DE1530792A1

DE1530792A1 - Getriebe mit Rueckkopplungswirkung

Info

Publication number: DE1530792A1
Application number: DE19641530792
Authority: DE
Inventors: Stockton Thomas Rowe
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1963-12-30
Filing date: 1964-11-27
Publication date: 1969-10-02
Also published as: US3250150A; GB1019209A

Description

"Getriebe mit Rückkopplungswirkung.ff Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Getriebekonstruktion. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Getriebe mit einer hydrodynamischen Antriebsvorrichtung kombiniert mit einer Anzahl Planetenradsätze, um während des Vorwärtsbetriebes einen rückgekoppelten Antrieb zu schaffen und einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein automatisches Getriebe zu schaffen, welches in der Konstruktion einfach Ist und Im Betrieb wirtschaftlich und welches eine Anzahl Getriebegänge ermöglicht, Eine weitere AtMabe der Erfindung besteht darin, ein automatisches Getriebe zu schaffen, welches zwei vorwärts gerichtete Betriebsbereiche besitzt. Der eine Bereich ist ein Wirtschaftlichkeitsbereich, bei dem ein normaler Fahrzeugstart durch Einstellung eines Zahnradsatzes für Direktantrieb erreicht wird, wobei eine Drehmomentvervielfachung durch eine hydrodynamische Antriebsvorrichtung und einen weiteren Zahnradsatz erfolgt. Der andere Bereich ist ein Leistungsbereich, bei dem ein normaler Fahrzeugstart dadurch erreicht wird, dass alle ßrehmomentübertragenden Einheiten auf Untersetzungsantrieb eingeellt werden, wobei die Aggregate alsdann geändert werden, um einen 1:1 Flüssigkeitsantrieb zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle zu erreichen. Die Vorwärtsantriebsbereiche erzeugen einen rückgekoppelten Antrieb, um den Wirkungsgrad des Getriebes zu steigern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Konstruktion für ein automatisches Getriebe mit einem rückgekoppelten Antrieb während des Vorwärtsbetriebes zu schaffen, bei der die Pumpe eines hydraulischen Drehirtomentwandlers von einem Zahnradsatz angetrieben wird, um eine durch die Eingangswelle angetriebene Turbine anzutreiben, um hierdurch das Drehmoment der Eingangswelle auf den Zahnradsatz zu ergänzen, wobei ein RückwärtsbetrIeb dad=h erreicht wird, dass die Turbine die Pumpe durch Umkehr der Zirkulationsrichtun.m der Strömung der Flüssigkeit in dem Wandler antreibt. Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Getriebe dieser Art zu schaffen.. bei dem nicht synchrone automatische Schaltungen mittels überholkupplungen vorgesehen werden, wodurch ein weicher Übergang zwischen den einzelnen Gangwechseln bewirkt wird.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand der Zeichnung, auf der zeigen: 'Fig. 1 schematisch die obere Hälfte eines Querschnittes durch ein Getriebe gemäß der Erfindung.
Fig. 2 einen vergrösserten Querschnitt durch die Beschaufelung eines Drehmomentwandlers nach Fig. 1-Fig. 1 zeigt ein Getriebe mit einer Eingangswelle 10, die durch eine Kraftquelle, wie z.B. die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angetrieben werden kann. Diese Welle 10 ist über einen glockenartigen Teil 12 mit einem Turbinenteil 14 verbunden, der einen Teil eines hydraulischen Drehmomentwandlers 16 bildet. Der Wandler besitzt einen Pumpenteil 18 und einen Stator 20. Turbinen-, Pumpen- und Statorteile besitzen am Umfang verteilte Schaufeln 223 24 und 26, die zwischen inneren und äußeren Mänteln, wie dargestellt, befestigt sind.
Der Drehmomentwandler 16 ist ein solcher, der stets mit Betriebsflüssigkeit gefüllt ist. Pumpen-, Turbinen- und Statormäntel umgrenzen eine toroidale Strömung in bekannter Weise, um das Drehmoment bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten zu vervielfältigen, während das Aggregat bei höheren Geschwindigkeiten als Flüssigkeitsekupplung wirkt, um das Eingangsdrehmoment ohne Vervielfältigung zu übertragen.
