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Mehrstufige Antriebsübertragung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Es
sind mehrstufige Antriebsübertragungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt,
die einen Föttingerwandler, eine Kupplung zur Überbrückung dieses Föttingerwandlers
und ein dem Föttingerwandler bzw. der Kupplung nachschaltbares mehrstufiges Zahnradgetriebe
sowie eine Einrichtung zum selbsttätigen Schalten der einzelnen Gangstufen aufweisen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Antriebsübertragung
dieser Art und besteht im wesentlichen darin, da13 bei Überbrückung des Föttingerwandlers
die abhängig von der Turbinendrehzahl arbeitende Selbstschalteinrichtung derart
beeinflußt wird, daß trotz der bei der Überbrückung höheren Turbinendrehzahlen das
Abwärtsschalten des Nachschaltgetriebes in etwa dem gleichen Schaltpunkt wie beim
Wandlerbetrieb erfolgt. Die Bedeutung dieser Erfindungsmaßnahme sowie weitere Merkmale
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen
Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Die Zeichnung zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer mehrstufigen
Antriebsübertragung, die aus einem Föttingerwandler, einer diesen Wandler überbrückenden
mechanischen Kupplung, einem vier Vorwärtsgänge, davon drei Wandlergänge und einen,
Rückwärtsgang aufweisenden Nachschaltgetriebe sowie einer hydraulischen Selbstschalteinrichtung
besteht. Abb. i der Zeichnung zeigt dabei in schematischer Darstellung den Aufbau
der Antriebsübertragung mit zugehöriger Selbstschalteinrichtung. Abb.2 gibt den
Verlauf der Wirkungsgrad- und Drehmomentlinien. Abb.3 zeigt das Schema einer für
Teillastbetrieb vorgesehenen Zusatzeinrichtung.
In Abb. i bezeichnen
io den Antriebsmotor, ii eins ins Schnelle übersetzendes Vorschaltgetriebe und 12
einen Föttingerwandler mit der Leitradbremse 13 und der Überbrückungslamellenkupplung
14. 15 ist das Nachschaltgetriebe mit dem ersten Vorwärtsgang 12, 16 bis 2o, dem
zweiten Vorwärtsgang 12, 21 bis 24, 20, dem dritten Vorwärtsgang 12, 25, dem vierten
mechanischen Direktgang 14, 25 sowie dem Rückwärtsgang 12, 16, 17, 26, 27, 28, 2o.
Die Schaltkupplungen 18, 23, 25 und 27 der einzelnen Gänge sind ebenso wie die Überbrückungskupplung
14 als Lamellenkupplüngen ausgebildet, die durch Drucköl geschaltet werden. Das
Drucköl wird vorliegend von der Pumpe 29 geliefert, die über das Vorschaltgetriebe
1i angetrieben wird und in erster Linie dazu dient, die Ölfüllung des Wandlers 12
aufrechtzuerhalten. Diese Pumpe 29 liefert ferner das Drucköl für die Betätigung
der Leitradbremse 13. 30 ist ein das Rücklauf- und das Vorratsöl aufnehmender
Ölbehälter.
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Die Selbstschalteinrichtung besteht im wesentlichen aus der von der
Turbinenwelle des Wandlers 12 aus angetriebenen kleinen Kreiselsteuerpumpe 31, dem
abhängig vom Öldruck dieser Pumpe betätigten, die Schaltrichtung (Aufwärts- oder
Abwärtsschalten) angebenden Richtungsschieber 32, dem den gewünschten Fahrzustand
(Leerlauf, Vorwärts, Rückwärts oder Bremsen) bestimmenden, handbetätigten Stellungsschieber
33 sowie dem die verschiedenen Vorwärtsgänge einsteuernden, selbsttätig wirkenden
Gangschieber 34.
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Der Zylinder des Richtungsschiebers 32 ist an seinem rechten Stirnende
an die strichpunktiert gezeichnete Steuerdruckölleitung 35 angeschlossen. Die Schieberstellung
ist demgemäß abhängig von der das Drucköl liefernden Kreiselpumpe 31 und damit abhängig
von der Drehzahl der Turbinenwelle des Wandlers 12. Dem Steueröldruck wirkt eine
Feder 36 entgegen, deren Vorspannung durch einen am linken Ende des Steuerzylinders
vorgesehenen Kolben 37 veränderbar ist. 38 ist die Zufuhrleitung für das Schaltdrucköl,
das von der motorseitig angetriebenen Füllpumpe 29 geliefert wird. Die gestrichelt
gezeichnete Leitung 39 dient zum Rückführen des Schaltdrucköles.
