-
Kraftübertragungsgetriebe für Motorfahrzeuge mit einem hydraulischen
Drehmomentwandler und einem Umlaufrädergetriebe Die Erfindung bezieht sich auf Getriebe
für Motorfahrzeuge, im besonderen mit einem hydraulischen Drehmomentwandler und
einem Umlaufrädergetriebe.
-
Der Drehmomentwandler hat ein Hilfsturbinenrad und ist derart mit
dem Zahnrädergetriebe verbunden, daB die Kupplung des Hilfsturbinenrades mit einem
der Elemente des Umlaufrädergetriebes lösbar ist. Hierdurch sind mehrere Antriebsstufen
erreichbar, von denen eine in die nächste stoßlos übergeht. Die erreichte Geschwindigkeit
und Kraftübertragung wird dabei nicht unterbrochen.
-
Diese Verbindung besteht im besonderen darin, daß das Hilfsturbinenrad
an ein Element des Umlaufrädergetriebes, das Hauptturbinenrad an das andere Element,
das dritte Element aber an die Getriebewelle angeschlossen ist, und zwar in solcher
Anordnung, daß der Antrieb anfänglich über das Hilfsturbinenrad geht, bis das Hauptturbinenrad
das Drehmoment bei einer Geschwindigkeit überträgt, bei der das Hilfsturbinenrad
leer mitläuft.
-
Weitere Merkmale der Erfindung, deren Umfang in den Ansprüchen aufgezeigt
ist, sind nachstehend in der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der
Zeichnungen dargestellt.
-
Fig. i zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß der
Erfindung, Fig. a einen Axialschnitt durch eine Getriebeausführungsform, der ein
schematischer Aufbau nach Fig. i mit geringen Änderungen zugrunde gelegt ist, Fig.
3 eine schematische Darstellung einer abgeänderten
Form des mechanischen
Getriebes im Schnitt, Fig. 4 stellt schematisch im Teilschnitt eine Kupplung und
Bremse mit einer Druckmittelsteuerung dar, die mit dem Getriebe nach Fig. 3 zusammenarbeiten
soll, Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch ein abgeändertes mechanisches Getriebe
zu dem Wandler der Fig. i oder 2, Fig. 6 einen Längsschnitt einer weiteren Verbesserung
dieser Zusammenstellung und Fig. 7 eine schematische Darstellung ähnlich der Fig.
i mit einer weiteren Abänderung.
-
Der in Fig. i dargestellte Wandler ist mit seinem Gehäuse 2, das sich
in dem Mantel 3 des Pumpenrades I fortsetzt, an das Schwungrad i der Motorwelle
angeschlossen. Der Schaufelkranz des Hilfsturbinenrades O' ist an den größten Durchmesser
des Wandlers gelegt und durch eine Trommel 5 mit einer Nabe 6 verbunden, die mit
Rollen io und der Nabe 8 einer Hohlwelle i i eine Freilaufkupplung X bildet, so
daß die Welle i i das Rad O' überholen kann. Das Hauptturbinenrad O sitzt fest auf
einer zweiten Hohlwelle 13, während das Leitrad R mit seiner Nabe 15 durch eine
zweite überholungskupplung W mit einer stehenden Büchse 16 gekuppelt ist. Innerhalb
der Hohlwelle i i ist eine mit dem Schwungrad i verkeilte Hauptwelle 14 angeordnet.
Das Schwungrad ist mit einem Schwingungsdämpfer h versehen.
