DE3025349C2 - Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungsgasturbine, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungsgasturbine, insbesondere für Kraftfahrzeuge

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Description

35
Die Erfindung bezieht sich auf ein Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungsgasturbine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der im Oberbegriff des Patentanspruches erläuterten Art.
Aus der US-PS 30 23 638 ist ein Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungsgasturbine, insbesondere für Flugzeuge, bekannt, das aus einem Planetenradgetriebe mit einem Sonnenrad, auf einem Planetenträger gelagerten Planetenrädern und einem ersten Ringrad besteht, wobei ein Glied des Planetenradgetriebes mit der Abtriebswelle der Verbrennungsgasturbine verbunden ist und die auf dem Planetenträger gelagerten Planetenräder mit weiteren Planetenrädern verbunden sind, die in Eingriff mit einem weiteren Glied stehen, das von dem Abtriebsglied eines Teilgetriebes mit stufenlos einstellbarem Übersetzungsverhältnis angetrieben wird, dessen Antriebsglied mit dem ersten Ringrad des Planetengetriebes verbunden ist. Als Teilgetriebe mit stufenlos einstellbarem Übersetzungsverhältnis ist hierbei eine aus einer Pumpe und einem Motor bestehendes hydraulisches Getriebe vorgesehen, dessen Ausführungsform nicht näher erläutert wird.
Das bekannte Unterseczungsgetriebe soll hierbei lediglich dafür sorgen, daß ein Generator mit möglichst
ci£!C ιι·Λη7ΐπI omvfitfi^n^in \ι/ιι*/ι oiii"*h u/pnn
die Drehzahl der Verbrennungsgasturbine zwischen etwa 6000-7000 Umdrehungen pro Minute schwankt. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungsgasturbine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu schaffen, das für eine entsprechende Reduzierung der hohen Antriebsdrehzahlen einer Verbrennungsgasturbine der Einwellenbauart sorgt und darüber hinaus eine Veränderung der Drehmomentcharakteristik ermöglicht, die erwünscht ist, will man ein an sich herkömmliches, mehrgängiges Wechselgetriebe nachgeschaltet anordnen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Untersetzungsgetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruches erläuterten Art die im Kennzeichen des Patentanspruches aufgezeigten Merkmale aufweist.
Dadurch, daß das mit der Gasturbine verbundene Glied des Planetenradgetriebes das Sonnenrad ist und das mit dem Abtriebsglied des stufenlos einstellbaren Teilgetriebes verbundene Glied des Planetenradgetriebes ein zweites Ringrad ist und das Abtriebsglied des Planetenradgetriebes der Planetenträger ist, der über eine Welle mit einem Antriebsritzel eines mehrgängigen Wechselgetriebes verbunden ist, kann eine Aufteilung des Antriebsdrehmomentes auf die beiden Drehmomentwege abhängig von der jeweils wirksamen Übersetzung in dem stufenlos veränderbaren Teilgetriebe erfolgen, derart, daß der Anteil des Teilgetriebes zwischen 17 und 33% des Antriebsdrehmomentes liegt, während der Rest unmittelbar über den Planetenradträger zum nachgeschalteten mehrgängigen Wechselgetriebe übertragen wird. Dadurch kann die Baugröße des stufenlos veränderbaren Teilgetriebes klein und der darin auftretende Reibungsverlust gering gehalten werden.
Für das stufenlos veränderbare Teilgetriebe können bekannte Ausführungsformen von ringförmigen Reibscheibengetrieben oder von hydrokinetischen Drehmomentwandlern verwendet werden.
Die Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen gezeigter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. IA bis II schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform eines Untersetzungsgetriebes in den verschiedenen Betriebsbereichen;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Untersetzungsgetriebes und
Fig. 3 einen vertikalen Teilschnitt durch das Untersetzungs-Teilgetriebe der in den Fig. IA bis IC gezeigten Ausführungsform.
In Fig. IA ist eine Verbrennungsgasturbine der Einwellenbauart mit 10 bezeichnet. Sie besteht im wesentlichen aus einem Verdichterrad 12 und einem Turbinenrad 14, die auf einer gemeinsamen Welle 16 befestigt sind, die weiterhin die Abtriebswelle 18 der Einwellen-Verbrennungsgasturbine 10 bildet.