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Der Stellungsschieber 33 kann mittels des Handhebels 40 in vier Stellungen
(Bremsen, Vorwärts, Leerlauf und Rückwärts) gebracht werden. Die gezeichnete Stellung
ist die Vorwärtsstellung. Ein Übergang von dieser Stellung in die Leerlauf- oder
li Rückwärtsstellung wird normalerweise durch den Sperrschieber 41 gesperrt. Dieser
Sperrschieber 41. wird durch eine Feder in die Sperrstellung gehalten und durch
einen vom Gangschieber 34 aus gesteuerten Öldruckstrom aus dieser Sperrstellung
hinausgedrückt.
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Der Gangschieber 34 ist als doppelt wirkender Schieber ausgebildet,
wobei das linke Ende der Aufwärtsschaltung und das rechte Ende der Abwärtsschaltung
dient. Sowohl das Aufwärts- wie das Abwärtsschalten ist durch je eine Stellungsrastung
42, 43 gesichert, die durch je einen öldruckbetätigten Hilfskolben 44, 45 ausgelöst
wird. Bei Freigabe des Drucköles durch den Stellungsschieber 33 werden die auf den
Stirnflächen des Schiebers 34 abgestützten Gegenfedern 46, 47 gespannt, so daß bei
Auslösung der Stellungsrastung 42 oder 43 der Schieber 34 schlagartig in die nächste
Stellung gedrückt wird.
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In Abb.2 zeigen die ausgezogenen Kurven den Verlauf des Wandlerwirkungsgrades
ij und des Ausgangsdrehmomentes Md2, beide über der Ausgangsdrehzahl n2 aufgetragen,
wobei konstantes Eingangsdrehmoment Md, und konstante Eingangsdrehzahl n, vorausgesetzt
sind. Der Anfahrbereich erstreckt sich von Null bis zum Punkt B und der Fahrbereich
in den verschiedenen Wandlervorwärtsgängen vom Punkt B bis zum Punkt
A. Die Punkte A' und B'
sind Zwischenpunkte, die ein wenig vor
bzw. hinter den Endpunkten A und B liegen.
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Die Arbeitsweise ist folgende i. Vorwärtsfahrt Zum Anfahren stellt
der Fahrer den Schalthebel 40 bei leer laufendem Motor auf "Vorwärts« und gibt Gas.
Der Richtungsschieber 32 steht dabei zunächst in der rechten Endstellung und der
Gangschieber 34 auf dem I. Gang. Die erste Gangkupplung 18 ist eingeschaltet und
das Leitrad des Wandlers 12 durch die Bremse 13 fest gebremst. Der Wandler 12 ist
in die Kraftübertragung eingeschaltet. Bei anfahrendem Wagen bewegt sich der Wandler
vom Punkt Null seiner Kennlinie mit größtem Drehmoment Md, zum Umschaltpunkt A der
Abb.2. Inzwischen ist die Steuerkreiselpumpe 31 gleichfalls auf den Punkt A hochgelaufen.
Unter dem Druck des Steueröles wird der Richtungsschieber 32 nach links in Stellung
nAufwärtsschalten« gedrückt. Jetzt kann Drucköl von der Füllpumpe 29 durch die Leitung
38, die gestrichelt gezeichnete schräge Steuernut des Schiebes 32 zum Stellungsschieber
33 und von diesem zum linken Hilfskolben 44 des Gangschiebers 34 gelangen. Der Kolben
44 wird nach rechts gedrückt, die Rastung 42 wird ausgelöst, und der Gangschieber
34 wird unter der Wirkung der gespannten Feder 46 schlagartig in die nächste Schaltstellung
gebracht. In dieser Stellung des Gangschiebers 34 ist die Kupplung 18 gelöst und
dafür 23 geschlossen. Damit ist der 1I. Gang 12, 21, 22, 23, 24, 20 eingeschaltet.