-
Die Glieder des Drehmomentwandlers sind an das Zahnrädergetriebe in
folgender Weise angeschlossen. Die Hohlwelle i i ist mit den gleichachsigen Sonnenrädern
18, 2o zweier Umlaufrädergetriebe verbunden; die außenliegende Hohlwelle 13 steht
mit demTräger 21 für die Umlaufräder 27 des vorderen Umlaufrädergetriebes in Verbindung,
die mit dem Sonnenrad 18 im Eingriff stehen. Der Träger 21 ist weiter als Bremstrommel
22 ausgebildet für eine Bandbremse 35. Das Außensonnenrad 24 des vorderen Getriebes
bildet zugleich den Träger 25 des zweiten Umlaufgetriebes, dessenUmlaufräder 28
mit dem Innensonnenrad 20 und dem Außensonnenrad 23 im Eingriff stehen, das durch
eine zweite Bandbremse 36 feststellbar ist. Der Träger 25 des hinteren Getriebes
setIzt sich in einer Trommel 26 fort, die mit einem genuteten, auf der Welle 14
sitzenden Nabenring 30 und einer Reihe von Kuppelscheiben 31, 32 eine Reibungskupplung
bildet. Die Kuppelscheiben sitzen abwechselnd im Nabenring 30 und in der
Innenwand der Trommel 26 und können durch einen Kolben 33 eines in die Trommel 26
eingebauten Zylinders 34 gegeneinander gedrückt werden. Die Trommel 26 setzt sich
weiterhin in der Abtriebswelle 5o fort.
-
Das Gehäuse des Pumpenrades I trägt eine Ringverzahnung 40, in die
ein Ritzel 41 auf einer Welle 42 zum Antrieb einer Pumpe P zur Erzeugung von Flüssigkeitsdruck
eingreift. Von der Antriebswelle 5o wird in ähnlicher Weise der Antrieb einer zweiten
Pumpe Q abgeleitet.
-
Für die erste Stufe wird das Außensonnenrad 23 durch die Bremse 36
festgehalten; für die höchste Stufe wird diese Bremse gelöst und die Kupplung 31,
32 durch Flüssigkeitsdruck im Zylinder 34 eingerückt. Dadurch wird das Schwungrad
i der treibenden Welle mit der Antriebswelle 5o unmittelbar verbunden. Für den Rückwärtsgang
wird der Umlauf räderträger 21 durch die Bremse 35 festgehalten. Das Getriebe arbeitet
in folgender Weise: Bei angezogener Bremse 36 wird das Fahrzeug durch das umlaufende
Hilfsturbinenrad O' in Bewegung gesetzt, das sein Drehmoment über die Freilaufkupplung
X auf die Sonnenräder 18 und 20 überträgt. Da das Außensonnenrad 23 festgehalten
wird, rollen die Umlaufräder 28 auf diesem ab und setzen dadurch ihren Träger 25
mit der Trommel 26 und der Abtriebswelle 5o in Drehung. Das Turbinenrad O läuft
anfänglich mit geringerer Geschwindigkeit mit und treibt den Träger 21, der außerdem
durch die Umlaufräder 27 von dem Sonnenrad 18 angetrieben wird. Wenn die Geschwindigkeit
des Fahrzeuges zunimmt, verringert sich der Geschwindigkeitsunterschied der Turbinenräder
O', O; schließlich läuft das erstere schneller als das letztere. Der Träger 21 versucht
das Sonnenrad 18 und die Welle i i rascher zu drehen, als das Hilfsturbinenrad O'
es schließlich kann, so daß die Freilaufkupplung X gleitet und das Hilfsturbinenrad
O' von der Welle i i gelöst wird und leer mitläuft. Von diesem Punkt an, der bei
Änderung des Übersetzungsverhältnisses von etwa 2,65 bis 3,oo auf den Wert von etwa
1,44 bis 1,55 eintritt, arbeitet der Wandler in der dritten Stufe als Flüssigkeitskupplung;
das Leitrad hat kein Gegendrehmoment mehr aufzunehmen und läuft vermöge seiner Freilaufkupplung
W etwa mit derselben Geschwindigkeit wie die Turbinenräder O, O' um.
-
Die Fähigkeit der Turbinenräder O' und O Drehmomente aufzunehmen,
ist verschieden, zum Teil wegen ihrer Anordnung im Wandler, insofern, als der Schaufelkranz
der Hilfsturbine O' auf einem größeren Durchmesser liegt. Bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten
kann die Hilfsturbine O' mehr Drehkraft als die Turbine O übertragen. Bei den anfänglichen
Antriebsverhältnissen der ersten Stufe überträgt die Hilfsturbine O' daher mehr
Drehkraft als die Hauptturbine O. Die Turbinenräder müssen in einem bestimmten übersetzungsverhältnis
umlaufen, das durch ihre Zahnräderverbindung bestimmt ist, solange die Strömungsgeschwindigkeit
es zuläßt. Wenn aber, wie oben gezeigt, die Geschwindigkeit der Hilfsturbine größer
ist als die Strömung ihr übertragen kann, wird die Antriebskraft des Pumpenrades
hauptsächlich auf die Hauptturbine O übertragen, die dann den Antrieb in der zweiten
Stufe übernimmt.