Das Verdichterrad 12 fördert komprimierte Luft in eine nicht gezeigte Brennkammer, wo sie unter Zufuhr von Kraftstoff für die Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Verbrennung sorgt, deren Verbrennungsgase das Turbinenrad 14 treiben. Das Turbinenrad 14 treibt hierbei einerseits wieder das Verdichterrad 12 an und liefert andererseits über die Abtriebswelle 18 nutzbares Drehmoment. Die Drehzahl einer Einwellen-Verbrennungsgasturbine ist jedoch sehr hoch und liegt bei etwa 120 000 U/min bei einer Leistungsabgabe von etwa
Die Abtriebswelle 18 der Verbrennungsgasturbine 10 ist unmittelbar mit dem Sonnenrad 20 eines Untersetzungs-Planetenradgetriebes 22 verbunden. Das Planetenradgetriebe 22 weist Planetenräder 24 auf, die in Eingriff mit einem ersten Ringrad 26 stehen. Die Planetenräder 24 sind treibend mit kleineren Planetenrädern 30 verbunden und beide sind auf einem Planetenträger
28 drehbar gelagert.
Das erste Ringrad 26 steht hierbei in treibender Verbindung mit einem Eingangselernent 38 eines stufenlos veränderbaren Teilgetriebes 36 in Form eine.; ringförmigen Reibscheibengetriebes. Das; Eingangselement 38 steht hierbei über Übertragungselemente 40 in treibender Verbindung mit einem Ausgangselement 34, das mit einem zweiten Ringrad 32 verbunden ist, das mit den kleineren Planetenrädern 30 in Eingriff steht.
Die Übertragungselemente 40 bestehen hierbei, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, aus, auf Achsen drehbar gelagerten Reibscheiben, die einerseits in Reibungseingriff mit der ringförmigen Reibscheibe des Eingangselementes 38 und andererseits mit der ringförmigen Reibscheibe des Ausgangselementes 34 stehen. Die Achsen der Übertragungsreibscheiben 410 können hierbei über eine Servoeinrichtung verschwenkt werden, wodurch die übersetzung des Teilgetriebes 36 stufenlos verändert wird. Die Drehrichtung des Ausgangseümentes 34 hierbei entgegengesetzt zur Drehrichtung des Eingangselementes 38.
Die hohe Drehzahl der Abtriebswelle 18 wird somit einerseits durch das Planetenradgetriebe 22 und andererseits durch das Teilgetriebe 36 in zwei getrennten Drehmomentwegen untersetzt, die über das zweite Ringrad 32 und die kleinen PUnetenräder 30 wieder zusammengeführt werden und fiber den Planetenträger 28, der eine Welle 42 antreibt, auf das Eingangsritzel 44 eines mehrgängigen Wechselgetriebes 46 übertragen. Das Eingangsritzel 44 steht hierbei in Eingriff mit einem Eingangszahnrad 48.
Das mehrgängige Wechselgetriebe 46 besteht aus einem einfachen Planetenradgetriebe 50 und einem Verbundplanetenradgetriebe SL Das Planetenradgetriebe 50 besteht aus einem Rinj;rad 54, einem Sonnenrad 56 und Planetenrädern, die auf einem Planetenträger 58 drehbar gelagert sind, der treibend mit dem Sonnenrad 60 des Verbundplanetenradgetriebes 52 verbunden ist. Das Ringrad 54 ist hierbei direkt mit dem Eingangszahnrad 48 treibend verbunden. Das Reaktionsdrehmoment am Sonnenrad 56 wird über eine Überholkupplung 62 an einer Reibscheibenbremse 64 abgestützt, die für den Startbetrieb des Kraftfahrzeuges festgelegt werden kann. Vorzugsweise kann die Reibscheibenbremse 64 als Schlupfkupplung ausgebildet werden, die gleichzeitig als Ncutralkupplung für den Antriebsstrang dient. Das Sonnenrad 56 ist mit dem inneren Laufring der Überholkupplung 62 verbunden. Die Überholkupplung 62 legt das Sonnenrad 56 gegen Drehung in einer Richtung fest, ermöglicht jedoch einen Freilauf des Sonnenradeu 56 in die entgegengesetzte Drehrichtung.
Die Überholkupplung 62 kann umgangen werden, indem das Sonnenrad 56 über eine Reibscheibeubremse 66 unmittelbar gegen eine Drehung in beiden Richtungen festgelegt wird. Das Sonnenrad 56 und der Planetenträger 58 können weiterhin über eine Reibscheibenkupplung 68 direkt miteinander verbunden werden, um das Planetenradgetriebe 50 für eine direkte 1 : 1-Übertragung zu sperren.
