DE3604393C2

DE3604393C2 -

Info

Publication number: DE3604393C2
Application number: DE3604393A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kadoma Osaka Jp Ohkubo
Original assignee: Exedy Corp
Current assignee: Exedy Corp
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1986-02-12
Publication date: 1992-03-26
Also published as: JPH0697065B2; JPS61184270A; KR930004570B1; US5122104A; KR860006656A; DE3604393A1

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Ein solches hydrodynamisches Verbundgetriebe, bestehend aus einem Drehmomentwandler und einem mit diesem in Serie geschalteten Schaltgetriebe wird in seiner Gesamtheit häufig auch als Automatik-Getriebe bezeichnet und wird in großen Stückzahlen in Lastkraftwagen, Personenkraftwagen, Baumaschinen o. ä. verwendet.

Ein hydrodynamisches Verbundgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 26 27 844. Das in dieser Druckschrift beschriebene Getriebe gemäß dem Stand der Technik benötigt drei verschiedene Planetenräder bzw. Planetenrädersätze, die hochwertige, aufwendig zu bearbeitende und teuere Bauteile darstellen. Demgemäß ist die Herstellung eines hydrodynamischen Verbundgetriebes gemäß dem Stand der Technik mit hohen Kosten verbunden.

Weiterhin hat sich beim Stand der Technik als nachteilig herausgestellt, daß eine Bauweise mit drei verschiedenen Planetenrädersätzen, wie sie in der genannten Druckschrift beschrieben ist, zu einem Bauvolumen des Getriebes mit einem hohen Gewicht führt. Generell sind aber Getriebe, die zum Einbau in Fahrzeuge vorgesehen sind, möglichst klein und leicht zu konstruieren, da Gesamtgewicht und Abmessungen des Fahrzeugs, in das das Getriebe einzubauen ist, andernfalls ungünstig beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion eines gattungsgemäßen Getriebes so zu verbessern, daß dasselbe kostengünstiger zu fertigen ist und ein geringeres Gesamtgewicht aufweist, mithin einfacher und raumsparend ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Dabei ist bei einem gattungsgemäßen Verbundgetriebe erfindungsgemäß vorgesehen, daß innerhalb eines jeden Planetengetriebesatzes des Schaltgetriebes sowohl das Sonnenrad als auch das Ringrad in ein und dasselbe Planetenrad unmittelbar kämmend eingreifen und daß jeweils ein Planetenrad des einen Planetengetriebesatzes mit einem Planetenrad des anderen Planetenradgetriebesatzes kämmend angeordnet ist.

Auf diese Art und Weise wird die Anzahl der notwendigen Planetenräder von drei auf zwei verringert und demgemäß die Konstruktion vereinfacht, die Bearbeitungskosten gesenkt und das Gesamtgewicht verringert.

Die charakteristischen Eigenschaften des Drehmomentwandlers in jedem Bereich des Übersetzungsverhältnisses und das Übersetzungsverhältnis des Wechselgetriebes werden durch Umschalten des Übertragungsweges der von der ersten Leitradwelle ausgehenden Kraft geändert, und zwar durch die wahlweise Betätigung von Kupplung oder Bremse.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es folgt die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Konstruktion eines erfindungsgemäßen Automatikgetriebes für einen Lastkraftwagen;

Fig. 1a ein Leistungsdiagramm eines Drehmomentwandlers für das Automatikgetriebe gemäß Fig. 1;

Fig. 1b eine graphische Darstellung der Zugkraftcharakteristik im Zusammenhang mit Fig. 1;

Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Konstruktion eines erfindungsgemäßen Automatikgetriebes für einen Personenkraftwagen;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Konstruktion eines alternativen erfindungsgemäßen Automatikgetriebes für einen Personenkraftwagen;

Fig. 4a eine graphische Darstellung der Zugkraftcharakteristik im Zusammenhang mit Fig. 4;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Konstruktion eines erfindungsgemäßen Power-Shift-Getriebes für ein Baufahrzeug.