Das Turbinenrad des Wandlers 12 läuft um die geänderte mechanische Übersetzung langsamer
auf dem Punkt B' der Wandlerkennlinie. Wird der Wagen weiter beschleunigt, so läuft
die Turbine wieder hoch auf den Punkt A. Der III. Gang 12, 25 wird eingeschaltet.
Die Turbine ist nach dem Umschalten wieder auf Punkt B' zurückgefallen. Steigt die
Fahrgeschwindigkeit noch mehr an, so wird bei nochmaligem Erreichen von Punkt A
der IV. Gang 14, 25 eingeschaltet. In diesem Gang treibt der Motor io direkt über
die Kupplungen 14 und 25 die Hinterachse an. Der Wandler 12 ist überbrückt und läuft
mit gelöster Leitradbremse 13 leer' mit.
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Fährt der Wagen im direkten IV. Gang eine Steigung hoch oder muß er
vor einem Hindernis gebremst werden, so fällt mit der Fahrgeschwindigkeit auch die
Drehzahl der Steuerpumpe 31. Da im direkten IV. Gang Motor und Turbine fest gekuppelt
sind, würde der Richtungsschieber 32 an sich erst im
Punkt B zurückschalten.
Dabei hätte aber der Motor wegen Fehlens der Wandleruntersetzung eine viel zu niedrige
Drehzahl angenommen. Deshalb wird im Richtungsschieber 32 mittels des Kolbens 37
bei Einschaltung der Direktkupplung 14 die Gegenfeder 36 so weit vorgespannt, daß
schon im Punkt A' auf den 11I. Wandlergang zurückgeschaltet wird. Nach erfolgtem
Zurückschalten steigt die Drehzahl des Motors wieder auf ihren Nennwert an. Bei
weiterer Geschwindigkeitsabnahme sinkt die Turbinendrehzahl auf den Punkt B und
entsprechend auch die Drehzahl der Steuerpumpe 31. Der Richtungsschieber 32 steht
auf Abwärtsschalten. Der Gangschieber 34 springt dann in Stellung Il. Gang und schaltet
die entsprechenden Kupplungen ein. Durch die Vergrößerung der Untersetzung steigt
die Turbinendrehzahl wieder auf den Punkt A'. Bei noch weiter sinkender Fahrgeschwindigkeit
wird in der eben beschriebenen Art auf den 1. Gang zurückgeschaltet.
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Sowohl bei Geschwindigkeitszunahme als auch bei Geschwindigkeitsabnahme
wird also zwangsläufig so geschaltet, daß der Wandler in seinem wirkungsgradgünstigsten
Fahrbereich arbeitet. Zur Vermeidung von Schaltpendelungen empfiehlt es sich dabei,
die Punkte A, A' sowie B, B' nicht zusammenfallen zu lassen, weil
sonst bei kleinen Geschwindigkeitsänderungen in diesem Bereich dauernd hin und her
geschaltet würde. Das bedeutet praktisch, daß der Fahrbereich des Wandlers etwas
größer sein muß als der mechanische Stufensprung des Getriebes. z. Bremsen Will
der Fahrer, etwa auf längeren Gefällstrecken, auch den Motor zur Bremsung heranziehen,
so stellt er den Schalthebel 4o auf Stellung »Bremsen«. In dieser Stellung sind
bei allen Gängen Turbine und Pumpe des Wandlers 12 fest mit dem Motor io gekuppelt,
weil der Wandler in Arbeitsstellung im normalen Betriebsbereich keine zurückdrehenden
Momente zuläßt. Durch zusätzliches Feststellen des Leitrades wirkt der Wandler als
Bremse und unterstützt die Bremswirkung des Motors. Das Bremsmoment des Wandlers
steigt dabei im Quadrat seiner Drehzahl. Ist die Geschwindigkeit noch zu hoch, so
muß der Fahrer mit der Fußbremse den Wagen so weit abbremsen, bis die Geschwindigkeit
entsprechend der nächst kleineren Schaltstufe abgesunken ist. Das Getriebe schaltet
dann in der beschriebenen Weise selbsttätig zurück, nur mit dem Unterschied, daß
in Stellung III des Gangschiebers 34 noch keine andere Untersetzung eintritt, da
ja der Wandlergang ausfallen muß. Das Getriebe schaltet sogleich weiter zurück,
da keine Änderung der Steuerpumpendrehzahl erfolgt ist und der Richtungsschieber
32 noch auf Abwärtsschalten steht. 3. Leerlauf In dieser Stellung sind sämtliche
Kupplungen ausgeschaltet. Durch den Sperrschieber 41 am Stellungsschieber 33 wird
verhindert, daß der Fahrer Willkürlich bei hoher Geschwindigkeit in den Leerlauf
schalten kann. Das Fahrzeug muß erst auf eine Geschwindigkeit herunter, die dem
ersten Gang entspricht. Dies ist wichtig, weil sonst auch bei hohen 65
Fahrgeschwindigkeiten
automatisch der I. Gang eingeschaltet würde, da ja die Steuerpumpendrehzahl infolge
Lösung aller Kupplungen auf eine dem ersten Gang entsprechende Drehzahl absinkt.
