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Strömungsgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft
ein Strömungsgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Es sind Getriebe dieser Art bekannt, bei welchen die Kraftübertragung
in den kleinen Gängen hydraulisch und in den. großen Gängen kombiniert mechanisch-hydraulisch
mit Leistungsteilung erfolgt. Zu diesen Zwecken ist das Getriebe mit einem dem Strömungswandler
nachgeschalteten Umlaufradgetriebe mit zwei Innenzahnrädern versehen, von denen
das eine über den Strömungswandler und einen Wellenzug, das andere jedoch über eine
durch eine Druckflüssigkeit betätigte Reibungskupplung und eine Welle, durch die
treibende Welle antreibbar ist. Im folgenden wird diese Reibungskupplung als Verzweigkupplung
bezeichnet.
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Gemäß der Erfindung ist der Wellenzug zwischen dem Strömungswandler
und dem ersten Zentralrad durch eine Kupplung trennbar sowie der zwischen dem Strömungswandler
und dieser Kupplung angeordnete Teil des Wellenzuges mit der zwischen der Verzweigkupplung
und dem zweiten Zentralrad angeordneten Welle durch eine Freilaufkupplung verbunden
und die mit dem zweiten Teil des Wellenzuges verbundene Hälfte der Kupplung im Wellenzug
zwischen dem
Strömungswandler und dem ersten Zentralrad durch eine
Bremse abbremsbar.
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Dadurch ist es möglich, den Antrieb in den niedrigen Gängen auch rein
mechanisch zu gestalten und im großen Gang auch einen voll hydraulischen Antrieb
zu verwenden. Der vollmechanische Antrieb zumindest in den niedrigen Gängen hat
den großen Vorteil, daß in bergigem Gelände die volle Bremswirkung des Motors ausgenutzt
werden kann.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine für das Anschieben des
Fahrzeuges von Hand zu betätigende Kupplung mit Abweisklauen zur unmittelbaren Verbindung
der getriebenen Welle mit der über die Verzweigkupplung antreibbaren Welle sowie
eine bei Betätigung der Anschiebkupplung an die getriebene Welle angeschlossene
Flüssigkeitspumpe vorgesehen, durch die Druckflüssigkeit in das zur Betätigung der
Verzweigkupplung dienende Druckflüssigkeitsaggregat gefördert wird. Damit wird ein
Schubanlassen des Motors auch bei kleiner Geschwindigkeit möglich. Bekanntlich benötigt
das Schubanlassen des Motors bei heutigen automatischen Getrieben Schubgeschwindigkeiten
von etwa 45 km/h, damit genügend Öldruck zum Betreiben des Getriebes aufgebaut werden
kann. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird durch die abschaltbare kleine Pumpe
nur die Verzweigkupplung betätigt, so daß auch bei kleiner Geschwindigkeit der Motor
angelassen werden kann, und zwar mit dem Reibungsschluß der Kupplung, so daß auch
im Anlauf gestartet werden kann. Dies ist vor allem für Militärfahrzeuge wichtig,
ebenso für Länder, die nicht stark motorisiert sind und wo mit der Hand angeschoben
werden muß.
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Die Erfindung wird vervollkommnet durch eine automatische Steuerung
für das Getriebe, derart, daß ein üblicher auf Geschwindigkeit und Drehmoment ansprechender
Regler die Gänge schaltet und daß das Einrücken der Verzweigkupplung zur überbrückung
des Wandlers und zur Leistungsteilung durch das Leitrad des Wandlers gesteuert wird,
wobei aber die Verzweigkupplung durch andere Mittel gelöst wird, und zwar jedesmal,
wenn der Regler einen Gang schaltet. Zu diesem Zweck stehen die Leiträder des Strömungsgetriebes
über je eine Freilaufkupplung mit einer Welle in Verbindung, die über einen Arm
einen Ventilschieber zur Steuerung des Druckflüssigkeitsaggregates für die Verzweigkupplung
betätigt. Dieser Ventilschieber steht unter der Gegenwirkung einer Feder und ist
außerdem mit einem weiteren, von der Druckflüssigkeit beeinflußten Ventil gekuppelt,
bei. dessen Betätigung der Ventilschieber entgegen der Wirkung der Feder verschoben
wird, wodurch das Ausrücken der Verzweigkupplung erfolgt. Diese wird durch Betätigen
des Ventils jedesmal gelöst, wenn ein zweites Ventil im Steuermechanismus einen
Gangwechsel im Betrieb steuert. Es @ somit erreicht, daß durch die Kräfteumkehr
auf das Leitrad jedesmal, wenn der Wandler sich seinem Kupplungspunkt nähert, die
Verzweigkupplung eingeschaltet wird, um bei jedem Schaltvorgang wieder ausgeschaltet
zu werden, bis der Wandler im neuen Gang zu wandeln aufhört und somit die Verzweigkupplung
wieder eingerückt wird. Dasselbe tritt natürlich auch ein, wenn das Fahrzeug den
Motor treibt (Gas weg, bergab), da durch die Umkehr des Kreislaufes im Wandler das
Leitrad frei läuft und die Verzweigkupplung eingerückt wird.
