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Die Erfindung bezieht sich auf ein drei Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang umfassendes hydrodynamisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe in Umlaufräderbauart für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erläuterten Art.
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Aus der DE-AS 10 01 123 ist ein hydrodynamisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe in Umlaufräderbauart für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erläuterten Art bekannt.
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Bei diesem bekannten Leistungsverzweigungsgetriebe in Umlaufräderbauart für Kraftfahrzeuge ist eine rein hydraulische Leistungsübertragung im ersten Gang und im Rückwärtsgang, eine zum Teil hydraulische und zum Teil mechanische Leistungsübertragung im zweiten Gang und eine rein hydraulische, rein mechanische oder aber zum Teil hydraulische und zum Teil mechanische Leistungsübertragung im dritten Gang möglich.
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Bei dem bekannten Leistungsverzweigungsgetriebe ist einem hydrokinetischen Drehmomentwandler ein einfacher Planetenradsatz parallel geschaltet, dessen Sonnenrad mit dem Turbinenteil des Wandlers verbunden und dessen Ringrad mit dem Pumpenteil des Wandlers zumindest verbindbar ist und dem Wandler und dem einfachen Planetenradsatz ist ein Summierplanetengetriebe mit zwei Eingangselementen nachgeschaltet, das zwei durch Bremsen festlegbare Reaktionselemente und ein Ausgangselement aufweist, wobei das erste Eingangselement ein Sonnenrad ist, welches mit dem Sonnenrad des einfachen Planetenradsatzes über eine Kupplung verbindbar ist und das zweite Eingangselement über den Steg des einfachen Planetenradsatzes verläuft,
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Das bekannte Leistungsverzweigungsgetriebe weist drei Kupplungen und zwei Bremsen auf und erfordert dementsprechend ein aufwendiges Steuerungssystem zur Betätigung dieser Elemente.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungsverzweigungsgetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erläuterten Art derart zu verbessern, daß es mit einer geringeren Anzahl von Kupplungen realisierbar ist und gleichzeitig die in unterschiedlichen Gangstufen erwünschte unterschiedliche Leistungsverzweigung zwischen dem hydraulischen und mechanischen Bereich aufweist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Leistungsverzweigungsgetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 aufgezeigten Merkmale aufweist.
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Dadurch, daß das Ringrad des einfachen Planetenradsatzes mit dem Pumpenrad des Drehmomentwandlers in an sich bekannter Weise fest verbunden ist und das zweite Eingangselement des nachgeschalteten Summierplanetengetriebes über eine Kupplung mit der Stegwelle des einfachen Planetenradsatzes wahlweise verbindbar ist, wird ein Getriebe geschaffen, das in der ersten Gangstufe ohne Leistungsverzweigung arbeitet, wodurch im Anfahr- und Beschleunigungsbereich die volle Drehmomentvervielfältigungskapazität des Drehmomentwandlers zur Verfügung steht, bei dem in der zweiten Gangstufe eine Leistungsverzweigung in der Weise erzielt wird, daß etwa zwei Drittel mechanisch und etwa ein Drittel hydrodynamisch übertragen wird, wobei dieses Drittel der hydraulischen Leistungsübertragung für einen weichen Übergang beim Schalten von einer Schaltstufe zur anderen sorgt und bei dem in der dritten Gangstufe das Antriebsdrehmoment zu 84% mechanisch und nur zu etwa 16% hydraulisch übertragen wird, wodurch einerseits der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes verbessert wird und andererseits jedoch ein Restbetrag an hydraulischer Leistungsübertragung beibehalten wird, der aus Komfortgründen, zum Dämpfen von Drehschwingungen der Antriebsmaschine, erwünscht ist.
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In den Ansprüchen 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen von Summierplanetengetrieben erläutert und in Anspruch 4 ist eine für den Schubbetrieb wünschenswerte Verbesserung aufgezeigt.
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Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein Getriebeschema eines Umlaufrädergetriebes gemäß der Erfindung,
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Fig. 2 eine Tabelle über die bei einem Getriebe nach Fig. 1 in den verschiedenen Gängen betätigten Kupplungen und Bremsen sowie die hierbei erzielten Übersetzungen,
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Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch ein Umlaufrädergetriebe nach Fig. 1,
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Fig. 4 ein Getriebeschema eines weiteren Umlaufrädergetriebes gemäß der Erfindung,
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Fig. 4A eine Tabelle über die bei einem Getriebe nach Fig. 4 in den verschiedenen Gängen betätigten Kupplungen und Bremsen sowie die hierbei erzielten Untersetzungen.
