WO1997040290A1

WO1997040290A1 - Planetengetriebe und kupplungs-/bremsanordnung

Info

Publication number: WO1997040290A1
Application number: PCT/EP1996/001675
Authority: WO
Inventors: Dietmar Illerhaus
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1996-04-22
Publication date: 1997-10-30
Also published as: US6086504A; EP0895566B1; JP2000508743A; EP0895566A1; DE59604201D1

Abstract

Es wird eine Anordnung eines Planetengetriebes (24) und einer Kupplungs-/Bremsanordnung für vorzugsweise ein CVT (3) vorgeschlagen. Hierbei ist das Hohlrad (27) des Planetengetriebes (24) mit einer radial angeordneten Anlaufscheibe (30) einstückig ausgeführt. Des weiteren sind die Endlamelle (40) und der Aussenlamellenträger (36) der Kupplung (46) oder Bremse (34) in Lamellenbauart ebenfalls einstückig ausgeführt.

Description

Planetengetriebe und Kupplungs-/Bremsanordnung

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe und eine Kupplungs-/Bremsanordnung, vorzugsweise für ein stufenloses Automatgetriebe, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 5.

Stufenlose Automatgetriebe, nachfolgend CVT genannt (Continuously Variable Transmission) , bestehen aus folgen¬ den Baugruppen: Anfahreinheit, Vorwärts-/Rückwärtsfahrein- heit, Variator, Zwischenwelle und Differential. Üblicher¬ weise werden derartige CVT von einer Brennkraftmaschine über eine Antriebswelle, zum Beispiel Kurbelwelle, ange- trieben. Als Anfahreinheit dient entweder eine Anfahrkupp¬ lung oder ein hydrodynamischer Wandler. Die Vorwärts-/Rück- wärtsfahreinheit dient der Drehrichtungsumkehr der An¬ triebswelle für die Rückwärtsfahrt. Die Vorwärts-/Rück- wärtsfahreinheit ist meist als ein Planetenwendegetriebe ausgeführt. Dieses besteht aus mindestens einem Sonnenrad, mehreren Planeten, einem Hohlrad, einer Bremse und einer Kupplung der Lamellenbauart. Der Variator besteht aus zwei Kegelscheibenpaaren und einem Umschlingungsorgan. Jedes Kegelscheibenpaar wiederum besteht aus einer in axialer Richtung feststehenden ersten Kegelscheibe und einer in axialer Richtung verschiebbaren zweiten Kegelscheibe. Zwi¬ schen diesen Kegelscheibenpaaren läuft das Umschlingungs¬ organ, zum Beispiel ein Schubgliederband. Über die Verstel¬ lung der zweiten Kegelscheibe ändert sich der Laufradius des Umschlingungsorgans und somit die Übersetzung des CVT.

Aus der Automobiltechnischen Zeitschrift 96 (1994) 6, Seite 380, Bild 3, ist ein CVT mit einer Vorwärts-/Rück- wärtsfahreinheit bekannt. Hierbei treibt eine vom Pumpenrad des hydrodynamischen Wandlers angetriebene erste Welle die über einen gemeinsamen ersten Planetensteg verbundenen Pla¬ netenräder an. Jedes Planetenrad ist drehbar auf einem Bol- zen gelagert. Die Planetenräder kämmen zum einen mit einem Sonnenrad, welches sich auf einer zweiten Welle befindet und zum anderen mit einem Hohlrad. Das Hohlrad kann über eine Bremse der Lamellenbauart gegen eine ortsfeste Wand festgesetzt werden, zum Beispiel dem Getriebegehäuse. Der zweite Planetensteg ist über eine Kupplung der Lamellenbau¬ art mit der ersten Kegelscheibe verbunden. Bei geschlosse¬ ner Kupplung läuft das Planetenwendegetriebe als Ganzes mit der Übersetzung 1 und der gleichen Drehrichtung wie die erste Welle um. Bei geschlossener Bremse erfolgt eine Dreh- richtungsumkehr für die Rückwärtsfahrt.

Üblicherweise sind die Zahnräder des Planetenwendegetriebes schrägverzahnt. Durch die Schrägverzahnung Planet/Hohlrad treten axiale Kräfte am Hohlrad auf. Gemäß dem erwähnten Stand der Technik stützt sich das Hohlrad in axialer Rich- tung entweder am zweiten Planetensteg, der mit der Kupplung verbunden ist, oder an der ortsfesten Wand ab.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Bremse, dessen In- nenlamellenträger mit einem Hohlrad verbunden ist, weiter- zuentwickeln.

