DE3712659C2

DE3712659C2 -

Info

Publication number: DE3712659C2
Application number: DE3712659A
Authority: DE
Inventors: Kiyoharu Neyagawa Osaka Jp Murakami
Original assignee: Exedy Corp
Current assignee: Exedy Corp
Priority date: 1986-04-15
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1993-06-03
Also published as: JPS62242175A; FR2597184A1; DE3712659A1; US4819510A; FR2597184B1

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe, mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches, das in erster Linie für Fahrzeuge geeignet ist.

Derartige Verbundgetriebe sind beispielsweise aus der DE-OS 25 52 880 und aus der DE-OS 25 52 006 bekannt.

Bei den hydrodynamischen-mechanischen Verbundgetrieben der genannten Gattung hat es sich als nachteilig herausgestellt, daß zur Realisierung eines Rückwärtsgangs eine eigene Planetenradstufe notwendig ist, die Bauvolumen und Gewicht des Verbundgetriebs erhöht. Andererseits zeichnen sich die bekannten Verbundgetriebe zum Einbau in Fahrzeuge auch im Rückwärtsgang durch einen guten Drehmomentverlauf aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hydrodynamisch- mechanisches Verbundgetriebe der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß der Getriebeaufbau hinsichtlich des Rückwärtsgangs vereinfacht wird, ohne daß auf hohe Drehmomente im Rückwärtsgang verzichtet werden muß.

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

Dazu sind bei einem hydrodynamisch-mechanischen Verbundgetriebe der genannten Gattung erfindungsgemäß die Trägerwelle und die Turbinenwelle über eine erste bzw. eine zweite Kupplung mit dem Ausgangsgetrieberad verbunden. Die Turbinenwelle ist weiter mit einer rückseitigen Bremse ausgestattet.

Die Motorkraft wird über das Gehäuse an das Pumpenlaufrad abgegeben, und das Turbinenrad wird durch die Hydraulikkraft des Pumpenlaufrads gedreht. Das Drehmoment des Turbinenrads wird von der Turbinenwelle abgegeben. Die von dem Leitrad aufgenommene Hydraulikkraft wird auf die Leitradwelle übertragen.

Auf diese Weise wird bei einem einfachen Aufbau ein hohes Drehmoment gewährleistet.

Es folgt die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines hydrodynamisch- mechanischen Verbundgetriebes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Charakteristik des erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers zum Zeitpunkt eines niedrigen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnisses zeigt.

In Fig. 1 (der Pfeil F zeigt die Vorderseite) ist der vordere Abschnitt eines einen hydrodynamischen Getriebeteil in Form eines Drehmnomentwandlers 11 bildenden Gehäuses 12 an einen nicht dargestellten Motor angeschlossen. Ein dazu koaxial angeordnetes Pumpenlaufrad 13 ist mit dem rückseitigen Bereich des Gehäuses 12 verbunden, wobei das Gehäuse 12 zusammen mit dem Pumpenlaufrad 13 einen Raum 14 bilden, der innenseitig eingeschlossen ist. Ein Turbinenrad 15, das durch die von dem Pumpenlaufrad 13 abgegebenen Hydraulikkraft drehend angetrieben wird, ist in dem Raum 14 dem Pumpenlaufrad 13 zugewandt angeordnet, und ein Leitrad 16 ist koaxial zu dem Turbinenrad 15 und dem Pumpenlaufrad 13 zwischen diesen angeordnet. Das Leitrad 16 ist derart ausgebildet, daß es die von dem Pumpenlaufrad 13 abgegebene Hydraulikkraft aufnimmt und sich im Bereich eines niedrigen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnisses in einer Richtung (Rückwärtsrichtung) dreht, die jener (Normalrichtung) des Pumpenlaufrads 13 entgegengesetzt ist.

Eine über ein Verbindungsteil 17 mit dem Turbinenrad 15 verbundene ausgangsseitige Turbinenwelle 18 ist im mittleren Bereich des Drehmomentwandlers 11 angeordnet. Eine mit dem Leitrad 16 verbundene zylinderförmige Leitradwelle 19 erstreckt sich koaxial zur Turbinenwelle 18 und ist von dieser beabstandet. Eine Einwegkupplung 20, die nur ein Rückwärtsdrehmoment des Leitrads 16 überträgt, ist zwischen der Leitradwelle 19 und dem Leitrad 16 angeordnet.