Erste bevorzugte Ausführungsform

Als die charakteristische Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 1 ein hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe für einen Lastkraftwagen. Bezugsziffer 10 bezeichnet einen mehrphasigen Einstufen-Drehmomentwandler, der mit einem Schaltgetriebe 12 kombiniert ist, das für drei Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang ausgelegt ist. Das Schaltgetriebe 12 weist einen Planetenrädersatz auf, der aus einem ersten Planetenrad und einem zweiten Planetenrad mit einem gemeinsamen Planetenradträger gebildet ist, sowie weiter eine Kupplung oder Bremsen für die Steuerung des Planetenrädersatzes. Das Schaltgetriebe 12 und der Drehmomentwandler 10 bilden das hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe.

Der Drehmomentwandler 10 besteht aus einer Turbine 14, einer Pumpe 16, einem ersten Leitrad 18, einem zweiten Leitrad 20 etc. und ist durch ein Gehäuse 22 abgedeckt. Die Pumpe 16 ist mit einem Schwungrad 24 des Motors verbunden, derart, daß Kraft von dem Schwungrad 24 auf die Pumpe 16 übertragen wird.

Die Turbine 14 ist mit einer Turbinenwelle 26 verbunden, und eine Überbrückungskupplung 28 ist zwischen der Turbine 14 und dem Schwungrad 24 installiert.

Das erste Leitrad 18 ist auf der Turbinenseite zwischen der Turbine 14 und der Pumpe 16 angeordnet und durch ein Lager reversibel gelagert.

Das erste Leitrad 18 ist mit einer ersten Leitradwelle 30 verbunden, und zwischen dem ersten Leitrad und der ersten Leitradwelle 30 ist ein Leitradfreilauf 32a angeordnet, der derart ausgelegt ist, daß er Kraft auf die erste Leitradwelle 30 überträgt, wenn sich das erste Leitrad in umgekehrter Richtung zur Turbine 14 dreht, und daß er leerläuft, wenn sich das erste Leitrad 18 in der normalen Richtung dreht.

Das zweite Leitrad 20 ist auf einer Pumpenseite zwischen der Turbine 14 und der Pumpe 16 angeordnet und über eine zweite Leitradwelle 34, die mit einem Leitradfreilauf 32b ausgestattet ist, mit dem Gehäuse 22 verbunden. Ebenfalls durch den Leitradfreilauf 32b wird das zweite Leitrad 20 mit der zweiten Leitradwelle 34 verbunden, jedoch nur dann, wenn sich das zweite Leitrad 20 in der umgekehrten Richtung dreht.

Die Pumpe 16 ist an eine Pumpenwelle 16a angelenkt, die über ein Lager durch das Gehäuse 22 drehbar gelagert ist.

Eine Kupplung F3, die eine Kupplungsscheibe 34a und eine Kupplungsabdeckung 34b aufweist, ist in einem mittleren Abschnitt zwischen der Turbinenwelle 26 und der ersten Leitradwelle 30 angeordnet. Die Kupplungsscheibe 34a ist an der Turbinenwelle 26 befestigt, während die Abdeckung 34b einstückig mit der ersten Leitradwelle 30 ausgebildet ist.

Eine Scheibe 34c ist an einem radial äußeren Abschnitt der Kupplungsplatte 34b befestigt und bildet damit eine integrale Einheit, und an einem äußeren Umfangsbereich der Scheibe 34c ist eine Bremse F2 vorgesehen.

Das Umschalten zwischen Betrieb und Nichtbetrieb, das heißt zwischen Einrücken und Ausrücken der Kupplung F3 und Bremse F2 kann dann erfolgen, wenn die Drehgeschwindigkeit einer Ausgangswelle 44 einen bereits vorher auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit festgelegten Wert erreicht, der sich durch hinlänglich bekannte Mittel problemlos nachweisen läßt.

Ein erstes Sonnenrad 36a ist mit einem auf der Seite des Wechselgetriebes gelegenen Ende der Turbinenwelle 26 verbunden, und die Zähnezahl des ersten Sonnenrads 36a ist mit Za1 angegeben. Ein erstes Planetenrad 38a kämmt mit der äußeren Peripherie des ersten Sonnenrads 36a. Die Planetenräder 38a sind mit gleichem Abstand zueinander in Umfangsrichtung verteilt an drei Stellen angeordnet (Fig. 2).

Zweite Planetenräder 38b, die mit den ersten Planetenrädern 38a kämmen, sind ähnlich wie die ersten Planetenräder an der äußeren Peripherie des ersten Sonnenrads 36a an drei Stellen angeordnet. Sowohl die Planetenräder 38a als auch die Planetenräder 38b sind durch einen gemeinsamen Planetenradträger 40 drehbar gehalten.