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Bei dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein hydrokinetischer Drehmomentwandler mit 10 bezeichnet und besteht aus einem Pumpenteil 12, einem Turbinenteil 14 und einem Statorteil 16, die in einem ringförmigen Strömungskreislauf angeordnet sind. Das Pumpenteil 12 ist hierbei mit der Kurbelwelle 18 eines Verbrennungsmotors treibend verbunden.
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Das Umlaufrädergetriebe besteht hierbei einmal aus einem Summierplanetengetriebe 19 mit zwei Ringrädern 20 und 22, zwei Sonnenrädern 24 und 26, einem Satz von langen Planetenrädern 28, einem Satz von kurzen Planetenrädern 30 und einem beide Sätze von Planetenrädern 28 und 30 drehbar gelagert tragenden Planetenradträger 32. Das Ringrad 22, das Sonnenrad 26 und die Planetenräder 30 und 28 bilden einen Verbund-Planetenradsatz, wobei die Planetenräder 30 mit dem Sonnenrad 26 und den Planetenrädern 28 in Eingriff stehen, die wieder mit dem Ringrad 22 im Eingriff stehen. Die langen Planetenräder 28 stehen weiterhin mit einem Ringrad 20 und einem Sonnenrad 24 in Eingriff und bilden mit diesem einen einfachen Planetenradsatz. Das Ringrad 20 und das Sonnenrad 24 dieses Planetenradsatzes können über Bremsen CL 2/31 bzw. B/60 festgelegt werden. Das Ringrad 22 des Verbund-Planetenradsatzes bildet ein Eingangselement und ist über eine Kupplung CL 3/34 mit einer Eingangswelle 36 verbindbar. Das Sonnenrad 26 des Summierplanetengetriebes bildet ein weiteres Eingangselement und ist mit einer Eingangswelle 38 verbunden, die über eine Kupplung CL 1/42 mit einer Eingangswelle 40 verbindbar ist. Parallel zur Kupplung CL 1/42 ist hierbei eine Überholkupplung OWC/44 angeordnet, die im ersten Gang in einer Richtung Drehmoment überträgt. Wird im ersten Gang eine Motorbremsung erwünscht, so wird die Kupplung CL 1/42 eingerückt.
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Selbstverständlich ist der Statorteil des hydrokinetischen Drehmomentwandlers in bekannter Weise über eine Überholkupplung 46 abgestützt.
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Ein einfacher Planetenradsatz 48, der als ein das Antriebsdrehmoment aufteilendes Verteilergetriebe dient, besteht aus einem Ringrad 50, das mit dem Pumpenteil 12 verbunden ist, einem Sonnenrad 52, das über die Turbinenwelle 40 mit dem Turbinenteil 14 verbunden ist, Planetenrädern 54, die in Eingriff mit dem Ringrad 50 und dem Sonnenrad 52 stehen und aus einem Planetenradträger 56, auf dem die Planetenräder 54 drehbar gelagert sind.
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Eine Abtriebswelle 58 ist mit dem gemeinsamen Planetenradträger 32 des Summierplanetengetriebes verbunden.
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In der in Fig. 2 gezeigten Tabelle sind die neben den einzelnen Bremsen und Kupplungen angegebenen Buchstaben aufgeführt.
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Die in Fig. 2 angegebenen Untersetzungen ergeben sich, wenn das Ringrad 50 sechzig Zähne, das Sonnenrad 52 dreißig Zähne, die Ringräder 20 und 22 dreiundsiebzig Zähne, das Sonnenrad 24 fünfunddreißig Zähne und das Sonnenrad 26 fünfundzwanzig Zähne aufweisen. In Fig. 2 ist hierbei der erste Gang unterteilt, indem mit M ein Betrieb mit erwünschter Motorbremsung und mit D ein Betrieb ohne Motorbremsung bezeichnet ist.
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In Fig. 3 ist ein Umlaufrädergetriebe gemäß dem Getriebeschema nach Fig. 1 in konstruktiver Ausführung gezeigt. In einem Getriebegehäuse 62 ist im vorderen Wandlerteil 64 der hydrokinetische Drehmomentwandler 10 und im hinteren Getriebeteil 66 das Umlaufrädergetriebe angeordnet. Der Wandlerteil 64 ist hierbei vom Getriebeteil 66 durch eine Zwischenwand 68 abgetrennt, die an einer Schulter 70 im Getriebegehäuse 62 befestigt ist. An der Zwischenwand 68 ist ein Pumpengehäuse 72 befestigt, in dem eine Verdrängerpumpe 74 angeordnet ist, die über eine Welle 76 unmittelbar vom Pumpenteil 12 angetrieben wird.
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Der Pumpenteil 12 ist hierbei über ein Mantelteil 78 und eine Art Kupplungsscheibe 80 treibend mit der Kurbelwelle 18 eines Verbrennungsmotors verbunden.