In dem Raum 14 ist des weiteren ein Planetenrädermechanismus 21 angeordnet. Ein innenverzahntes bzw. Hohlrad 22 (Zähnezahl: Cz) des Planetenrädermechanismus 21 ist an dem vorderen Ende der Leiterradwelle 19 befestigt. Das innenverzahnte Rad 22 kämmt zum Beispiel mit drei Planetenrädern 23 (Fig. 2). Das Planetenrad 23 ist durch einen Planetenträger 25 drehbar gehalten und kämmt mit einem Sonnenrad 24 (Zähnezahl: Az), welches an der Turbinenwelle 18 befestigt ist.

Das vordere Ende der zylinderförmigen Trägerwelle 26, die sich koaxial zur Turbinenwelle 18 erstreckt, ist an dem Planetenträger 25 befestigt. Kupplungen 27, die die Verbindung mit einem Getriebe herstellen, sind jeweils am rückseitigen Ende der Turbinenwelle 18, der Leitradwelle 19 und der Trägerwelle 26 vorgesehen. Eine solche Kupplung 27 ist zum Beispiel für eine keilförmige Verbindung ausgelegt, wobei deren äußeres Umfangsteil durch ein Lager gehalten und ein Nadellager oder Lagermetall zwischen den anderen Wellen angeordnet ist.

Eine Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit und eine Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit, die beide an dem Getriebegehäuse befestigt sind, sind in dem mechanischen Getriebeteil 30 eingebaut. Das vordere Ende einer zylinderförmigen Welle 34, an welcher eine Bremsscheibe 33 der Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit befestigt ist, ist mit der Kupplung 27 der Leitradwelle 19 verbunden, und eine zylinderförmige Welle 36, an welcher eine Bremsscheibe 35 der Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit festgelegt ist, ist mit der Kupplung 27 der Trägerwelle 26 verbunden. Die Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit und die Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit werden durch einen Hydraulikkreis gesteuert, der an sich bekannt ist. Wie die nachfolgende Tabelle 1 zeigt, wird die Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit gesperrt und die Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit gelöst, wenn sich der Drehmomentwandler 11 im Bereich eines niedrigen Geschwindigkeitsverhältnisses befindet. Befindet sich der Drehmomentwandler 11 dagegen im Bereich eines hohen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnisses, so wird die Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit gelöst und jene 31 für hohe Geschwindigkeit gesperrt. Auf diese Weise läßt sich das Drehmomentverhältnis des aus drei Elementen bestehenden Drehmomentwandlers, das zum Zeitpunkt eines niedrigen Geschwindigkeitsverhältnisses nicht ausreicht, erhöhen.

Tabelle 1

Eine sich über Turbinenwelle 18 koaxial erstreckende Hauptwelle 37 ist mit der Kupplung 27 der Turbinenwelle 18 verbunden, und zylinderförmige Wellen 34 und 36 erstrecken sich koaxial zur Hauptwelle 37 und sind von dieser beabstandet. Ein Ausgangsgetrieberad 39, das durch ein Lager 38 drehbar gehalten ist, ist auf halbem Weg der Hauptwelle 37 angeordnet, welche sich zu ihrer Rückseite hin erstreckt und am rückseitigen Ende eine hintere Bremse 40 aufweist. Die hintere Bremse 40 ist an einem Gehäuse 41 des Getriebes 30 befestigt. Kupplungsscheiben 44 und 45 für eine erste Kupplung 42 und eine zweite Kupplung 43 sind jeweils an dem Ausgangsgetrieberad 39 vorgesehen. Die erste Kupplung 42 ist an dem hinteren Ende der zylinderförmigen Welle 36 und die zweite Kupplung 43 an der Hauptwelle 37 befestigt.

Das Ausgangsgetrieberad 39 ist über ein nicht dargestelltes Übertragungssystem mit einem Antriebsrad verbunden.

Die hintere Bremse 40, die erste Kupplung 42 und die zweite Kupplung 43 sind durch einen nicht dargestellten Hydraulikkreis gesteuert, und zwar in der gleichen Weise wie die Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit und die Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit. Wie die nachfolgende Tabelle 2 zeigt, ist ein Geschwindigkeitswechsel zwischen zwei Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang möglich durch Ein- und Ausrücken einer beliebigen Kupplung und Sperren und Lösen einer beliebigen Bremse. In Tabelle 2 kennzeichnet "○" den gesperrten Zustand, während "×" den gelösten Zustand kennzeichnet.