-
Bei noch höheren Geschwindigkeiten wird durch die Steuervorrichtung,
die später im einzelnen beschrieben wird, die Bremse 36 gelöst und die Kupplung
31, 32 eingerückt, so daß das Schwungrad i der treibenden Welle unmittelbar mit
der Abtriebswelle 50 verbunden ist. Dies ergibt den direkten Antrieb, bei
dem die Flüssigkeitskupplung unwirksam ist. Es sind also vier Hauptantriebsstufen
vorhanden.
nie erste, wo die Hilfsturbine 0' arbeitet, die zweite,
wo die Hauptturbine O arbeitet, die dritte, wo der Wandler als Flüssigkeitskupplung
wirksam ist, und die vierte mit direkter mechanischer Kupplung.
-
Wenn die Kupplung 31, 32 gelöst und die Bremse 36 angezogen wird,
kann mit dem Turbinenrad O eine stehengebliebene Maschine wieder in Gang gebracht
werden. Diese Wirkung ist auch erreichbar, wenn die Kupplungen 31, 32 eingerückt
bleiben.
-
Für den Rückwärtsgang wird die Bremse 35 angezogen und über die Teile
22, 21, 13 das Turbinenrad O festgehalten. Der Antrieb über das Hilfsturbinenrad
O' setzt dann das Sonnenrad 18 in Drehung, das über die Umlaufräder 27 das Außensomienrad
24 und den Träger 25 mit der Abtriebswelle 5o im umgekehrten Sinne antreibt.
-
Die bauliche Ausbildung eines solchen Getriebes, dargestellt in Fig.
2, zeigt das Schwungrad ja nebst den verschiedenen Teilen des Wandlers, die mit
denselben l'iczugszeichen wie in Fig. i versehen sind. Das gesamte Getriebe ist
in einem Gehäuse loo untergebracht, das durch Trennwände looa, ioob und iooc unterteilt
ist. Die direkte Antriebswelle 14 ist ebenfalls über die Reibungskupplung3o, 31,
32, 26 mit der Leistungswelle 5o kuppelbar.
-
Die Purnpe P wird durch einen Block 78 mit den ineinander eingreifenden
Zahnrädern 76, 77 gebildet, die von der Nabe 75 des Pumpenrades I angetrieben
werden. Die Pumpe Q wird durch einen Block 82 mit den Zahnrädern 8o, 81 gebildet,
die von der Welle 5o angetrieben werden. Den Antrieb für einen Geschwindigkeitsmesser
bildet ein Schneckengetriebe 85, 86 auf der Welle 5o.
-
Das Umlaufrädergetriebe ist zwischen den Gehäusewänden iooa und loob
folgendermaßen angeordnet Die vom Hilfsturbinenrad O' angetriebene Hohlwelle i i
trägt ein Sonnenrad 61, in das Umlaufr .- der 62 auf Achsbolzen 63 des Trägers 64
eingreifen. Die Räder 62 stehen ferner mit sekundären Umlaufrädern 65 auf Bolzen
66 desselben Trägers 64 im 1#:ingritt, die in das Außensonnenrad 67 der Bremstrommel
68 für die Rückwärtsbremse 9i eingreifen. Die Bremstrommel sitzt fest auf der Hohlwelle
13, die vom Hauptturbinenrad O angetrieben wird. Die sekundären Umlaufräder stehen
außerdem finit einem Sondenrad 7o an der Trommel 71 für die liandbreinse go im Eingriff.
Der Umlaufräderträger 64 hat eine Nabe 79, die sich nach rechts erstreckt und an
der Wand 72 der Kupplungstrommel 26 befestigt ist.