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Die Vorteile dieses Steuerungsprinzips werden klar, wenn man überlegt,
daß a) der »Ruck« während des kraftschlüssigen Schaltvorganges verringert wird,
wenn jedesmal beim Schalten die Kupplung gelöst wird, und daß b) volle Drehmomentsteigerung
des Wandlers nach jedem Schaltvorgang zur Verfügung steht, aber nur so lange, bis
der Wandler zu wandeln aufhört und die Kupplung wieder eingerückt wird und somit
beste Wirtschaftlichkeit erreicht wird, und daß schließlich c) beste Motorbremswirkung
beim Bergabfahren erreicht wird.
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Schließlich ist zur Lösung der Verzweigkupplung noch ein vom Fahrer
zur Erzielung höchster Leistung zu betätigendes vorgeschaltetes Ventil sowie @ ein
.an die getriebene Welle. gebundener Regler vorgesehen, der. bei einer festgelegten
Mindestgeschwindigkeit betätigt wird. Durch diesen Regler wird ein Blockieren des
Motors beim Stoppen verhütet.
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Die verschiedenen Ventile sind zweckmäßig in einem gemeinsamen Gehäuse
in miteinander in Verbindung stehenden Kanälen angeordnet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigt Fig. I eine schematische Darstellung des Getriebes und Fig. 2 eine schematische
Darstellung des Flüssigkeitsdrucksystems zur Steuerung des Getriebes.
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I0 ist die Antriebswelle, die mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
in Verbindung steht. Von ihr ist über Zwischenräder der Antrieb einer Flüssigkeitspumpe
I2 abgeleitet, während sie eine von einem Druckflüssigkeitsaggregat I6 gesteuerte
Kupplung 14 (Verzweigkupplung) und einen Drehmomentwandler 18 antreibt. Der eine
Teil der Kupplung 14 ist mit einer Welle 2o verbunden, die mit der Welle io gleichgerichtet
ist und zu einem Verbundumlaufgetriebe 22 führt.
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Das Verbundgetriebe 22 weist einen Träger 24 für Planetenräder 26
und zwei Sonnenräder 28 und 3o auf. Das eine Sonnenrad 30 sitzt auf der Welle
2o und ist auf einer Seite mit Ausnehmungen 32 versehen.
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Der Träger 24 besitzt eine Verbindung zur Ausgangswelle 34, die mit
einer mechanisch zu betätigenden Kupplung 36 zusammenarbeitet. Die Kupplung 36 weist
zwei Elemente 38 und 40 auf, die mit der Ausgangswelle 34 zusammenwirken. Zur Handbetätigung
der Kupplung 36 dient ein Gestänge 42. Dieses steuert gleichzeitig im Planetenträger
24 axial verschiebbare Klauen 44, die mit den Aussparungen 32 des Sonnenrades
30 zusammenarbeiten, um das Sonnenrad 30 und den Träger 24 zu kuppeln.
Ein lose auf der Ausgangswelle 34
sitzendes Rad 46 kann mit dieser
durch den Kupplungskonus 38, 40 gekuppelt werden. Es treibt über ein Zwischenrad
43 eine Flüssigkeitspumpe 5o an.