Tabelle 2

Die oberen Hälften des Drehmomentwandlers 11, der Planetenrädermechanismus 21, die Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit, die Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit, die erste Kupplung 42 und die zweite Kupplung 43 etc. sind in Fig. 1 dargestellt. Diese Teile sind jedoch in Zylinderform ausgebildet, deren Achsen auf der Turbinenwelle 18 liegen.

Die Funktions- bzw. Betriebsweise des erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers wird nachfolgend erläutert.

Vorwärtsantrieb

Zunächst wird im niedrigen Geschwindigkeitsbereich (niedriges Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis) jede der Bremsen und Kupplungen wie in den Tabellen 1 und 2 dargestellt betätigt. Wenn die Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit gelöst und die Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit gesperrt ist, so wird das Leitrad 16 durch die Hydraulikkraft des Turbinenrads 15 in einer zur Drehrichtung (normal) des Turbinenrads 15 entgegengesetzten Richtung gedreht.

Der Planetenträger 25 ist durch die Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit verriegelt bzw. festgelegt, während sich das Planetengetrieberad 23 drehen kann, derart, daß das Leitraddrehmoment Ts der Leitradwelle 19 mit dem Turbinendrehmoment Tt der Turbinenwelle 18 über das innenverzahnte Rad 22, das Planetengetrieberad 23 und das Sonnenrad 24 kombiniert wird und so über die Kupplung 27 an die Hauptwelle 37 abgegeben wird.

Folglich läßt sich das Ausgangsdrehmoment To bei einem niedrigen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis durch folgende Gleichung ausdrücken:

To = Ti + Ts + Ts × Az/Cz (1)

Dabei entspricht To dem Ausgangsdrehmoment, Ti dem Eingangsdrehmoment und Ts dem Leitraddrehmoment.

Verglichen mit dem Fall eines aus vier Elementen bestehenden Drehmomentwandlers bzw. hydrodynamisch-mechanischen Verbundgetriebe, bei welchem nur die Hälfte des Leitraddrehmoments Ts kombiniert wird, erhöht sich das aus Gleichung (1) ermittelte Ausgangsdrehmoment To um folgenden Wert:

(1/2) Ts × Az/Cz (2)

Ferner wird ein Drehmomentverhältnis t durch folgende Gleichung ermittelt:

t = (Ti + Ts + Ts × Az/Cz)/Ti (3)

Demzufolge kann im Falle von Ti = 1, Ts = 1,5, Tt = 2,5, Cz = 60 und Az = 40 zum Beispiel das Drehmomentverhältnis als t = 3,5 für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 errechnet werden, welches größer ist als das Drehmomentverhältnis von t = 2,5 für einen aus drei Elementen bestehenden herkömmlichen Drehmomentwandler oder das Drehmomentverhältnis t = 3 für den aus vier Elementen bestehenden Drehmomentwandler.

Die vorstehende Kennlinie des Drehmomentwandlers in Relation zu dem Geschwindigkeitsverhältnis bei niedriger Geschwindigkeit zeigt eine besser entwickelte Leistung bzw. Wirksamkeit ηx und ein besseres Drehmomentverhältnis tx (gestrichelte Linie) als die Leistung bzw. Wirksamkeit ηy und das Drehmomentverhältnis ty (durchgezogene Linie) bei einem herkömmlichen, drei Elemente umfassenden Drehmomentwandler gemäß Fig. 3.

Zum Zeitpunkt des vorstehend beschriebenen niedrigen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnisses ist die Strömungsrichtung des Betriebsöls an dem Leitrad 16 nicht umgekehrt, weshalb der Strömungswiderstand des Betriebsöls klein ist und nur eine geringe Erwärmung desselben stattfindet.

Im hohen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereich wird jede der Bremsen und Kupplungen wie in den Tabellen 1 und 2 dargestellt betätigt. Da die Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit gesperrt und die Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit gelöst ist, ist die Leitradwelle 19 verriegelt und kann sich nicht drehen, weshalb man eine Drehmomentwandler-Charakteristik erhält, die ähnlich ist wie jene eines herkömmlichen, aus drei Elementen bestehenden Drehmomentwandlers.