Das zweite Planetenrad 38b kämmt mit einem zweiten Sonnenrad 36b, das mit dem auf der Seite des Wechselgetriebes gelegenen Ende der ersten Leitradwelle 30 verbunden ist (Fig. 1). Die Zähnezahl des zweiten Sonnenrads 36b ist mit Za2 angegeben.

Ein erstes Ringrad 42a (Zähnezahl: Zr1) kämmt mit dem ersten Planetenrad 38a, und ein zweites Ringrad 42b (Zähnezahl: Zr2) kämmt mit dem zweiten Planetenrad 38b.

Ein Bremse F1 ist an der radial äußeren Peripherie des ersten Ringrades 42a angeordnet und an dem Gehäuse 22 befestigt. An der äußeren Peripherie des zweiten Planetenrads 38b ist eine Bremse R vorgesehen, die ebenfalls an dem Gehäuse 22 befestigt ist.

Der Planetenradträger 40 ist über ein Lager durch das Gehäuse 22 drehbar gehalten und mit der Ausgangswelle 44 verbunden.

Die Betriebsweise ist wie folgt. Im ersten Gang wird zunächst nur die Bremse F1 auf "AN" gestellt (festgezogen), während die anderen Bremsen und die Kupplung auf "AUS" geschaltet (ausgerückt bzw. gelöst) sind. Im ersten Gang ist nur das erste Ringrad 42a an dem Gehäuse 22 festgelegt, während die andere Planetenrädersätze zur Drehung miteinander kämmen und eine Einheit bilden. Folglich wirkt das erste Leitrad 18 in dem durch den Betriebsmodus des ersten Gangs bzw. der ersten Schaltstufe gesteuerten niedrigen Geschwindigkeitsbereich als reversierende Turbine, und die Kraft des Drehmomentwandlers 10 wird sowohl über die Turbinenwelle 26 als auch die erste Leitradwelle 30 auf das Wechselgetriebe 12 übertragen, wobei die Kraft zur Abgabe an dem Planetenradträger 44 durch beide Planetenräder 38a und 38b zusammengesetzt wird. In Fig. 1a, die das Verhalten des Drehmomentverhältnisses Tr und der Leistung E in Relation zu dem Geschwindigkeitsverhältnis Vr angibt, zeigt die Leistungscharakteristik des Drehmomentwandlers 10 bei Betrieb im ersten Gang bzw. in der ersten Geschwindigkeitsstufe eine hohe Leistung in dem Bereich eines niedrigen Übersetzungsverhältnis, wie anhand der Kennlinie η1 (durchgezogene Linie) ersichtlich ist, und die Kennlinie T1 (durchgezogene Linie) des Drehmomentverhältnisses läßt ebenfalls ein hohes Drehmomentverhältnis erkennen. Das Übersetzungsverhältnis eines Wechselgetriebes im ersten Gang liegt in der Praxis bei etwa 3.

Kurz danach steigt das Geschwindigkeitsverhältnis an, und der Geschwindigkeitsmodus wird durch die automatische Steuerung auf die zweite Gangstufe geschaltet, nämlich dann, wenn die Zugkraftcharakteristik den Punkt P in Fig. 1b erreicht, die das Verhalten der Zugkraft D in Relation zur Fahrzeuggeschwindigkeit V zeigt.

Bei dem Betriebsmodus im zweiten Gang bzw. in der zweiten Geschwindigkeitsstufe wird nur die Bremse F2 auf "AN" gestellt, während die anderen Bremsen und die Kupplung auf "AUS" gestellt werden, derart, daß lediglich die erste Leitradwelle 26 und das zweite Sonnenrad 36b an dem Gehäuse 22 festgelegt sind. Dabei steht das erste Leitrad 18 ähnlich dem zweiten Leitrad 20 still, und die Reaktionskräfte beider Leiträder 18 und 20 werden durch Betriebsöl auf die Turbine 14 gelegt, derart, daß sie von der Turbinenwelle 26 auf das erste Sonnenrad 36a übertragen werden. Folglich entwickelt die Leistung des Drehmomentwandlers Charakteristiken η2 und T2, die (wie in Fig. 1a gezeigt) im Bereich eines mittleren Übersetzungsverhältnisses eine hohe Leistung und ein hohes Drehmoment zeigen. In der Praxis wird das Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes 12 zu etwa 1,5.