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Der Drehmomentwandler 18 besteht aus einem Pumpenrad 52, einem Turbinenrad
54 und zwei Leiträdern 56 und 58. Das Pumpenrad 52 steht mit der Kupplung I4,in
Verbindung und damit mit der Welle I0. Das Turbinenrad 54 sitzt auf einer Welle
6o, die über eine Einwegkupplung 62 mit der Welle 2o verbunden werden kann. Die
Welle 6o ist durch eine Kupplung 64 und eine Welle 66 mit dem Sonnenrad 28 verbunden.
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Die zweifachen Leiträder 56 und 58 stehen mit einer Welle 68 über
Einwegkupplungen 70 und 72 in Verbindung. Diese Welle 68 trägt einen Arm 74, der
zu einem Ventilschieber 76 (Fig. 2) führt. Die Bedeutung und Wirkungsweise dieses
Ventilschiebers wird später erläutert.
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Die Kupplung 64 ist von bekannter Bauart. Sie besitzt eine Trommel
78 und zusammenwirkende Kupplungslamellen 8o und 82, die je von der Trommel
78 bzw. der Welle 6o getragen werden. Ferner ist eine Druckflüssigkeitseinheit 84
zur Betätigung der Kupplung 64 und ein Druckflüssigkeitsglied 88 vorgesehen, das
die Bremse 86 für die Kupplung 64 betätigt.
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Die in Fig. I gezeigte Anordnung des Getriebes ermöglicht vier Schaltvorgänge:
I. Zum Anfahren und harten Anziehen wird der Antrieb vollhydraulisch im niedrigen
Gang gewählt. Die Kupplungen 14 sowie 64 sind dabei ausgekuppelt und die Bremse
86 sperrt das Sonnenrad 28. Unter diesen Voraussetzungen erfolgt die Kraftübertragung
von der mit dem Motor gekuppelten Welle I0 über den Wandler I8, die Einwegkupplung
62, die Welle 20 zum Sonnenrad 30 des Umlaufverbundgetriebes 22 und damit
über den Planetenträger 24 zur Abtriebswelle 34.
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2. Im niedrigen Gang soll der Antrieb rein mechanisch sein. Der Wandler
18 ist außer Betrieb. Die Bremse 86 hält das Sonnenrad 28 fest. Die Kupplung 14
ist eingerückt. Unter diesen Voraussetzungen erfolgt die Kraftübertragung von der
Treibwelle I0 über die Kupplung 14, die Welle 20 zum Sonnenrad 3o des Übersetzungsgetriebes
22 und damit über den Planetenträger 24 zur getriebenen Welle 34.
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3. Im großen Gang ist der Antrieb vollhydraulisch. Die Kupplung 14
und die Bremse 86 sind freigegeben und die Kupplung 64 ist eingerückt. Dann erfolgt
die Kraftübertragung von der Antriebswelle I0 über den Wandler 18, die Welle 6o,
die Kupplung 64 und die Welle 66 zum Sonnenrad 28 und entsprechend auch von dem
Wandler 18 über die Welle 6o, die Einwegkupplung 62 und die Welle 2o zum Sonnenrad
3o. Beide Sonnenräder 28 und 30 werden damit getrieben, und das Verbundumlaufsgetriebe
22 rotiert als eine Einheit zur Kraftübertragung von den Sonnenrädern 28 und 30
auf den Planetenträger zur Welle 34.
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4. Im großen Gang kann der Antrieb auch mit Leistungsteilung in Form
eines Parallelantriebs mit hydraulischem und mechanischem Ast erfolgen. Die Kupplung
64 ist eingerückt. Es erfolgt die Kraftübertragung von der Antriebswelle I0 zum
Pumpenrad 52 durch das Flüssigkeitsmedium der Turbine 54 und über die Welle 6o,
die Kupplung 64 und Welle 66 zum Sonnenrad 28. Da die Turbine 54 eine langsamere
Geschwindigkeit aufweist als die Antriebswelle I0, geht der Kraftfluß auch über
die Kupplung 14 und die Welle 20 zum Sonnenrad 3o. Damit sind beide Sonnenräder
angetrieben und übertragen die Kraft durch das Getriebe 22 über den Träger 24 zur
Welle 34.