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Das Ringrad 50 des das Antriebsdrehmoment aufteilenden einfachen Planetenradsatzes 48 ist mit dem Mantelteil 78 des Pumpenteiles 12 verbunden. Der Planetenradträger 56 des Planetenradsatzes 48 ist über eine Kerbverzahnung 82 mit der Eingangswelle 36 verbunden. Das Sonnenrad 52 des Planetenradsatzes 48 ist über eine Kerbverzahnung mit der Eingangswelle 40 verbunden, mit der auch die Nabe 84 des Turbinenteiles 14 verbunden ist. Das andere Ende der Eingangswelle 40 ist über eine Kerbverzahnung 86 mit einem Kupplungsteil 88 einer Reibungskupplung 42 verbunden.
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Das Kupplungsteil 88 wirkt hierbei mit einem zweiten Kupplungsteil 90 über eine Vielzahl von Kupplungsscheiben 92 zusammen. Die Reibungskupplung 42 wird hierbei über einen ringförmigen Kolben 94 betätigt, der in einem ringförmigen Zylinder 96 angeordnet eine Druckkammer bildet, die über bei 98 teilweise gezeigte Kanäle wahlweise beaufschlagbar ist. Das Lösen der Reibungskupplung 42 erfolgt hierbei über eine Feder 100, sobald die Druckbeaufschlagung aufhört.
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Zwischen den beiden zusammenwirkenden Kupplungsteilen 88 und 90 ist eine Überholkupplung 44 angeordnet, die Drehmoment nur in einer Richtung überträgt.
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Eine Bremstrommel 102 für die Reibungsbremse 60 ist auf einem Nabenteil 104 angeordnet, der drehbar auf einem feststehenden Schaft 108 am Pumpengehäuse 72 angeordnet ist. An einem ähnlichen Schaft 108 des Pumpengehäuses 72 ist die innere Lauffläche der Überholkupplung 46 für das Statorteil 16 festgelegt.
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Die Bremstrommel 102 weist hierbei eine Bremstrommelnabe 110 auf, die über eine Kerbverzahnung mit dem Sonnenrad 24 verbunden ist. Die Bremstrommelnabe 110 bildet weiterhin eine Stütze 112 für das Ringrad 20. Zwischen dem Stützteil 112, der Bremstrommelnabe 110 und dem Kupplungsteil 90 sind Anlaufscheiben angeordnet, die eine Übertragung von axialen Druckkräften ermöglichen. Das Kupplungsteil 90 ist über eine Kerbverzahnung 114 mit der das Sonnenrad 26 bildenden Eingangswelle 38 verbunden.
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Das Ringrad 20 trägt Bremsscheiben, die einen Teil der Reibungsbremse 31 bilden. Diese Bremsscheiben wirken mit Bremsscheiben zusammen, die an einem Teil 66 des Getriebegehäuses festgelegt sind. Die Reibungsbremse 31 wird hierbei über einen Kolben 116 betätigt, der in einem eine ringförmige Kammer bildenden Gehäuseteil 118 angeordnet ist.
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Der Planetenradträger 32 ist mit der Abtriebswelle 58 über ein glockenförmiges Übertragungsteil 120 verbunden, das einen Teil des Verbund-Planetenradsatzes und einen Teil der Reibungskupplung 34 umfaßt. Eine Kupplungstrommel 122 ist über eine Kerbverzahnung 124 mit der Eingangswelle 36 verbunden und bildet einen ringförmigen Zylinder für einen ringförmigen Kolben 126. Die Kupplungstrommel 122 wirkt über Kupplungsscheiben mit einem Kupplungsteil 128 zusammen, das mit dem Ringrad 22 verbunden ist. Die Reibungskupplung 34 wird über eine Feder 130 gelöst und eingerückt sobald der zwischen dem Zylinder 122 und dem Kolben 126 gebildete Raum mit Druckmittel beaufschlagt wird.
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Während eines Betriebes im ersten Gang wird das gesamte Turbinendrehmoment über die Kupplung 42 oder die Überholkupplung 44 auf das Sonnenrad 26 übertragen. Das Sonnenrad 24 wird hierbei festgelegt, um das Reaktionsmoment zu bilden. Eine typische Untersetzung, die sich hierbei mit den gewählten Zähnezahlen ergibt, ist 2,40. Die Bremse 60 bildet hierbei während eines zweiten Ganges das Reaktionselement. Das Drehmoment wird hierbei über die nun betätigte Kupplung 34 auf das Ringrad 22 übertragen. Auf diese Weise wird über den Planetenradsatz 48 eine Aufteilung des Antriebsdrehmomentes erzielt, wobei 33% des Antriebsdrehmomentes über den hydrokinetischen Drehmomentwandler und 67% mechanisch über den Planetenradträger 56 des Planetenradsatzes 48 übertragen werden. Um den dritten, direkten Gang zu schalten, werden beide Kupplungen 34 und 42 betätigt, wodurch die Elemente des Summierplanetengetriebes 19 gemeinsam umlaufen, wobei die Drehzahl des Ringrades 22 nicht genau der Drehzahl des Sonnenrades 26 entspricht, was durch die Aufteilung des Antriebsdrehmomentes über den Planetenradsatz 48 bewirkt wird und dazu führt, daß 16% des Antriebsdrehmomentes über den hydrokinetischen Drehmomentwandler und 84% mechanisch über den Planetenradträger 56 des Planetenradsatzes 48 übertragen werden.
