die dadurch charakterisiert ist, daß ein Glied (21) des verbleibenden oder jedes verbleibenden Planetenradsatzes (13) mit dem dritten Glied (15) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) verbunden ist und die anderen beiden Glieder (18, 19) des verbleibenden oder jedes verbleibenden Planetenradsatzes (13) wahlweise mit dem Gehäuse (22) oder einem Glied (14, 17) eines anderen Planetenradsatzes kuppelbar sind.

3. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Ansprüchen 1 oder 2, die dadurch charakterisiert ist, daß das dritte Glied (15) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) mit einem ersten Glied (21) eines zweiten Planetenradsatzes (13) verbunden ist, wobei eine erste Kupplung (Cl) bereitgestellt ist, mit der das zweite Glied (18) des zweiten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse (22) verblockt werden kann, und wobei eine zweite Kupplung (C2) bereitgestellt ist, mit der ein drittes Glied (19) des zweiten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse verblockt werden kann, und wobei eine dritte Kupplung (C3) bereitgestellt ist, mit der eines der zweiten und dritten Glieder (18, 19) des zweiten Planetenradsatzes mit einer der Eingangs- oder Ausgangswellen (10, 11) verblockt werden kann, und wobei eine vierte Kupplung (C4) bereitgestellt ist, mit der das andere der zweiten und dritten Glieder (18, 19) des zweiten Planetenradsatzes mit der anderen der Eingangs- oder Ausgangswellen (10, 11) verblockt werden kann, wobei die Anordnung dergestalt erfolgt, daß eine erste Übersetzung von der Getriebeeinheit erhalten wird, wenn die besagte erste (C1) und zweite (C2) Kupplung angezogen ist, und eine zweite Übersetzung erhalten wird, wenn die besagten erste (C1) und dritte (C3) Kupplung angezogen ist, und eine dritte Übersetzung erhalten wird, wenn die besagte zweite (C2) und vierte (C4) Kupplung angezogen ist, und eine vierte Übersetzung erhalten wird, wenn die besagte dritte (C3) und vierte (C4) Kupplung angezogen ist.

4. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 3, die dadurch charakterisiert ist, daß das Hohlrad (14) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) mit einer der Eingangs- und Ausgangswellen (10, 11) verbunden ist, der Planetenradträger (17) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) mit der anderen der Eingangs- und Ausgangswellen (10, 11) verbunden ist, und das Sonnenrad (15) des maßgeblichen Planetenradsatzes mit einem Glied (2l) des zweiten Planetenradsatzes (13) verbunden ist.

5. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 4, die dadurch charakterisiert ist, daß das Sonnenrad (15) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) mit dem Planetenradträger (21) des zweiten Planetenradsatzes (13) verbunden ist.

6. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 4, die dadurch charakterisiert ist, daß das Sonnenrad (15) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) mit dem Sonnenrad (19) des zweiten Planetenradsatzes (13) verbunden ist.

7. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 5, die dadurch charakterisiert ist, daß die erste Kupplung (C1) das Hohlrad (18) des zweiten Planetenradsatzes (13) mit dem Gehäuse (22) verblockt, die zweite Kupplung (C2) das Sonnenrad (19) des zweiten Planetenradsatzes (13) mit dem Gehäuse (22) verblockt, die dritte Kupplung (C3) das Sonnenrad (19) des zweiten Planetenradsatzes an die mit dein Planetenradträger (17) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) verbundene Eingangs- oder Ausgangswelle (10, 11) kuppelt, und die vierte Kupplung (C4) das Hohlrad (18) des zweiten Planetenradsatzes an die mit dem Hohlrad (14) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) verbundene Eingangs- oder Ausgangswelle (10, 11) kuppelt.

8. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 6, die dadurch charakterisiert ist, daß die erste Kupplung (C1) den Planetenradträger (21) des zweiten Planetenradsatzes (13) mit dem Gehäuse verblockt, die zweite Kupplung (C2) das Hohlrad (18) des zweiten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse verblockt, die dritte Kupplung (C3) das Hohlrad (18) des zweiten Planetenradsatzes an die mit dem Planetenradträger (17) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) verbundene Eingangs- oder Ausgangswelle (10, 11) kuppelt, und die vierte Kupplung (C4) den Planetenradträger (21) des zweiten Planetenradsatzes an die mit dem Hohlrad (14) des maßgeblichen Planetenradsatzes (12) verbundene Eingangs- oder Ausgangswelle (10, 11) kuppelt.

9. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, die dadurch charakterisiert ist, daß die Kupplungen (C1, C2, C3, C4) in zwei Paaren (C1, C4 : C2, C3) angeordnet sind, wobei eine Kupplung (C3, C4) eines jeden Paars durch Federdruck aufgebracht wird und automatisch freigegeben wird, wenn die andere Kupplung (C2, C1) des Paars aufgebracht wird, so daß umfassende Lastschaltung durchgeführt werden kann und zwischen den Übersetzungen unter voller Last geschaltet werden kann.

10. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 8, die dadurch charakterisiert ist, daß die andere Kupplung (C2, C1) eines jeden Paars durch Hydraulikdruck aufgebracht wird.

11. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, die dadurch charakterisiert ist, daß das Hohlrad (102) des maßgeblichen Planetenradsatzes (100) mit einer der Eingangs- und Ausgangswellen (10, 11) verbunden ist, der Planetenradträger (103) des maßgeblichen Planetenradsatzes mit der anderen der Eingangs- und Ausgangswellen (10, 11) verbunden ist, das Sonnenrad (101) des maßgeblichen Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad (201) eines zweiten Planetenradsatzes (200) und dem Sonnenrad (301) eines dritten Planetenradsatzes (300) verbunden ist, und das Hohlrad (202) des zweiten Planetenradsatzes mit einem Glied (303) des dritten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei Kupplungen dafür bereitgestellt sind, um die Planetenradträger (203, 303) und Hohlräder (202, 203) des zweiten und des dritten Planetenradsatzes alternativ mit dem Gehäuse zu verblocken oder mit einer der Eingangs- und Ausgangswellen (10, 11) zu kuppeln, um eine Getriebeeinheit mit sechs Übersetzungen zu erbringen.

12. Eine Planeten-Getriebeeinheit gemäß Anspruch 11, die dadurch charakterisiert ist, daß ein vierter Planetenradsatz (400) vorgesehen ist, wobei es sich um eine umgekehrte Sternanordnung handelt und der Planetenradträger (403) mit dem Planetenradträger (203) des zweiten Planetenradsatzes (200) verbunden ist, und das Sonnenrad (401) des vierten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad (202) des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei zusätzliche Kupplungen (C7, C8) bereitgestellt sind, um das Hohlrad (402) und den Planetenradträger (403) des vierten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse zu verblocken oder mit einer der Eingangs- und Ausgangswellen (10, 11) zu kuppeln, um eine Getriebeeinheit mit acht Übersetzungen zu erbringen.

ABB. 1

GEWÄHLTES KUPPLUNGSSTELLUNG

ÜBERSETZUNGS- X = ANGEZOGEN 0 = FREIGEGEBEN

VERHÄLTNIS

ABB. 3

ABB. 2

ABB. 4

GEWÄHLTES KUPPLUNGSSTELLUNG

AUSGANGS-/

EINGANGS-/

ÜBERSETZUNGS-

VERHÄLTNIS

ABB. 5

ABB. 6

ANGEZOGENE EINGANGS-/AUSGANGS- EINGANGS-

KUPPLUNGEN ÜBERSETZUNGSVERHÄLTNIS LEISTUNGSFLUSS

AUSGANGS- REAKTIONS- BYPASS

LEISTUNGSFLUSS GLIED

VOM EINGANG

DIREKTDURCHTRIEB KEINER

KEINER

ZUM AUSGANG

ABB. 7

ABB. 8