Das Verbundplanetenradgetiiebe 52 besteht zusätzlich zum Sonnenrad 60 aus einem ersten Ringrad 70, einem zweiten Ringrad 72, einem ersten Satz von kurzen Planetenrädern 74, einem zweiten Satz von langen Planetenrädern 76 und einem gemeinsamen Planetenträger 78 für die beiden Planeten radsätze. Die Planetenrädcr 74 stehen in Eingriff mil dem Ringrad 72 und den lancen Planetenrädern 76, die wieder in Eingriff mit dem Ringrad 70 und dem Sonnenrad 60 stehen. Eine Reibscheibenkupplung 80 ist zwischen dem Sonnenrad 60 und dem Ringrad 70 vorgesehen, um auch das Verbundplanetenradgetriebe 52 für einen direkten 1 : 1-
Antrieb zu sperren. Eine Reibscheibenbremse 84 ist vorgesehen, um das Ringrad 70 zur Erzielung einer Motorbremsung in der zweiten Gangstufe festzulegen. Der Planetenträger 78 ist mit der Antriebswelle 82 des Wechselgetriebes verbunden.
ίο In den Fig. IA bis II ist der jeweilige Betriebsbereich des Untersetzungstriebes angegeben und an den verschiedenen Elementen deren Drehzahl in U/min angegeben.
In Fig. IA befindet sich das Wechselgetriebe in der
ersten Gangstufe, in der durch die Wirkung der Überholkupplung 62 keine Motorbremsung möglich ist.
Um diese erste Gangstufe zu schalten, wird die Bremse 84 angelegt und die Bremse 84 eingerückt. Die Übertragungs-Reibscheiben 40 des stufenlos veränder-
baren Teilgetriebes 36 befinden sich in einer Lage, in der eine maximale Untersetzung erzielt wird. Das Ringrad 70 wirkt hierbei als Reaktionselement für das Verbundplanetengetriebe 52, während das Reaktionselement des Planetenradgetriebes 50 über die Überholkupplung 62 und die Bremse 64 festgelegt ist.
Fig. IB zeigt gleichfalls die erste Gangstufe, wobei jedoch das stufenlos veränderbare Teilgetriebe 36 von einer maximalen Untersetzung auf eine geringe Übersetzung gebracht wird, während das mehrgängige
Wechselgetriebe im gleichen Schaltzustand bleibt.
In Fig. IC ist die zweite Gangstufe, bei der eine Motorbremsung möglich ist, gezeigt.
Um einen Gangwechsel von der ersten Gangstufe zur zweiten Gangstufe durchzuführen, wird das Teilgetriebe 36 wieder in seine Lage für maximale Untersetzung gebracht und die Bremse 66 wird eingerückt. Hierdurch wird das einfache Planetenradgetriebe 50 gesperrt. Eine Übersetzung erfolgt lediglich im Verbundplanetenradgetriebe 52. Die Bremsen 64 und 84 bleiben hierbei betätigt.
Fig. ID zeigt ebenfalls die zweite Gangstufe, wobei wieder das Teilgetriebe 36 von maximaler Untersetzung auf geringe Übersetzung gebracht wurde.
In Fig. IE ist die dritte Gangstufe geschaltet, bei der eine Motorbremsung möglich ist.
Um einen Gangwechsel von der zweiten Gangstufe zur dritten Gangstufe zu vollziehen, wird die Bremse 84 gelöst und die Kupplung 80 eingerückt. Dadurch wird das Verbundplanetenradgetriebe 52 gesperrt. Die
Kupplung 68 wird gelöst, so daß das Sonnenrad 56 als Reaktionselement für das Planetenradgetriebe 50 wirken kann. Die Überholkupplung 62 und die Bremse 64 stützen hierbei das Reaktionsmoment des Sonnenrades 56 am Getriebegehäuse ab. Wird die Bremse 66 ange-
legt, so kann auch in der dritten Gangstufe eine Motorbremsung erzielt werden. Die Bremse 66 liegt nämlich parallel zur Überholkupplung 62.
Fig. IF zeigt wieder die dritte Gangstufe, jedoch gleichfalls wieder mit von maximaler Untersetzung zur
geringen Übersetzung verändertem Teilgetriebe 36.
In Fig. iG ist die vierte Gangstufe gcschaiiei, iii der wieder eine Motorbremsung möglich ist.
Für einen Gangwechsel von der dritten Gangstufe zur vierten Gangstufe werden die Kupplungen 68 und 80
eingerückt und die Bremsen 66 und 84 gleichzeitig gelöst. Obwohl die Bremse 64 eingerückt bleiben kann, ist sie unwirksam, da die Überholkupplung 62 freiläuft. Die einzige Übersetzung in dieser Gangstufe erfolgt
hierbei nur im Bereich des Untersetzungs-Planetenradgetriebes 22 und des Teilgetriebes 36, die dem mehrstufigen Wechselgetriebe 46 vorgeschaltet sind. Das Wechselgetriebe 46 befindet sich hierbei in einer direkten Übersetzung 1:1.