Der normale Betrieb eines solchen Wandlers ist bekannt, wobei die Eingangswelle den Pumpenteil 18 antreibt, um die Turbine 14 zu treiben und wobei der Stator 20 das Eingangsdrehmoment vervielfältigt. In diesem besonderen Falle ist die Eingangswelle 10 mit demjenigen Teil verbunden, der normalerweise die Turbine 14 darstellt und nicht mit der Pumpe 18. Der Pumpenteil ist indessen während des Vorwärtsbetriebes noch der Antriebsteil, wie unten näher beschrieben wird. Der Pumpenteil ist der Antriebsteil, da er durch den Zahnradsatz schneller angetrieben wird, als er durch die Turbine angetrieben wird. Indessen kommt es vor» z.B. während des Rückwärtsbetriebes, wie weiter unten beschrieben wird, wenn die Turbine 14 der treibende Teil ist, daas hierbei die normale Richtung der Strömungszirkulation durch den Kreislauf des Wandlers geändert wird.
Die Arbeitsphase der Drehmomentvervielfältigung des Wandlers wird dadurch erhalten, dass der Stator 20 gegen eine Drehung in einer Richtung entgegengesetzt zur Pumpe 18 bei niedrigen Wandlergeschwindigkeiten festgehalten wird, während er sich bei höheren Geschwindigkeiten in der gleichen Richtung wie der Pumpenteil frei drehen kann. Dies wird durch eine Einweg-Überholbremse 28 erreicht. Der innere Mantel 30 des Stators 20 ist an der äusseren,Spur 32 der Bremse 28 festgelegt. Die Bremse 28 ist eine an sich bekannte mechanische Bremse mit einer inneren Spur 34, die von der Spur 32 durch eine Anzahl Spreizteile abr Rollen 36 getrennt ist. Die innere Spur 34 wird stets durch ihre Verbindung über einen Teil 38 mit dem feststehenden Teil 40 des Getriebegehäuses festgehalten. Die Bremse arbeitet in bekannter Weise, wobei die Spreizteile die beiden Spuren bei Drehung des Stators entgegengesetzt zum Pumpenteil 18 verkeilen. Die Spreizteile 36 gelangen bei einer Drehung des Stators in der Drehrichtung des Pumpenteiles ausser Wirkung, wodurch sie eine freie Drehung des Stators vorwärts oder im Uhrzeigersinne ermöglichen, Der Pumpenteil 18 ist durch einen Flansch 42 mit dem einen Ende einer Welle 44 verbunden. Das andere Ende dieser Welle trägt ein Sonnenzahnrad 46 eines ersten Planetenzahnradsatzes 48.

Planetenzahnrädern 150,(von denen nur eines dargestellt ist), die mit dem Sonnenzahnrad und einem Hohlzahnrad 52 in Eingriff stehen. Die Planetenzahnräder sitzen drehbar auf einem Planetenträger 54, der In zweifacher Weise gesteuert werden kann. Er kann gegen Drehung durch ein Rückwärtsbremsband 56 festgehalten werden, welches sich gegen einen trommelartigen Ansatz 58 des Planetenträgers legt. Das Bremsband wird in bekannter Weise durch Druckflüssigkeit angezogen und-durch eine Feder gelöst, Weiterhin kann der Planetenträger 54 durch eine Direktverbindung mit der Eingangswelle 10 und der Turbine 14 Über eine Kupplung 60 angetrieben werden. Im einzelnen ist der Planetenträger 54 über einen Flansch 62 mit dem einen Ende einer Welle 64 verbunden. Das andere Ende der WelLe is't mit einer Reibscheibe 66 versehen, die den angetriebenen Teil der Kupplung 60 bildet. Die Kupplung ist in bekannter Weise durch Druckflüssigkeit betätigt und wird durch Federn gelöst. Sie besitzt eine Anzahl treibender Reibscheiben 68, die an dem treibenden Nockenteil 12 b -efestigt sind. Wie später noch beschrieben wird, j.-t es das Anziehen der Kupplung 60, welches die Rückkopplungswirkung des Antriebes in dem Getriebe ermöglicht.