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Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung lassen sich insbesondere im
großen Gange gute Kupplungswirkungsgrade erzielen, sowohl bei Verwendung von Wandlern
mit großem maximalem Drehmomentenverhältnis als auch bei Verwendung von Wandlern
mit mehreren Leiträdern oder mehreren Stufen, zwecks steilem Anstieg der Wirkungsgradkurve
bei kleinen Geschwindigkeitsverhältnissen. Diese beiden Merkmale wirken sich gewöhnlich
ungünstig auf das Kupplungsverhalten und die Kupplungswirkungsgrade aus. Die guten
Kupplungswirkungsgrade werden auch hier mit Wandlern erreicht, zwecks Erhöhung der
Eingangsdrehzahlen und Verringerung des Schleppmomentes unterdimensioniert sind.
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Um das Strömungsgetriebe auf optimale Drehmomentwandlung auslegen
und den Wirkungsgrad der Kraftübertragung im Kupplungsbereich hoch halten zu können,
wird die Leistungsteilung im großen Gange derart vorgenommen, daß auf den hydraulischen
Ast 600/a oder weniger des Motordrehmomentes entfallen. Im Kupplungsbetriebe wird
dadurch ein zweifacher Vorteil erzielt. Einmal ist der Kupplungsschlupf eines Wandlers,
der nur mit 6o11/9 oder weniger (für Pkw meist 400/a) seines Auslegemomentes belastet
ist, geringer als mit Vollbelastung, zum anderen ist der Schlupf des ganzen Getriebes
6oa/o- oder weniger von -diesem schon verringerten Schlupf. Ein weiterer Vorteil
ist, daß der erhöhte Wirkungsgrad auch während des Wandelns über dem gesamten Geschwindigkeitsbereich
liegt, und zwar aus demselben Grunde wie vorher (geringe Wandlerbelastung auch bei
Vollbelastung).
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Durch die Leistungsteilung im großen Gange wird erreicht, daß sowohl
die Motordrehzahl durch die Wandlercharakteristik gedrückt wird, was entschieden
zur Fahrannehmlichkeit und zu gutem Brennstoffverbrauch beiträgt, als auch, daß
das Moment hinter dem Getriebe mit fallender Fahrgeschwindigkeit dauernd steigt,
so daß höchste Fahrelastizität gewährleistet wird. Dies ist ein ganz besonders großer
Vorteil für Personenkraftwagen während des Stadtbetriebes, um so mehr, als höchstmögliche
Wirtschaftlichkeit während dieses Fahrzustandes erreicht wird.
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Durch die Erfindung wird es auch möglich, den Motor durch Anschieben
bei niedriger Geschwindigkeit zu starten. Dies ist durch die mechanische Verbindung
der Ein- und Ausgangswelle io und 34 möglich: Die handbetätigte Kupplung 4o schaltet
die Flüssigkeitspumpe 50 ein, die auf das Druckflüssigkeitsaggregat
I6
einwirkt. Damit wird die Kupplung I4 betätigt. Beim Einrücken der handbetätigten
Kupplung 4o wird gleichzeitig die Klauenkupplung 44 und 32 in Eingriff gebracht.
Damit ist die Welle 34 direkt mit der Welle 2o und der Kupplung 1,4 verbunden. Unter
diesen Voraussetzungen dient die Reibung der Fahrzeugräder auf der Straße der Kraftübertragung
durch das Differential des Fahrzeugs über die Welle 34, das Sonnenrad 3o, die Welle
2o, die Kupplung I4 und die Antriebswelle I0 zur Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine.
Wenn die Maschine zündet, wird die als Abweisklaue ausgebildete Klaue 44 automatisch
freigegeben. Hierdurch wird ein besonders guter Antriebswirkungsgrad erzielt, da
die gebräuchliche hintere Ölpumpe wegfallen kann.
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Das Steuerungssystem des Flüssigkeitsdruckes für das Getriebe ist
in Fig. 2 gezeigt. Das Hauptmerkmal dieser Steuerung liegt in der Ausnutzung der
Kräfteumkehr beider Leiträder 56 und 58, wenn sich das Geschwindigkeitsverhältnis
im Wandler 18 dem Kupplungspunkt nähert und in der Verwendung des Druckflüssigkeitsaggregates
I6 zum Einrücken der Kupplung I4. Andere Mittel lösen die Kupplung I4, wie gleich
gezeigt werden soll.