Wenn sich das Geschwindigkeitsverhältnis weiter vergrößert und die Zugkraft den Punkt Q in Fig. 1b erreicht, wird durch die automatische Steuerung auf den dritten Gang bzw. die dritte Geschwindigkeitsstufe gewechselt.

Bei der Betriebsart im dritten Gang wird nur die Kupplung F3 auf "AN" gestellt, so daß sich die Turbinenwelle 26 integral mit der ersten Leitradwelle 30 in der normalen Richtung dreht. In diesem Falle läuft der Freilauf 32a leer, und das erste Leitrad 18 wirkt als normale Turbine, die sich in der gleichen Richtung dreht wie die Turbine 14. Deshalb wirkt der Drehmomentwandler 10 im dritten Gang als Zweiphasen- Drehmomentwandler, der im Bereich eines hohen Übersetzungsverhältnisses eine vergleichsweise gute Leistung entwickelt, derart, daß eine Leistungscharakteristik η3 und eine Drehmomentverhältnis-Charakteristik T3 erreichbar ist. In der Praxis wird das Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes zu 1.

Wenn sich das Geschwindigkeitsverhältnis noch weiter vergrößert, wird die Überbrückungskupplung 28 durch die automatische Steuerung auf "AN" geschaltet, und die Motorkraft wird von der Turbinenwelle 26 direkt auf das Schaltgetriebe 12 übertragen.

Im Rückwärtsgang dagegen, wo nur die Kupplung R auf "AN" geschaltet wird, wird nur das zweite Ringrad 42b an dem Gehäuse 22 festgelegt, während sich die anderen Planetenrädersätze integral drehen, derart, daß die Kraft von dem Drehmomentwandler sowohl über die Turbinenwelle 26 als auch die erste Leitradwelle 30 übertragen wird und der Planetenradträger sich in umgekehrter Richtung dreht. Im Rückwärtsgang erreicht der Drehmomentwandler 10 eine Leistungscharakteristik ηR und ein Drehmomentverhältnis TR.

Die vorgenannten Übersetzungsverhältnisse und jene der ersten Leitradwelle in jeder Gangstufe sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben, in welcher das Zeichen "○" das Anschalten der Bremsen und der Kupplung kennzeichnet.

Tabelle 1

Die Zugkraftcharakteristik des vorstehend beschriebenen Automatikgetriebes wird wie in Fig. 1b gezeigt, das heißt sie wechselt der Reihe nach von der Zugkraftcharakteristik D1 im ersten Gang über die Zugkraftcharakteristik D2 im zweiten Gang und über die Zugkraftcharakteristik im dritten Gang zu einer Zugkraftcharakteristik D3L in einem Sperrmodus des dritten Gangs.

Der Wert D2L in Fig. 1b zeigt eine Zugkraftcharakteristik zum Zeitpunkg der Sperre des zweiten Gangs bzw. der zweiten Geschwindigkeitsstufe.

Zweite bevorzugte Ausführungsform

Nachfolgend wird im Zusammenhang mit einem Personenkraftwagen und unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Dabei ist in Fig. 3 ein hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe für einen Personenkraftwagen und in Fig. 4 ein alternatives Verbundgetriebe für einen PKW gezeigt.

Für die Steuerung des Schaltgetriebes werden nur die drei Bremsen benötigt, so daß das Schaltgetriebe 12 mit kleiner Baugröße und niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Die Übersetzungsverhältnisse im Zusammenhang mit dem Getriebe gemäß Fig. 2 sind in nachstehender Tabelle angegeben.

Tabelle 2

Die Zugkraftcharakteristik des Verbundgetriebes gemäß Fig. 4 ist in Fig. 4a dargestellt. Fig. 4a zeigt das Verhalten der Zugkraft D in Relation zur Fahrzeuggeschwindigkeit V. Die Kennlinien D1 ∼D2L zeigen die Zugkraftcharakteristiken in jeder Geschwindigkeitswechselstufe des in Fig. 4 dargestellten Getriebes, wohingegen die Kennlinien M1∼M4 für ein herkömmliches Handschaltgetriebe Gültigkeit haben.