-
Für niedrige Übersetzung wird die Bremse 9o angezogen und das Sonnenrad
70 festgehalten. Das Sonnenrad 61, das durch das Hilfsturbinenrad O' angetrieben
wird, treibt infolgedessen die Abtriebswelle 5o über die Umlaufräder 62, 65, den
Träger 64 und die Trommel 26 an. Das Hauptturbinenrad O treibt über die Welle
13 das Außensonnenrad 67 mit allmählich zunehmender Geschwindigkeit an, so daß sie
schließlich die Kupplung X überholt und die Drehkraft über das Außensonnenrad 67
und die Umlaufräder auf den Träger 64, die Trommel 26 und die Welle 5o überträgt.
Schließlich wird die dritte Stufe erreicht, wenn das Gegendrehmoment am Leitrad
R auf Null zurückgeht und dieses vermöge seiner überholungskupplung W leer mitläuft.
Der Wandler arbeitet dann als Flüssigkeitskupplung. Für die vierte Stufe wird die
Bremse 9o gelöst und die Kupplung 31, 32 für den direkten Antrieb eingerückt.
-
Für den Rückwärtsantrieb wird die Bremse 9i angezogen, so daß das
Außensonnenrad 67 das Gegendrehmoment aufnimmt und der Träger 64 rückwärts läuft.
-
In Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der für die
direkte Verbindung zwischen treibender und getriebener Welle über eine Kupplung
eine abweichende Anordnung verwendet ist.
-
Das in Fig. 3 dargestellte Zahnradgetriebe weist eine Welle io5 für
direkten Antrieb, eine vom Hilfsturbinenrad getriebene Welle i i i und eine vom
Hauptturbinenrad angetriebene Welle 113 auf wie die vorher beschriebenen
Ausführungsformen. Die Welle io5 trägt ein Sonnenrad io6, das mit verlängerten Planetenrädern
107 im Eingriff steht, die auf Achsbolzen io8 des mit der Abtriebswelle 5o
fest verkeilten Trägers iio sitzen. Die Hohlwelle i i i trägt ein Sonnenrad 112,
das mit Umlaufrädern 115 auf Achsbolzen 116 des Trägers i io im Eingriff ist. Die
Umlaufräder 115 stehen außerdem mit den verlängerten Umlaufrädern 107 im
Eingriff. Die äußere Hohlwelle 113 endet in einer Trommel 121 mit einem Außensonnenrad
114, das mit den Umlaufrädern 107 im Eingriff ist und durch die Rückwärtsbremse
125 festgehalten werden kann. Die Umlaufräder 107 stehen an ihren äußeren
Enden mit einem Sonnenrad 117, einer Trommel 118 im Eingriff, die mittels der Bremse
120 für niedrige Übersetzungen festbremsbar ist.
-
Die Wellen 105, 111, 113 sind an den Drehmomentwandler angeschlossen,
der in Fig. 4 zum Teil dargestellt ist und die bereits beschriebene Bauart aufweist,
abgesehen davon, daß die Welle io5 eine zentrale Bohrung 137 hat und über eine Kupplung
an die Deckscheibe (Schwungrad) 130 und das umlaufende Pumpengehäuse 132
in folgender Weise kuppelbar ist. Auf der Welle io5 ist mittels einer Nabe 135 eine
Kuppelscheibe 136 befestigt, die zwischen einer beweglichen Druckscheibe 138 und
einer Gegenscheibe 133 der Kupplung liegt. Letztere stützt sich gegen Ausbuchtungen
131 der Deckplatte und ist auf dem Ende der Welle 105 mittels einer Muffe
134 gelagert. Die bewegliche Druckscheibe 138 wird zwischen den Ringflächen 139,
140, 141 geführt und gesichert, die an der Deckplatte befestigt sind. Die Federn
143 zum Lösen der Kupplung sitzen in Vertiefungen 142 der Druckscheibe.
-
Die Anordnung ist derart, daß bei gleichem Druck auf beiden Seiten
der Druckplatte 138 die Federn 143 die Kupplung lösen. Beim Abnehmen des Druckes
im Raum 16o aber wird durch den Flüssigkeitsdruck innerhalb des Wandlergehäuses
132 die Kupplung eingerückt. Diese Vorgänge werden durch die rechts in der Fig.