Das Hohlzahnrad 52 ist an einem Hohlzahnrad 70 eines zweiten Planetenzahnradsatzes 72 festgelegt. Auch dieser Zahnradsatz besteht in einfacher Weise aus drei Teilen und zwar Planetenrädern 74, die mit einem Hohlzahnrad 70 und einem Sonnenzahnrad 76 in Eingriff stehen. Die Planetenräder sind drehbar auf einem ringförmigen Planetenträger 78 montiert, der seinerseits auf Drehung mit der Ausgangswelle 80 verbunden ist.
Der Planetenträger besitzt einen axialen Ansatz 822 der mit der Reibscheibe 84 einer Kupplung 86 verbunden ist. Diese Kupplung ist ebenso wie die Kupplung 60 durch Druckflüssigkeit betätigt und wird durch Federn gelöst und besitzt eine Anzahl Reibscheiben 88, die mit der Scheibe 84 zusammen wirken. Die Scheiben 88 sind über einen Flansch 90 mit dem Sonnenzahnrad 76 verbunden. Die Scheiben besitzen ausserdem einen axialen Ansatz 92, der durch ein Bremsband 94 gegen eine Drehung In jeder Richtung festgehalten werden kann oder gegen eine Drehung in nur einer Richtung durch eine Überholbremse 96. Das Band 94 ist ebenso wie das Band 56 durch Druckflüssigkeit anzuziehen und wird durch Federng die nicht dargestellt sindx gelöst. Die Einweg-Bremse 96 entspricht der Bremse 28 und verhindert eine Drehung des Zahnrades 76 in Rückwärtsrichtung oder entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigers, während sie eine freie Drehung in der entgegengesetzten Richtung zulässt. Die Bremse besteht aus inneren und äusseren Ringspuren 98 und 100, die durch Spreizteile oder Rollen 102 voneinander getrennt sind. Ehe eine Beschreibung der Gesamtwirkung gegeben wird, scheint die Beschreibung eines erläuternden Beispieles der Drehmomentverteilung in dem System zweckmässig. Dieses besondere Ausführungsbeispiel der Erfindung kann einen Vorwärtsantrieb erreichen, indem das Fahrzeug normal durch Einstellung des zweiten Zahnradsatzes 72 für Direktantrieb gestartet wird. Dieses erfordert daher, dass die Drehmomentanforderung für das Starten des Fahrzeuges von dem ersten Zahnradsatz 48 erfüllt wird und die Vervielfachung des Drehmomentes durch den Wandler 16. Der rückkoppelnde Antrieb zwischen dem Drehmomentwandler 16 und dem Zahnradsatz 48 ermöglicht es, dass der normale Start wirkungsvoll ist und eine ausreichende Drehmomentkapazität ergibt.
Es sei angenommen, dass das Verhältnis des Zahnradsatzes im Stillstand 2,88 ist. Wegen des Antriebes des Planetenträgers des Zahnradsatzes besitzt das Sonnenzahnrad 46 ein Drehmomentverhältnis von z.B. 1.15. Dieses heisst, dass der Pumpenteil 18 ein Drehmoment erhält, so dass er in Vorwärtsrichtung oder in Richtung des Uhrzeigersinnes durch das Sonnenzahnrad schneller angetrieben wird, als er durch die Turbine 14 über die Eingangswelle 12 angetrieben wird. Dieses Drehmoment bestimmt den Pumpenteil während des Bereiches im Vorwärtsantrieb als tre ibenden Teil, um eine Strömungszirkulation durch den Drehmomentwandler im Uhrzeigersinne hervorzurufen, um das Drehmoment in der bekannten Weise zu vervielfältigen. Hat z.B, ein Drehmomentwandler ein Drehmomentverhältnis von 2,53 bei Stillstand des Zahnradsatzesq so befindet sich das durch den Wandler vervielfältigte Drehmoment rückwärts auf die Eingangswelle 10 über die Turbine 14 in einem Verhältnis von z.B. 3.03, wodurch wenn an der Kupplung 60 das Eingangsdrehmomentverhältnis der Eingangswelle 10 von 1,0 kombiniert wird, an dem Planetenträger 54 ein Drehmomentverhältnis von 4,03 entsteht.
Es wird also ein rückgekoppelter Antrieb durch die besondere Anordnung und die vorgesehenen Drehmomentaufnahmen geschaffen. Während eines Rückwärtsbetriebes, wenn die Kupplung 60 gelöst ist, besteht kein rückgekoppelter Antrieb und die Turbine 14 wird alsdann zum Pumpenteil, um die Wandlerflüssigkeit entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigers zirkulieren zu lassen und den Pumpenteil 18 anzutreiben.