In Fig. IH ist wieder die vierte Gangstufe gezeigt, wobei wieder lediglich das Übersetzungsverhältnis des Teilgetriebes 36 verändert wurde.
In Fig. II ist der Rückwärtsgang geschaltet. Hierzu wird das Ringrad 72 über die Bremse 86 festgelegt, so daß es als Reaktionselement wirkt. Die Bremse 64 und die Überholkupplung 62 sind wirksam, um das Sonnenrad 56 festzuhalten, so daß die Untersetzung des Planetenradgetriebes 50 mit der Untersetzung des Verbundplanetenradgetriebes 52 kombiniert wird. Selbstver- ständlich ist auch in dieser Gangstufe eine Veränderung der Übersetzung des Teilgetriebes 36 möglich.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Wechselgetriebes gemäß der Erfindung gezeigt, bei der anstelle des ringförmigen Reibscheibengetriebes 36 ein hydrokinetischer Drehmomentwandler 90 als stufenlos veränderbares Teilgetriebe eingesetzt wird.
Da bei dieser Ausführungsform wesentliche Teile des Untersetzungs-Planetenradgetriebes und des mehrgängigen Wechselgetriebes identisch übereinstimmen, sind diese Teile mit den gleichen, nur mit einem Strichindex versehenen Bezugszeichen versehen worden. Da auch die Funktionsweise entsprechend übereinstimmt, brauchen diese Teile nicht mehr näher erläutert zu werden.
Nachfolgend wird lediglich die spezielle Einbindung des hydrokinetischen Drehmomentwandlers 90 in das erfindungsgemäße Untersetzungsgetriebe erläutert.
Der hydrokinetische Drehmomentwandler 90 besteht aus einem Pumpenteil 92, einem Turbinenteil 88 und einem Statorteil 104, die in üblicher Weise in einem ringförmigen Strömungskreislauf zueinander angeordnet sind. Da anders als bei dem Reibgetriebe 36 bei einem Drehmomentwandler keine Drehrichtungsumkehr zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement stattfindet, ist zu diesem zweck ein Umkehr-Planetenradgetriebe 96 dem Pumpenteil 92 des Drehmomentwandlers 90 vorgeschaltet. Das Sonnenrad 100 des Umkehr-Planetenradgetriebes 96 ist hierbei mit dem ersten Ringrad 26' verbunden, während erst das Ringrad 94 mit dem Pumpenteil 92 verbunden ist. Der Turbinenteil 88 ist über seine Turbinenwelle 102 mit dem zweiten Ringrad 32' verbunden.
Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung wird das sich aus den beiden Drehmomentwegen wieder vereinigende Drehmoment über den so Planetenträger 28' und über eine Welle 42' auf das Eingangsritzel 44' des mehrgängigen Wechselgetriebes 46' übertragen.
Der hydrokinetische Drehmomentwandler 90 ist hierbei mit einem Statorteil 104 mit verschwenkbaren Schaufeln versehen, deren Winkel über eine Servoeinrichtung 106 veränderbar ist. Der Statorteil 104 stützt sich hierbei in üblicher Weise über eine Überholkupplung 108 ab. Durch eine Veränderung der Winkel der Schaufeln des Statorteiles 104 kann der hydrokinetische Drehmomentwandler im Bereich von einer maximalen Untersetzung bis zu einer minimalen Untersetzung stufenlos verändert werden. Somit kann auch durch diese Ausführungsform für jede der durch das nachgeschaltete mehrstufige Wechselgetriebe schaltbaren Gangstu- fen eine entsprechende stufenlose Veränderung zur Verfügung gestellt werden.
In Fig. 3 ist ein vertikaler Teilschnitt durch eine
konstruktive Ausbildung der Ausführungsform nach den Fig. IA bis II gezeigt. Die Planetenräder 24 und 30 sind auf einem Planetenträger 28 drehbar gelagert, der über einen Träger 110 und ein Lager 112 an einem Ansatz 114 des Gehäuses abgestützt ist. Eine Verbindung zwischen dem Ringrad 32 und dem Ausgangselement 34 des Teilgetriebes 36 wird über eine Nockenscheibe 122 und eine Hohlwelle 120 mit einem Antriebsflansch 116 ermöglicht. Die Nockenscheibe 122 sorgt über Rollen 124 auf einem Träger 126 für eine Aufrechterhaltung des für das Reibscheibengetriebe wesentlichen Reibabschlusses. Tellerfedern 128 und 130 sorgen hierbei für eine anfängliche Vorspannung, während die Nockenscheibe 122 mit zunehmender Drehmomentübertragung für eine Verstärkung der Anpreßkraft sorgt.