4 dargestellte
Steuerung bewirkt. Danach fördert die Pumpe P Druckflüssigkeit
in die Leitung i5o, von der zunächst eine Leitung zu einem Druckregelventil Rh abgezweigt
ist, das den Druck z. B. auf 6 kg/cm2 beschränkt, ferner eine Leitung 151, die an
den Innenraum des Wandlergehäuses 132 gelegt ist; ferner führt eine Leitung 152
zu einem Steuerventil C1, von dem eine Leitung 153 zu einem Stellinotor SC zum Anziehen
der Bremse 120 für niedrige (1)ersetzung abzweigt und eine Leitung 151 durch die
Stopfbüchse 155, 156 in die Bohrung 13 der Welle 105 führt. Wenn das Steuerventil
Cl' geöffnet ist, kommt der Flüssigkeitsdruck auf die Bremse 120 und in dem Raum
16o der Reibungskupplung zur Wirkung, so daß sich hier auf den beiden Seiten der
Druckplatte 138 gleicher Druck einstellt. Das hat die Wirkung, daß der Antrieb mit
niedriger Übersetzung erfolgt. Wenn aber im Steuerventil CTl die Druckleitung der
Pumpe abgeschlossen und der Druck vom Stellmotor SC und
den Leitungen 154
und 157 weggenommen wird, verschiebt der Pumpendruck, der über die Leitung 151 in
den Innenraum, des Wandlergehäuses 132 übertragen wird, die Druckplatte 138 der
Kupplung nach links, so daß die Kupplung eingerückt wird und direkten Antrieb gleich
dem durch die Kupplung 31, 32 der Fig. i erreichten bewirkt.
-
Bei dem Getriebe nach Fig. 5 dienen die Wellen 13 und i i zur Verbindung
mit dem Hauptturbinenrad O bzw. Hilfsturbinenrad O' wie vorher beschrieben. Die
Welle 13 trägt das Außensonnenrad 16o für die Umlaufräder 161, deren Träger 162
sich in der Hohlwelle 163 fortsetzt; das dazugehörige Innensonnenrad 164 ist mit
der Trommel 165 vereinigt, die durch eine Bremse i8o festgehalten werden kann, um
den Antrieb mit niedriger Übersetzung zu bewerkstelligen. Der Träger 162 hat ferner
eine Nabe für Kupplungsringe 182, deren Gegenkupplungsringe 183 in Nuten der Trommel
165 geführt sind. Die Ringe können durch einen Ringkolben 184 gegeneinandergedrückt
werden, wenn dieser unter Flüssigkeitsdruck gesetzt wird, um den direkten Antrieb
herzustellen. Die Druckflüssigkeit wird durch Kanäle und Bohrungen in der Büchse
185 zugeführt, die an der Zwischenwand iood des Getriebegehäuses ioo angeordnet
ist. Die Welle i i trägt das Sonnenrad 166 des hinteren Getriebes, dessen Umlauf
räderträger 171 auf der Hohlwelle 163 befestigt ist und dadurch mit der vorderen
Einheit verbunden ist. Die Achsbolzen 172 des Trägers 171 tragen Umlaufräder 173,
die mit dein Sonnenrad 166 und dem Außensonnenrad 167 im Eingriff stehen. Letzteres
ist mit einer Trommel 168 verbunden, die sich nach vorn und hinten erstreckt. Die
vordere Verlängerung bildet den einen Teil einer Einwegkupplung Y, deren Doppelrollen
177, 178 durch einen seitlichen Ring 170 gehalten auf Laufringen rollen,
die auf der Nabe 176 der Bremstrommel 174, 175 befestigt sind. Die hintere Verlängerung
der Trommel 168 trägt ein Sonnenrad 186 des Rückwärtsgetriebes, dessen Umlaufräder
187 mit dem Außensonnenrad 189 im Eingriff stehen und deren Träger 188 mit der Abtriebswelle
5ö verbunden ist. Das AuBensonnenrad i$9 wird durch eine Bremse igo festgehalten,
wenn der Rückwärtsantrieb eingeschaltet werden soll.