Beim Betrieb wird eine Neutralstellung bzw.'eine Unterbrechung des Antriebs durch Lösung der Kupplungen 60 und 86 sowie der Bremsen 56 und 94 erreicht. Da der Planetenträger 54 sich %frei drehen kann, wird keine Drehmomentreaktion für den Zahnradsatz geschaffen. Infolge davnn wird auch kein Antrieb über die--Zahnradsätze übertragen. Gegebenenfalls kann eine Parkklinke, die nicht dargestellt ist, in einen gezahnten Ansatz 104des Planetenträgers 78 eingreifen, um die Drehung der Kraftausgangewelle 80 zwangläufig abzubremsen. Der normale Start des Fahrzeuges im Vorwärtsantriebsbereich wird durch Anziehen der Kupplungen 60 und 86 erzielt. Die Kupplung 8,6 verbindet das Sonnenrad 76 und den Planetenträger 78, wodurch der Zahnradsatz 72 für einen Direktantrieb festgelegt ist. Eine Drehung der Eingangwelle 10 im Uhrzeigersinne, etwa im Sinne des Pfeiles 106 dreht die Welle 64 und den Planetenträger 54 in der gleichen Richtung. Da die Lastwelle 80 anfangs der Bewegung des Hohlzahnrades 52 Widerstand leistet, laufen die Planetenräder 50 in dem Hohlzahnrad in einer Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne, um ein Drehmoment auf das Sonnenzahnrad 46 und das Hohlzahnrad 52 im Uhrzeigersinne oder in Vorwärtsrichtung zu übertragen. Das Drehmoment, welches auf das Son nenzahnrad 46 wirkt, wird auf den Pumpenteil 18 übertragen, der daher der treibende Teil des Drehmomentwandlers wird. Er treibt daher die Turbine im U#rzeigersinne schneller, als sie durch die Antriebsglocke 12 getrieben wird. Der Stator 20 wird anfänglich gegen eine Rückwärtsdrehung durch die Einwegbremse 28 festgehalten, Das in dem Wandler vervielfältigte Drehmoment kehrt daher über die Glocke 12 und die Kupplung 60 auf den Planetenträger 54 zurück, um das Hohlzahnrad 52 im Uhrzeigersinne oder in Vorwärtsrichtung anzutreiben. Die Ausgangswelle 80 wird daher in der gleichen Richtung angetrieben und mit einer Geschwindigkeit, die gegenüber der Eingangswelle 10 untersetzt ist.
Zur Erzielung eines Leistungsstartbereiches kann der Zahnrad-Satz 72 so eingestellt werden, dass er einen untersetzten Vorwärtsantrieb ergibt, indem die Kupplung 86 gelöst wird und die Einwegbremse 96 in Betrieb kommt. Um gegebenenfalls einen Freilauf des Fahrzeuges zu verhindern oder um eine Bergbremsung zu erreichen', kann die Bremse 94 angezogen werden, um eine Drehung des Sonnenzahnrads 76 nach jeder Richtung hin zu verhindern. Der Startbetrieb ist hierbei der gleiche wie bei dem Normalstartbereich beschrieben, insbesondere insoweit er den Wandler 16 und den Zahnradsatz 48 betrifft. Die Drehung des Ilohlzahnrades 52 im Uhrzeigersinne dreht das Hohlzahnrad 70, welches die Planetenzahnräder 74 entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigers zu drehen sucht und zwar um die anfänglich feststehende Ausgangswelle 80 herum. Dadurch sucht sich das Sonnenzahnrad 76 rückwärts zu drehen, was durch die Einwegbremse 96 verhinder-t wird, oder durch die Bremse 94, wenn diese angezogen ist. Der Planetenträger 78 dreht sich daher um das feststehende Sonnenzahnrad im Sinne des Uhrzeigers, um die Ausgangswelle 80 mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die gegenüber dem Hohlzahnrad 70 untersetzt ist.