Die Übertragungs-Reibscheiben 40 sind über Kugellager 136 auf einer Achse 138 drehbar gelagert. Die Achse 138 ist um einen Drehpunkt 140 verschwenkbar. Sie ist hierzu in einem Achsenträger gelagert, der über Stifte 144 und Joche 142 von einem Schaltglied 146 her betätigbar ist, das wieder über ein Befestigungsteil 150 mit der Kolbenstange 152 eines Arbeitskolbens 158 verbunden ist. Der Arbeitskolben 158 ist in einem im Gehäuse ausgebildeten Zylinder 160 angeordnet und bildet zwei Druckkammern 162 und 164. Die Kolbenstange 152 ist hierbei außerhalb des Zylinders 160 noch in Stangenführungen 154 und 156 geführt. Bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung des Arbeitskolbens 158 befinden sich die ÜbertragungsrReibscheiben 40 in einer Stellung, in der das Teilgetriebe 36 eine Übersetzung 1 : 1 liefert.
Das Eingangselement 38 ist hierbei über eine Antriebsscheibe 166 mit dem ersten Ringrad 26 verbunden. Die Antriebsscheibe 166 und die Antriebsscheibe 116 des Teilgetriebes 36 verlaufen benachbart zu einer Lagerstützwand 168 im Gehäuse.
Es ist leicht zu ersehen, daß durch entsprechende Beaufschlagung der Druckkammern 162 oder 164 ein Verschwenken der Achse 138 der Übertragungs-Reibscheiben 40 möglich ist, wodurch eine Veränderung der Übersetzung des Teilgetriebes 36 von 0,33 : 1 bis 3 : 1 erzielt werden kann.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungsgasturbine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Planetenradgetriebe (22) mit einem Sonnenrad (20), auf einem Planetenradträger (28 bzw. 28') gelagerten Planetenrädern (24 bzw. 24') und einem ersten Ringrad (26 bzw. 26'), wobei ein Glied des Planetenradgetriebes mit der Abtriebswelle (18) der Verbrennungsgasturbine (10 bzw. 10') verbunden ist und die auf dem Planetenträger (28 bzw. 28') gelagerten Planeteuräder (24 bzw. 24') mit weiteren Planetenrädern (30 bzw. 30') verbunden sind, die in Eingriff mit einem weiteren Glied (32 bzw. 32') stehen, das von dem Abtriebsglied (34 bzw. 88) eines Teilgetriebes (36 bzw. 90) mit stufenlos einstellbarem Übersetzungsverhältnis angetrieben wird, dessen Antriebsglied (38 bzw. 92) mit dem ersten Ringrad (26 bzw. 26') des Planetenradgetriebes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Gasturbine verbundene Glied des Planetenradgetriebes das Sonnenrad (20) ist und das mit dem Abtriebsglied des stufenlos einstellbaren Teilgetriebes (36 bzw. 90) verbundene Glied des Planetenradgetriebes ein zweites Ringrad (32 bzw. 32') ist und das Antriebsglied des Planetenradgetriebes der Planetenradträger (28 bzw. 28') ist, der über eine Welle (42 bzw. 42') mit einem Antriebsritzel (44 bzw. 44') eines mehrgängigen Wechselgetriebes (46 bzw. 46') verbunden ist.
DE3025349A 1979-07-23 1980-07-04 Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungsgasturbine, insbesondere für Kraftfahrzeuge Expired DE3025349C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/059,848 US4344336A (en) 1979-07-23 1979-07-23 Differential traction drive with extreme overall torque ratios for use in a gas turbine engine driveline

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3025349A1 DE3025349A1 (de) 1981-02-05
DE3025349C2 true DE3025349C2 (de) 1986-11-27

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ID=22025674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3025349A Expired DE3025349C2 (de) 1979-07-23 1980-07-04 Untersetzungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungsgasturbine, insbesondere für Kraftfahrzeuge

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US (1) US4344336A (de)
JP (1) JPS5618154A (de)
CA (1) CA1139132A (de)
DE (1) DE3025349C2 (de)
GB (1) GB2054068B (de)

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