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In den Fig. 4 und 4A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weist ein Summierplanetengetriebe 132wieder zwei Eingangselemente auf, die über zwei getrennte Eingangswellen 134 und 136 mit Drehmoment beaufschlagt werden. Ein hydrokinetischer Drehmomentwandler 138 ist hierbei zwischen der Kurbelwelle 140 eines Verbrennungsmotors und einer Zwischenwelle 142 angeordnet, die mit dem Sonnenrad 144 eines das Antriebsdrehmoment aufteilenden Planetenradsatzes 146 verbunden ist. Das Ringrad dieses Planetenradsatzes ist hierbei über eine Antriebswelle 150 mit der Kurbelwelle 140 des Verbrennungsmotors verbunden. Planetenräder 152 des Planetenradsatzes 146 stehen im Eingriff mit dem Ringrad 148 und dem Sonnenrad 144 und sind auf einem Planetenradträger 154 drehbar gelagert. Der Planetenradträger 154 ist hierbei über eine Kupplung CL 2/ 156 mit einer Eingangswelle 136 verbindbar, die mit dem Planetenradträger 158 des Summierplanetengetriebes 132 verbunden ist. Das Summierplanetengetriebe 132 weist ein Ringrad 160, zwei Sonnenräder 162 und 164, einen Satz kurzer Planetenräder 166 und einen Satz langer Planetenräder 168 auf, die auf dem gemeinsamen Planetenradträger 158 angeordnet sind. Das Ringrad 160 ist hierbei mit der Abtriebswelle 172 verbunden.
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Eine Kupplung CL 1/174 ist vorgesehen, um die Turbinen- oder Zwischenwelle 142 mit einem Übertragungsglied 176 zu verbinden, das den Planetenradsatz 146 übergreift und mit der Eingangswelle 134 verbunden ist, die mit dem Sonnenrad 162 verbunden ist.
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Die Kupplung CL 1/174 wird hierbei im ersten Gang und im dritten Gang betätigt. Parallel zur Kupplung CL 1/174 ist eine Überholkupplung OWC/178 angeordnet, die wirksam ist, wenn im ersten Gang keine Motorbremsung gewünscht wird.
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Eine Bremse B 1/180 ist vorgesehen, um das Sonnenrad 164 während eines Betriebes im zweiten Gang festzulegen. Eine zweite Bremse B 2/182 ist vorgesehen, um den Planetenradträger 158 während eines Betriebes im Rückwärtsgang festzulegen.
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In der Tabelle nach Fig. 4A sind die verschiedenen Kupplungen und Bremsen mit den in Fig. 4 eingetragenen Buchstabenkombinationen bezeichnet.
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Die hierbei angegebenen Übersetzungsverhältnisse ergeben sich, wenn für das Ringrad 148 siebenundfünfzig Zähne, für das Sonnenrad 144 siebenundzwanzig Zähne, das Ringrad 160 zweiundsiebzig Zähne, das Sonnenrad 164 dreißig Zähne und das Sonnenrad 162 sechsunddreißig Zähne angenommen werden.
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Ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel ergibt auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ein Umlaufrädergetriebe, bei dem die Drehmomentübertragung im ersten Gang voll über den hydrokinetischen Drehmomentwandler erfolgt, während bei einem Hochschalten in den zweiten Gang ein Wechsel in der Drehmomentübertragung erfolgt. Dieser Wechsel in der Drehmomentübertragung wird durch das Einrücken der Kupplung CL 2/156 und das Lösen der Kupplung CL 1/174 hervorgerufen. Mit anderen Worten, die Eingangselemente werden gewechselt, d. h. ein Eingangselement ist im ersten Gang und ein anderes ist im zweiten Gang wirksam. Der dritte, direkte Gang wird durch gleichzeitiges Einrücken der beiden Kupplungen CL 1/174 und CL 2/156 erzielt, wodurch die Elemente des Umlaufrädergetriebes miteinander gemeinsam umlaufen.