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4. Rückwärtsgang Hierbei ist der Rückwärtsgang 12, 16,
17, 26, 27, 28, 2o eingeschaltet. Der Sperrschieber 41 bewirkt, daß nur vom
I. Gang aus über Leerlauf auf Rückwärts geschaltet werden kann.
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Die angegebene Selbstschaltung, abhängig von der Turbinendrehzahl,
gilt in erster Linie für eine Fahrweise im Vollastbetrieb. Soll viel im Teillastbetrieb
gefahren werden, so empfiehlt es sich, die Selbstschalteinrichtung derart zu beeinflussen,
daß bei der der Teillast entsprechenden niedrigere Motordrehzahl die Umschaltpunkte
in den für diesen Teillastbetrieb wirkungsgradgünstigen Wandlerübersetzungsbereich
gerückt werden. Diese Beeinflussung kann vorteilhaft abhängig von der Primärdrehzahl
erfolgen, indem z. B. bei der gezeigten hydraulischen Selbstschalteinrichtung die
Gegenfeder 36 des Richtungsschiebers 32 durch den Oldruck einer mit der Motordrehzahl
umlaufenden Kreiselpumpe so in ihrer Vorspannung vermindert wird, daß der Richtungsschieber
bereits vor Erreichen der Nenndrehzahl auf Aufwärtsschalten steuert.
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Eine solche Ausführung ist in Abb. 3 wiedergegeben. Der schon bei
der Ausführung der Abb. i vorgesehene Hilfskolben 37 ist dort mit einem zweiten
Kolben 48 verbunden, der unter dem Druck seiner Gegenfeder 49 beispielsweise bei
2/S der Motorhöchstdrehzahl die gestrichelte und bei Nenndrehzahl die mit ausgezogenen
Linien angegebene Lage einnimmt. Die Drehzahlabhängigkeit ergibt sich hierbei durch
den auf den Kolben 48 wirkenden Öldruck einer zusätzlichen mit der Motordrehzahl
angetriebenen Kreiselpumpe.
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Man ersieht aus der Darstellung der Abb. 3, daß mit abnehmender Motordrehzahl
die Vorspannung der Feder 36 vermindert wird und dadurch der Richtungsschieber 32
vorzeitiger als bei Nenndrehzahl auf Aufwärtsschalten verstellt. Die übrige Schaltung
ist unverändert. Aus Abb.2 ist zu erkennen, daß bei 2/3 Motordrehzahl der beste
Wirkungsgrad mit in den Bereich niedrigerer Drehzahlen gefallen ist (gestrichelte
Kurven). Die Umschaltpunkte sind entsprechend der zusätzlichen Abhängigkeit von
der Motordrehzahl nach links verlegt, so daß auch im Teillastbetrieb stets im wirkungsgradgünstigsten
Drehzahlbereich des Wandlers gefahren wird.
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An Stelle der angegebenen hydraulischen Selbstschalteinrichtung kann
gegebenenfalls auch eine elektrische, mechanische, pneumatische oder eine beliebige
Kombination dieser Steuerungen, vorteilhaft auch in Kombination mit einer hydraulischen
Steuerung, benutzt werden. Die beim Ausführungsbeispiel vorgesehene grundsätzliche
Anordnung eines selbsttätig wirkenden Richtungssteuerorgans, eines handbetätigten
Stellungssteuerorgans sowie eines selbsttätig
wirkenden Gangsteuerorgans
kann mit Vorteil auch bei mehrstufigen Antriebsübertragungen anderer Art, z. B.
bei rein mechanischen Übertragungen, zur Anwendung kommen.