Eine erste erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß eine in vertikaler Richtung angeordnete Anlauf¬ scheibe einstückig mit dem Hohlrad verbunden ist. Der inne- re Radius der Anlaufscheibe entspricht hierbei etwa dem Abstand Mittelachse der ersten Welle zur Mittelachse der Bolzen. Die Anlaufscheibe stützt sich in axialer Richtung entweder an der ortsfesten Wand oder am ersten Planetensteg der ersten Welle ab.

Durch diese Anordnung wird der Vorteil erzielt, daß der Abstützungspunkt Hohlrad/Anlaufscheibe in einem geringeren Abstand von der Mittelachse der ersten Welle erfolgt. Hieraus resultiert eine geringere Umfangsgeschwindigkeit. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch diesen kürze¬ ren Abstand Mittelachse der ersten Welle zum Abstützungs¬ punkt der Kolben der Bremse größer ausgeführt werden kann.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla¬ gen, daß sich die Anlaufscheibe in radialer Richtung über eine Fläche am inneren Durchmesser der Anlaufscheibe und als Gegenstück an einer Fläche der ortsfesten Wand bzw. einer Welle abstützt. Gegenüber dem Stand der Technik, bei dem das Hohlrad ausschließlich über die Planeten gelagert ist, wird hierdurch der Vorteil erzielt, daß das Hohlrad zusätzlich in radialer Richtung fixiert ist.

Eine zweite erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe be¬ steht darin, daß für eine Anordnung, bestehend aus einem Planetengetriebe, bei dem das Hohlrad oder der Bolzen, auf den die Planetenräder jeweils drehbar gelagert sind, mit dem Innenlamellenträger einer Kupplung oder Bremse der La- mellenbauart drehfest verbunden sind. Die Lamellen der

Kupplung oder Bremse werden hierbei von einem Kolben bei Betätigung gegen eine Endlamelle gedrückt werden. Der Au¬ ßenlamellenträger und die Endlamelle sind einstückig ausge¬ führt. Diese erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß durch die Einstückigkeit des Außenlamellenträgers und der Endla¬ melle der Überstand für den Sicherungsring entfällt, so daß insgesamt die Kupplung oder Bremse verkürzt ausgeführt wer- den kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein axia¬ les Durchbiegen der Endlamelle wirksam verhindert wird, so daß sich der Traganteil der einzelnen Lamelle verbessert.

In einer Ausgestaltung hierzu wird vorgeschlagen, daß die Endlamelle radial in Richtung der ersten Welle einen Bund aufweist. Dieser Bund hat hierbei einen kürzeren Ab¬ stand zur ersten Welle als die Mittelachse des Innenlamel- lenträgers zur Mittelachse erste Welle. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß der Innenlamellenträger durch den Bund gegen Herausfallen bei der Montage gesichert ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel darge¬ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Systemschaubild eines CVT und

Fig. 2 eine Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit.

Fig. 1 zeigt ein Systemschaubild, bestehend aus einer Antriebseinheit 1, zum Beispiel Brennkraftmaschine, einem CVT 3 und einem elektronischen Steuergerät 19. Das CVT 3 wird von der Antriebseinheit 1 über eine An- triebswelle 2 angetrieben. Die Antriebswelle 2 treibt eine Anfahreinheit an. In Fig. 1 ist als Anfahreinheit ein hy¬ drodynamischer Wandler 4 dargestellt. Der hydrodynamische Wandler 4 besteht bekanntermaßen aus einem Pumpenrad 5, Turbinenrad 6 und Leitrad 7. Parallel zum hydrodynamischen Wandler ist eine Wandlerüberbrückungskupplung ohne Bezugs¬ zeichen dargestellt. Mit dem Pumpenrad 5 des hydrodynami¬ schen Wandlers 4 ist eine Pumpe 8 verbunden. Die Pumpe 8 fördert das Hydraulikmedium aus dem Schmiermittelsumpf zu den Stellgliedern des CVT 3. Das Turbinenrad 6 bzw. die Wandlerüberbrückungskupplung treiben eine erste Welle 9 an. Diese Welle 9 wiederum treibt eine Vorwärts-/Rückwärtsfah- reinheit 10 an. Ausgangsgröße der Vorwärts-/Rückwärtsfah- reinheit ist eine zweite Welle 11. Die zweite Welle 11 ist mit dem Variator verbunden. Der Variator besteht aus einem ersten Kegelscheibenpaar 12, einem zweiten Kegelscheiben¬ paar 14 und einem Umschlingungsorgan 13. Das Umschlingungs- organ 13 läuft zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren 12 und 14. Bekanntermaßen besteht jedes Kegelscheibenpaar aus einer in axialer Richtung feststehenden ersten Kegelscheibe und einer in axialer Richtung verschiebbaren zweiten Kegel¬ scheibe. Die Übersetzung des Getriebes wird verändert, in¬ dem die Position der verschiebbaren zweiten Kegelscheibe geändert wird. Dadurch ändert sich bekanntermaßen der Lauf¬ radius des Umschlingungsorgans 13 und somit die Überset¬ zung. Der Variator ist mit einer Abtriebswelle 15 verbun¬ den. Eine Zwischenwelle 16 ist mit der Abtriebswelle 15 über ein Zahnradpaar verbunden. Die Zwischenwelle 16 dient der Dreh¬ richtungsumkehr und einer Drehmoment- und Drehzahlanpas¬ sung. Die Zwischenwelle 16 ist über ein Zahnradpaar mit dem Differential 17 verbunden. Ausgangsgröße des Differen¬ tials 17 sind die beiden Achshalbwellen 18A und 18B, die auf die Antriebsräder des Fahrzeugs führen.