Der Leistungsantriebsbereich erzeugt daher eine Verbunduntersetzung über beide Zahnradsätze an Stelle nur über den Zahnradsatz 48. Ein Rückwärtsbetrieb wird durch Lösung der Kupplungen 60 und 86 erreicht und durch Anziehen der Bremsbänder 94 und 56. Die Drehung der Eingangswelle 10 im Uhrzeigersinne treibt die Turbine 14 in der gleichen Richtung. Da die Kupplung 60 gelöst ist, stellt die Turbine 14 den einzigen Eingangsteil für den Wandler dar und wird zum treibenden Teil, wodurch die Betriebsflüssigkeit in dem Wandler entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigers zirkuliert und den Pumpenteil 18 in der gleichen Richtung antreibt, wie die Welle 10. Die Flüssigkeit, welche die Turbinenschaufeln nach Fig. 2 verlässt, trifft auf die Schaufeln 24 derart, dass diese in der gleichen Richtung angetrieben werden, wie der Turbinenteil 14, wie durch den Pfeil angedeutet. Demgemäss wird das Sonnenzahnrad 46 in Richtung des Uhrzeigers angetrieben und treibt die Planetenräder 50 entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigers um den feststehenden Planetenträger 54 herum an, so dass die Hohlzahnräder 52 und 70 entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigers gedreht werden. Wird das Sonnenzahnrad 76 gegen Drehung in jeder Richtung festgelegt, so werden der Planetenträger 78 und die Ausgangswelle 80 in Rückwärtsrichtung bezw. entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigers angetrieben, sowie mit untersetzter Geschwindigkeit im Verhältnis zur Eingangswelle 10.
Die Erfindung ist lediglich an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben und es sind für jeden Sachverständigen viele Abänderungen möglich, ohne aus dem Rahmen des Erfindungsgedankens herauszutreten.

Claims

Ansprüche 1. Getriebe, bestehend aus einem Planetengetriebe mit vorgeschaltetem Drehmomentwandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (10) des Getriebes mit einem drehbaren Teil (14) des Drehmomentwandlers (16) und mit einem Ast des Planetengetriebes (48) verbunden ist, daß der andere drehbare Teil (18) des Drehmomentwandlers mit einem zweiten Ast des Planetengetriebes (48) verbunden ist, während der dritte Ast des Planetengetriebes mit der Ausgangswelle (80) des Getriebes verbunden ist.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der - Turbinenteil (14) des Drehmomentwandiers (16) mit der Eingangswelle (10) und der Pumpenteil (18) mit einem Ast (46) des Planetengetriebes verbunden ist. 3. Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet., daß die Eingangswelle (10) sowohl mit dem Turbinenteil (14) als auch mit dem Planetenträger (54) des Planetengetriebes (48) verbunden ist, während der Pumpenteil (18) des Drehmomentwandlers (16) mit dem Sonnenzahnrad (46) und das Hohlzahnrad (52) mit der Ausgangswelle (80) verbunden ist. 4. Getriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Eingangswelle (10) verbundene Ast (54) des Planetengetriebes über eine lösbare Kupplung (60) mit der Eingangswelle (10) verbunden ist und durch eine Bremse (56) festlegbar ist. 5. Getriebe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Planetenradsatz (72) vorgesehen ist, dessen einer Ast (70) mit einem Ast (52) des ersten Planetenradsatzes (48) verbunden ist, dessen zweiter Ast (78) mit der Ausgangswelle (80) verbunden ist und dessen dritter Ast (76) durch eine lösbare Bremse (94) festgehalten werden kann, um eine Untersetzung einzustellen, oder mit dem mit der Ausgangswelle (8o) verbundenen Ast (78) durch eine Kupplung (86) verbindbar ist, um den zweiten Planetenradsätz auf direkten Antrieb einzustellen. 6. Getriebe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlzahnrad (70) des zweiten Planetenradsatzes (72) mit dem Hohlzahnrad (52) des ersten Planetenradsatzes (48) verbunden Ist, daß ferner der Planetenträger (78) des zweiten Planetenradsatzes (72) mit der Ausgangswelle (80) und über eine Kupplung (86) mit dem Sonnenzahnrad (76) des zweiten Planetenradsatzes (72) verbindbar ist und daß das Sonnenzahnrad (76) des zweiten Planetenradsatzes (72) durch eine Bremse (94, 96) in einer oder beiden Drehrichtungen festgestellt werden kann.