Das Ausgangsdrehmoment To bei einem hohen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis läßt sich anhand folgender Gleichung berechnen:

To = Ti + Ts(4)

Das Drehmomentverhältnis dabei errechnet sich folgendermaßen:

t = (Ti + Ts)/Ti (5)

Rückwärtsantrieb

Im R-Bereich beim Rückwärtsantrieb ist die hintere Bremse 40 gesperrt und die erste Kupplung 42 betätigt. Dadurch wird der durch das Pumpenlaufrad 13 erzeugte Ölstrom an dem Turbinenrad 15 umgekehrt, und das Leitrad 16 dreht sich in einer der Drehrichtung des Pumpenlaufrads 13 entgegengesetzten Richtung. Nutzt man das Umkehrdrehmoment des Rückwärtsantriebs, so läßt sich das Antriebsdrehmoment erhöhen, und zwar wegen einer Geschwindigkeitsreduzierungswirkung, die erreicht wird, indem das Sonnenrad 24 gesperrt, das innenverzahnte Rad 22 angetrieben und der Planetenträger 25 in den angetriebenen Zustand gebracht wird.

In diesem Falle läßt sich das Geschwindigkeitsreduktionsverhältnis anhand folgender Gleichung ausdrücken

(Az + Cz)/Cz

und berechnen als ein Wert von 1,666.

Demgemäß läßt sich das Rückwärtsantriebsdrehmoment in folgender Gleichung ausdrücken:

Ts × (Az + Cz)/Cz = Ts × 1,666

Dieses Drehmoment wird berechnet als Ts×1,666 = 1,5×1,66 = 2,5, was dasselbe ist wie To = Ti+Ts = 2,5 bei einem aus drei Elementen bestehenden hydrodynamisch-mechanischen Verbundgetriebe.

Wie vorstehend beschrieben kann der Wechsel der beiden Vorwärtsgeschwindigkeiten und der einen Rückwärtsgeschwindigkeit erfolgen durch das Lösen oder Sperren der hinteren Bremse 40, der ersten Kupplung 42, der zweiten Kupplung 43, der Bremse 32 für niedrige Geschwindigkeit und der Bremse 31 für hohe Geschwindigkeit in der in Tabelle 2 gezeigten Weise.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion werden Bauvolumen und Gewicht bei gleichzeitiger Beibehaltung einer guten Drehmomentcharakteristik verringert.

Claims

Hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe, bei welchem ein durch die Hydraulikkraft eines Pumpenlaufrades gedrehtes bzw. angetriebenes Turbinenrad und ein dazwischen angeordnetes Leitrad in einem Raum angeordnet sind, der gebildet ist durch ein die Motorkraft aufnehmendes Gehäuse und das mit dem Gehäuse verbundene Pumpenlaufrad, bei welchem eine mit dem Turbinenrad verbundene ausgangsseitige Turbinenwelle in der Mitte angeordnet ist, und bei welchem eine mit dem Leitrad verbundene Leitradwelle koaxial zur Turbinenwelle angeordnet ist, mit einem Planetenrädermechanismus (21), der ein an der Turbinenwelle (18) befestigtes Sonnenrad (24), ein mit dem Sonnenrad (24) kämmendes Planetenrad (23), ein an der Leitradwelle (19) befestigtes und dem Planetenrad (23) kämmendes innenverzahntes bzw. Hohlrad (22) und einen das Planetenrad (23) tragenden Planetenträger (25) aufweist, wobei eine sich zur Turbinenwelle (18) koaxial erstreckende zylinderförmige Trägerwelle (26) an dem Planetenträger (25) befestigt ist, und das Leitrad (16) und die Leitradwelle (19) miteinander verbunden sind, wobei die Leitradwelle (19) mit einer Bremse (31) für hohe Geschwindigkeiten ausgestattet ist, durch welche die Leitradwelle (19) wahlweise festgelegt oder freigegeben werden kann, und die Trägerwelle (26) mit einer Bremse (32) für niedrige Geschwindigkeit ausgestattet ist, durch welche die Welle (26) wahlweise festgelegt oder freigegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägerwelle (26) über eine erste Kupplung (42) wahlweise mit einem Ausgangsgetrieberad (39) verbunden oder von diesem gelöst wird,
daß die Turbinenwelle (18) über eine zweite Kupplung (43) wahlweise mit dem Ausgangsgetrieberad (39) verbunden oder von diesem gelöst wird und
daß die Turbinenwelle (18) mit einer rückseitigen bzw. hinteren Bremse (40) ausgestattet ist.