Das elektronische Steuergerät 19 steuert über nicht darge¬ stellte elektromagnetische Stellglieder das CVT 3. Vom elektronischen Steuergerät 19 sind als Funktionsblöcke dar¬ gestellt der Micro-Controller 20, ein Funktionsblock Be- rechnung 22 und ein Funktionsblock Steuerung Stellglie¬ der 21. Am elektronischen Steuergerät 19 sind Eingangsgrö¬ ßen 23 angeschlossen. Eingangsgrößen 23 sind zum Beispiel das Signal einer Drosselklappe, das Signal der Drehzahl der Antriebseinheit, das Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit und die Drehzahlsignale der Kegelscheibenpaare. Der Micro-Con¬ troller 20 berechnet mittels des Funktionsblockes 22 aus den Eingangsgroßen 23 die Funktionsparameter für das CVT 3. Diese werden mittels des Funktionsblockes Steuerung Stell¬ glieder 21 und über die nicht dargestellten elektromagne¬ tischen Stellglieder, welche sich im hydraulischen Steuer¬ gerat 48 des CVT 3 befinden, eingestellt. Funktionsparame¬ ter des CVT 3 sind zum Beispiel die Übersetzung und der Anpreßdruck zweite Kegelscheibe zu Umschlmgungsorgan 13.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt der Vorwarts-/Ruckwarts- fahremheit 10 aus Fig. 1 dargestellt. Diese besteht im wesentlichen aus einer ersten Welle 9, einer zweiten Wel- le 11, einem Planetengetriebe 24, einer Bremse 34 und einer Kupplung 46. Eine erste Kegelscheibe 45 ist mit der zweiten Welle 11 einstückig ausgeführt. Das Planetengetriebe 24 setzt sich zusammen aus einem Sonnenrad 25, mehreren Plane- tenradern 26 und einem Hohlrad 27. Die Planetenrader 26 sitzen [jeweils drehbar auf einem Bolzen 29. Die Planetenra¬ der 26 werden über einen gemeinsamen ersten Planetensteg 28 angetrieben, wobei der erste Planetensteg 28 emstuckig mit der ersten Welle 9 ausgeführt ist. Ein zweiter Planeten¬ steg 47 führt auf den Innenlamellenträger der Kupplung 46. Der erste und zweite Planetentrager können emstuckig aus¬ geführt sein. Die beiden Planetenstege können zum Beispiel als Blechumformteil ausgestaltet und über umgeformte Laschen emstukig miteinander verbunden sein. Das Hohlrad 27 ist mit einem Innenlamellenträger 35 der Bremse 34 verbunden. Die Bremse 34 setzt sich zusammen aus dem Innenlamellenträger 35, den Innenlamellen 37, Außenla¬ mellen 38, Außenlamellenträger 36, Endlamelle 40, Siche¬ rungsring 43, Verzahnung 42, Kolben 39 mit Ruckstellem- richtung 41. Als Rückstelleinrichtung 41 ist eine Tellerfe¬ der dargestellt.