-
Die Bremse 175 und die Trommel 174 können auch wegfallen,.und die
Nabe 176 kann unmittelbar mit der Trommel 165 verbunden werden. Bei dieser Anordnung
wird die Bremse i8o für niedrige Übersetzung angezogen und für hohe Übersetzung
gelöst, wenn die Kupplung 182, 183 für den direkten Antrieb eingerückt wird.
-
Die Ausführungsform nach Fig. 6 stimmt bezüglich des Wandlers mit
der nach Fig. 4 überein, aber die Zahnrädereinheit weicht von der in Fig. 2 und
3 gezeigten insofern ab, als die Welle 5o° für den direkten Antrieb mit der Abtriebswelle
5o ein Stück bildet. Die Welle 5o trägt hier die aufgekeilte Büchse 79 des Trägers
64, ist also nicht wie in Fig. 2 durch die Trommel 26 angeschlossen. Die sekundären,
nicht dargestellten Umlaufräder stehen im Eingriff mit einem Sonnenrad 7o, das an
die festbremsbare Trommel 71 wie in Fig. 2 angeschlossen ist.
-
In der Ausführungsform nach Fig. 7, in der die gleichen Teile mit
den gleichen Bezugszeichen wie in den vorher beschriebenen Ausführungsformen versehen
sind, hat der Drehmomentwandler sechs Teile: Ein flauptpumpenrad 1, ein Hilfsturbinenrad
O' am größten Durchmesser des Wandlers, ein Hauptturbinenrad O, ein paar Leiträder
R, R' und ein Hilfspumpenrad I'. Die Leiträder sind über Einwegkupplungen 15, 15'
mit Rollen A bzw. B auf einer Büchse looe gelagert, während das Hilfstreibrad
auf dem Hauptpumpenrad über eine Einwegkupplung Z auf einer Nabe 3° des Pumpengehäuses
3 derart gelagert ist, daß es schneller umlaufen kann als das Hauptpumpenrad.
-
Das Hilfsturbinenrad O' treibt über die Welle 11 das Sonnenrad 166,
das mit Umlaufrädern 173 im Eingriff steht, deren Träger auf der Welle 5o befestigt
ist. Die Umlaufräder stehen mit dem Außen-Sonnenrad 167 im Eingriff. das mit der
Trommel 168 für eine Rückwärtsbremse 169 verbunden ist. Die Trommel hat eine nach
vorn verlängerte Büchse 167°, die eine Hälfte 17o einer Einwegkupplung Y trägt,
deren andere Hälfte 176 ein Teil einer Bremstrommel 174 ist, die durch die Bremse
175 für niedrige Übersetzung feststellbar ist.
-
Die Einrichtung arbeitet in der Weise, daß anfangs vom Hilfsturbinenrad
O' das Sonnenrad 166 angetrieben wird, so daß die Trommel 168 und der Außenring
17o der Einwegkupplung gezwungen sind, rückwärts zu laufen. Wenn aber die Bremse
175 angezogen wird, wird die Rückwärtsdrehung verhindert, und der Antrieb wird über
den Träger 171
auf die Welle 50 übertragen, bis, wie vorstehend erläutert,
das Hauptturbinenrad O den Antrieb aufnimmt und ihn auf die Welle 13 und den Träger
171 überträgt. Vorher tritt insofern noch eine Änderung ein, als zunächst das Hilfspumpenrad
J' schneller rotiert als das Hauptpumpenrad; wenn aber die Umlaufgeschwindigkeit
der Flüssigkeit innerhalb des Wandlers fällt, nimmt das Hauptpumpenrad
1 das Hilfspumpenrad 7' durch die
('l;erholtingsktiplilung
Z mit. Schließlich überholt (lie 1?inwegkupplung Y', und das Hilfsturbinenrad läuft
leer mit. Die Bremse 169 kann für niedrige (rl)ersetzung und zum Bremsen der Maschine
bei Talfahrt angezogen werden, wenn das Hilfsturhinenrad O' schneller umläuft als
das Hauptturbinenrad O.
-
Eine weitere Steigerung des Übersetzungsverhältnisses wird erhalten,
wenn die Leiträder R, R' anfangen vorwärts zu laufen, was durch die Kupplungen A
und B.ermöglicht ist. Das übersetzungsverh:iltnis steigt dann auf den Wert r : i.