Dritte bevorzugte Ausführungsform

Nachfolgend wird im Zusammenhang mit einer Baumaschine (beispielsweise ein Löffelbagger) und unter Bezugnahme auf Fig. 5 eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, nämlich ein Power-Shift-Getriebe, beschrieben.

Bei einem Power-Shift-Getriebe für Baufahrzeuge wird die Motorkraft außer für den Antrieb des Fahrzeugs auch für andere Arbeitsvorgänge verwendet, so daß also eine Zapfwelleneinheit vorgesehen werden muß, deren Ausgangswelle wegen des großen Reifendurchmessers versetzt anzuordnen ist.

Bei vorliegender Erfindung wird die Leistung der Turbine und des ersten Leitrads 18 über Vorgelegeräder 50 dem zusammengesetzten Doppel-Planetenrädersatz zugeteilt und wie vorstehend beschrieben gesteuert, derart, daß unterschiedliche Charakteristiken für die erste und zweite Geschwindigkeitszone zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus lassen sich Bremsmomente für die jeweiligen Bremsen minimieren, da nämlich die Turbinendrehung durch Erhöhung ihrer Geschwindigkeit dem Planetenrädersatz zugeteilt und die Ausgangsdrehung bei niedriger Geschwindigkeit als die Eingangsdrehung ausgegeben werden kann, weil die Ausgangsdrehung an dem Planetenträger 40 abgenommen werden kann. Deshalb ist dieses Getriebe auf ein Power-Shift-Getriebe für Baumaschinen anwendbar, die ein großes Übersetzungsverhältnis erfordern.

Claims

1. Hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe bestehend aus einem mehrphasigen Einstufen-Drehmomentwandler (10) mit Turbinen- (14), Pumpen- (16), erstem (18) und zweitem (20) Leitrad mit je einem Freilauf und einem aus einem Doppelplanetengetriebe zusammengesetzten Schaltgetriebe (12), dessen erstes Sonnenrad (36a) über eine Turbinenwelle (26) mit dem Turbinenrad (14) verbunden ist, dessen erstes Ringrad (42a) mit einer zum Getriebegehäuse (22) hin wirkenden Bremse (F1) versehen ist, dessen zweites Sonnenrad (36b) über eine erste, mit einer zum Getriebegehäuse (22) hin wirkenden weiteren Bremse (F2) versehene Leitradwelle (30) und den zugehörigen Freilauf (32a) mit dem ersten Leitrad (18) verbunden ist, dessen zweites Ringrad (42b) mit einer dritten, zum Getriebegehäuse (22) hin wirkenden Bremse (R) versehen ist und dessen erste (38a) und zweite (38b) Planetenradsätze an einem gemeinsamen Steg (40) gelagert sind, der an die Ausgangswelle (44) des Schaltgetriebes (12) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines jeden Planetengetriebesatzes (36a, 38a, 42a bzw. 36b, 38b, 42b) des Schaltgetriebes sowohl das Sonnenrad (36a bzw. 36b) als auch das Ringrad (42a bzw. 42b) in ein und dasselbe zugehörige Planetenrad (38a bzw. 38b) unmittelbar eingreifen und daß jeweils ein Planetenrad (38a) des einen Planetengetriebesatzes (36b, 38a, 42a) mit einem Planetenrad (38b) des anderen Planetengetriebesatzes (36b, 38b, 42b) kämmend angeordnet ist.

2. Verbundgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Planetengetriebesatz (36a, 38a, 42a und 36b, 38b, 42b) jeweils drei Planetenräder (38a bzw. 38b) mit gleichem Abstand zueinander in Umfangsrichtung verteilt an dem gemeinsamen Steg (40) angeordnet sind.

3. Verbundgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Turbinenwelle (26) und die Leitradwelle (30) eine Kupplung (F3) eingeschaltet ist.

4. Verbundgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Bremse (F2) an einen mit der ersten Leitradwelle (30) umlaufenden Teil (34b) der Kupplung (F3) angeschlossen ist.

5. Verbundgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (F3) eine an der Turbinenwelle (26) befestigte Kupplungsscheibe (34a) und ein mit der ersten Leitradwelle (30) einstückig ausgebildetes Kupplungsgehäuse (34b) aufweist, an deren radial äußeren Abschnitt eine Scheibe (34c) anschließend ausgebildet ist, die mit einem äußeren Umfangsbereich einen Teil der weiteren Bremse (F2) bildet.