Die Verzahnung des Planetengetriebes 24 ist als Schrägver¬ zahnung ausgeführt. Das Hohlrad 27 ist mit einer Anlauf- scheibe 30 einstückig verbunden. Das Hohlrad 27 stützt sich somit über die Anlaufscheibe 30 entweder an einer ortsfe¬ sten Wand 31 oder am ersten Planetensteg 28 ab. Im Vor¬ wärtsfahrbereich besteht zwischen Hohlrad 27 und dem ersten Planetensteg 28 kein Drehzahlunterscheid. Lediglich im Rückwärtsfahrbereich mit einem Fahranteil von 0,5 % besteht ein Drehzahlunterschied zwischen diesen beiden Teilen. Wie in Fig. 2 dargestellt, befindet sich zwischen der Anlauf¬ scheibe 30 und dem ersten Planetensteg 28 eine zusätzliche Scheibe 32. Die Anlaufscheibe 30 stützt sich in radialer Richtung an einer Fläche 33 der ortsfesten Wand 31 ab. Selbstverständ¬ lich kommt statt der ortsfesten Wand 31 auch als Abstützung ein drehendes Teil, Welle oder dergleichen, in Betracht. Dadurch wird das Hohlrad 27 zusätzlich zur Lagerung über die Planeten in radialer Richtung fixiert. Die radiale Ab¬ stützung der Anlaufscheibe 30 kann ebenfalls mittels einer Lageranordnung, zum Beispiel Kugellager, erfolgen.

Die Kupplung 46 bzw. die Bremse 34 dient der Vor- wärts-/Rückwärtsumschaltung. Bei geschlossener Kupplung 46 läuft das Planetengetriebe 24 als Ganzes um. Die Kegel¬ scheibe 45 bzw. die zweite Welle 11 drehen sich somit mit der gleichen Drehzahl und in die gleiche Drehrichtung wie die erste Welle 9. Bei geschlossener Bremse 34 wälzen sich die Planetenräder 26 am feststehenden Hohlrad 27 ab und treiben mit Drehrichtungsumkehr die Sonne 25 an. Sowohl Kupplung 46 als auch Bremse 34 sind in Lamellenbauweise ausgeführt. Die Kupplung 46 zeigt eine Ausführungsform nach dem Stand der Technik, bei der eine Endlamelle über einen Sicherungsring im Außenlamellenträger gegen axiale Ver¬ schiebung gesichert ist. Die Bremse 34 zeigt eine erfin¬ dungsgemäße Lösung, bei der der Außenlamellenträger 36 und die Endlamelle 40 einstückig ausgeführt sind. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß die Bremse kürzer ausgeführt werden kann, da der Überstand für den Sicherungsring ent¬ fällt. Des weiteren wird ein axiales Durchbiegen der End¬ lamelle reduziert, wodurch sich der Traganteil der einzel- nen Lamelle verbessert.

Die Endlamelle 40 weist einen Bund 44 auf. Dieser Bund hat einen kürzeren Abstand zur Mittelachse der ersten Welle 9 als die Mittelachse des Innenlamellenträgers 35 zur Mittel¬ achse der ersten Welle 9. Dieser Bund verhindert, daß der Innenlamellenträger bei der Montage herausfällt. Der Außen¬ lamellenträger 36 ist über eine Verzahnung 42 mit der orts¬ festen Wand 31 verbunden. Darüber angeordnet als axiale Sicherung ist der Sicherungsring 43. Die beiden erfindungsgemäßen Lösungen lassen sich bei jedem Planetengetriebe und bei jedem Planetengetriebe mit Kupp- lungs-/Bremsanordnung verwenden.