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In diesem System hält das bereits erwähnte Ventil 76 die Kupplung
I4 so lange gelöst, wie der Wandler I8 ein Geschwindigkeitsverhältnis aufweist,
das unter seinem Kupplungspunkt liegt. Das Reaktionsmoment auf die Leiträder 56
und 58 bewegt den Arm 74 gegen einen Anschlag 9o und drückt die das Ventil 76 beeinflussende
Feder 92 zusammen. Damit wird eine Bewegung des Ventils 76 in eine Lage erzielt,
in der die Ölleitung 93 zu dem Druckaggregat nach dem Pumpensumpf hin entleert.
Damit ist die Kupplung I4 freigegeben. Der Freilauf 70 und 72 zwischen den Leiträdern
56 und 58 und der Welle 68 ermöglicht die Funktion der Leiträder, ohne die Steuerung
von Ventil 76 zu beeinträchtigen.
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Wenn das Geschwindigkeitsverhältnis des Wandlers I8 steigt und sich
dem Kupplungspunkt nähert, verringert sich das Reaktionsmoment auf die Leiträder
56 und 58 und wird negativ und bzw. oder umgekehrt. Die Feder 92 drückt nun das
Ventil 76 in seine zweite in Fig. 2 gezeigte Stellung und bewirkt damit die Betätigung
der Kupplung I4 über den Öldruck der Pumpe I2 in Zusammenarbeit mit dem Druckflüssigkeitsaggregat
I6.
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Das Ventil 76 trägt einen Kolben 94. Jedesmal, wenn dieser Kolben
Öl unter Druck erhält, verlagert sich das Ventil unter Zusammendrücken der Feder
92 und bewirkt die Freigabe der Kupplung I4.
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Die Ölmenge am Kolben 94 muß größer sein als der Verlust durch eine
Drosselöffnung 96, damit ein Druck erzeugt wird, der das Druckflüssigkeitsaggregat
I6 betätigt. Wird die Ölzufuhr unterbrochen, so entweicht das verbleibende Öl durch
die Drosselöffnung 96. Es wird also das Ventil 76 entweder durch die Federwirkung
92 in die Lage gebracht, in der die Kupplung I4 eingerückt wird, oder die Kupplung
I4 wird freigegeben infolge der Wirkung der Leiträder 56 und 58, der Kupplungen
70 und 72 und der Welle 68 über den Arm 74. Dies tritt bei hohem Drehmoment des
Wandlers I8 auf.
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Ein in dem Steuerungssystem nach Fig.2 enthaltenes Ventil 104 kann
bedient werden entweder durch einen nicht dargestellten Geschwindigkeitsregler oder
durch den Fahrer zwecks Freigabe der Kupplung I4, wenn mit dem Wandler gearbeitet
werden soll. Auf das weiter vorhandene Ventil 98
wirkt in bekannter Weise
das Gaspedal über ein Geschwindigkeitsregelglied. Dieses Ventil betätigt entweder
die Bremse 86 oder die Kupplung 64 der Anordnung nach Fig. I.
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In jeder der beiden Stellungen des Ventils 98 wird Öl unter Druck
dem Kolben 94 zugeführt, und zwar von der Pumpe I2 über einen Sammler I00 mit Kolben
Iot zwecks Freigabe der Kupplung 14. Die Ölmenge am Kolben 94 wird durch die Größe
des Sammlers I00 begrenzt. Aus diesem Grunde ist die Wirkung des Ventils 76 durch
die Zeit begrenzt, in der das Öl durch die Drosselöffnung 96 entweicht.
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Das Steuersystem kann auch bei sehr niedriger Fahrgeschwindigkeit
arbeiten. Ein Ventil 104 desselben kann durch einen Handhebel I06 betätigt werden
und bewirkt die Abgabe größerer Ölmengen in den Bereich des Kolbens 94 als durch
die Öffnung 96 entweichen kann. Dementsprechend verbleibt die Kupplung I4 so lange
gelöst, wie das Ventil 104 in der offenen Stellung gehalten wird.
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An Stelle des beschriebenen Steuersystems auf hydraulischem Wege kann
die Steuerung auch auf elektrischem Wege sinngemäß durchgeführt werden.