Bezugszeichen

1 Antriebseinheit 2 Antriebswelle

3 CVT

4 hydrodynamischer Wandler + Wandlerüberbrückungskupplung

5 Pumpenrad 6 Turbinenrad

7 Leitrad

8 Pumpe

9 erste Welle

10 Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit 11 zweite Welle

12 erstes Kegelscheibenpaar

13 Umschlingungsorgan

14 zweites Kegelscheibenpaar

15 Abtriebswelle 16 Zwischenwelle

17 Differential

18A Getriebeausgangswelle

18B Getriebeausgangswelle

19 elektronisches Steuergerät 20 Micro-Controller

21 Funktionsblock Steuerung Stellglieder

22 Funktionsblock Berechnung 23 Eingangsgrößen

24 Planetengetriebe 25 Sonnenrad

26 Planetenräder

27 Hohlrad

28 erster Planetensteg 29 Bolzen

30 Anlaufscheibe

31 ortsfeste Wand

32 Scheibe

33 Fläche

34 Bremse

35 Innenlamellenträger

36 Außenlamellenträger

37 Innenlamellen

38 Außenlamellen

39 Kolben

40 Endlamelle

41 Rückstelleinrichtung

42 Verzahnung

43 Sicherungsring

44 Bund

45 erste Kegelscheibe

46 Kupplung

47 zweiter Planetensteg

48 hydraulisches Steuergerät

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Anordnung, bestehend aus einer ersten Welle (9) und einem Planetengetriebe (24), das Planetengetriebe (24) um¬ faßt mindestens ein Sonnenrad (25) , mehrere Planetenrä¬ der (26) mit einem gemeinsamen ersten und zweiten Planeten¬ steg (28, 47) und mindestens ein Hohlrad (27), die Plane¬ tenräder (26) sind jeweils drehbar auf einem Bolzen (29) gelagert, Sonnenrad (25) , Planetenräder (26) und Hohl¬ rad (27) stehen miteinander im Eingriff, die erste Welle (9) treibt entweder das Sonnenrad (25) oder den ersten Planetensteg (28) an, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß eine in vertikaler Richtung ange- ordnete Anlaufscheibe (30) einstückig mit dem Hohlrad (27) verbunden ist, hierbei der innere Radius der Anlaufschei¬ be (30) etwa dem Abstand Mittelachse der ersten Welle (9) zu Mittelachse der Bolzen (29) entspricht und sich die An¬ laufscheibe (30) in axialer Richtung entweder an einer ortsfesten Wand (31) oder am ersten Planetensteg (28) ab¬ stützt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß sich die Anlaufscheibe (30) über eine Scheibe (32) am ersten Planetensteg (28) abstützt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß sich die Anlaufscheibe (30) in radialer Richtung über eine Fläche (33) am inneren Durchmesser der Anlaufscheibe (30) und als Gegenstück an einer Fläche der ortsfesten Wand (31) bzw. einer Welle ab¬ stützt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß sich die Anlaufscheibe (30) in ra¬ dialer Richtung über eine Lageranordnung an der ortsfesten Wand (31) bzw. einer Welle abstützt, wobei das Lager zwi- sehen der Fläche am inneren Durchmesser der Anlauf¬ scheibe (30) und der ortsfesten Wand (31) bzw. Welle sich befindet.

5. Anordnung, bestehend aus einer ersten Welle (9) und einem Planetengetriebe (24), das Planetengetriebe (24) um¬ faßt mindestens ein Sonnenrad (25) , mehrere Planeten¬ räder (26) mit einem gemeinsamen ersten und zweiten Plane¬ tensteg (28, 47) und mindestens ein Hohlrad (27), die Pla¬ netenräder (26) sind jeweils drehbar auf einem Bolzen (29) gelagert, Sonnenrad (25) , Planetenräder (26) und Hohl¬ rad (27) stehen miteinander im Eingriff, die erste Welle (9) treibt entweder das Sonnenrad (25) oder den er¬ sten Planetensteg (28) an, das Hohlrad (27) oder der Bol¬ zen (29) sind mit einem Innenlamellenträger (35) einer Kupplung (46) oder Bremse (34) der Lamellenbauart drehfest verbunden, die Kupplung (46) oder Bremse (34) besteht aus einem Innen- und Außenlamellenträger (35, 36), dem Innenla¬ mellenträger (35) sind Innenlamellen (37) zugeordnet, dem Außenlamellenträger (36) sind Außenlamellen (38) zugeord- net, sowohl Innenlamellen (37) als auch Außenlamellen (38) sind in axialer Richtung verschiebbar und mit dem Innen¬ bzw. Außenlamellenträger (35, 36) drehfest verbunden, die Kupplung (46) oder Bremse (34) geschlossen wird, indem ein Kolben (39) die Außen- und Innenlamellen (37, 38) gegen eine Endlamelle (40) drückt, die Endlamelle (40) hierbei eine Außenlamelle (38) ist, die Kupplung (46) oder Bremse (34) geöffnet wird, indem der Kolben (39) durch eine Rückstelleinrichtung (41) in seine Ruheposition zurückge- schoben wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Außenlamellenträger (36) und die Endlamelle (40) ein¬ stückig ausgeführt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der Außenlamellenträger (36) am äußeren Umfang eine Verzahnung (42) aufweist, der Außenla¬ mellenträger (36) über die Verzahnung (42) in radialer und über einen Sicherungsring (43) in axialer Richtung fixiert ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Endlamelle (40) radial in Richtung der ersten Welle (9) einen Bund (44) aufweist, dieser Bund (44) einen kürzeren Abstand zur ersten

Welle (9) hat als die Mittelachse des Innenlamellen- trägers (35) zur Mittelachse der ersten Welle (9) .

8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n - z e i c h n e t , daß der erste und der zweite Planeten¬ steg (28, 47) als Blechumformteil ausgestaltet und über umgeformte Laschen einstückig miteinander verbunden sind.

9. Stufenloses Automatgetriebe (3), dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , daß eine Anordnung nach An¬ spruch 1 oder Anspruch 5 verwendet wird.