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Die Erfindung betrifft Lastschaltgetriebe und insbesondere
Planetenrad-Lastschaltgetriebe mit einem im wesentlichen
gleichen Vorwärts- und Rückwärts-Untersetzungsverhältnis.
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EP-A-0 239 205 offenbart ein Getriebe entsprechend dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein erfindungsgemäßes Lastschaltgetriebe kennzeichnet sich
gegenüber EP-A-0 239 205 durch die im kennzeichnenden
Abschnitt des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
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Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes
Lastschaltgetriebe zu schaffen mit einem niedrigen Vorwärts-
Antriebsverhältnis, das im wesentlichen gleich einem
niedrigen Rückwärts-Antriebsverhältnis ist.
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Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes
Mehrgang-Lastschaltgetriebe zu schaffen mit einer Eingangs-
Getriebeanordnung zum Einrichten eines
Drehzahlumkehr-Eingangsantriebs für einen Planetengetriebe-Mechanismus, der
damit zusammenwirkt, um ein Vorwärts-Drehzahlverhältnis
zwischen den Eingabe- und Ausgabegliedern des Getriebes
einzurichten.
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Es ist noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein
verbessertes Mehrgang-Lastschaltgetriebe zu schaffen, wie in der
vorhergehenden Zielangabe beschrieben, bei dem das Drehzahl-
Umkehrgetriebe mindestens während dreier
Vorwärtsgang-Verhältnisses benutzt wird, und bei dem auch das niedrigste
Vorwärts-Drehzahlverhältnis im wesentlichen gleich einem
Rückwärts-Drehzahlverhältnis ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug
auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügte
Zeichnung beschrieben, in welcher:
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Fig. 1 bis 4 schematische Darstellungen von die
vorliegende Erfindung verkörpernden
Lastschaltgetriebe-Anordnungen sind.
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In der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche oder
entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten
bezeichnen, ist in Fig. 1 eine allgemein mit 10 bezeichnete
Planetengetriebe-Anordnung zu sehen, die aus zwei einfachen
Planetengetriebe-Einheiten 12 und 14 (erstem und zweitem
Planetengetriebemittel) zusammengesetzt ist. Die Planetengetriebe-
Einheit 12 besitzt einen Sonnenzahnrad 16 (erstes Glied),
ein Ringzahnrad 18 (drittes Glied) und einen Planetenträger
20 (zweites Glied), an dem eine Vielzahl von
Ritzelzahnrädern 22 drehbar angebracht ist, die mit dem Sonnenzahnrad 16
und dem Ringzahnrad 18 kämmen. Die Planetengetriebe-Einheit
14 enthält ein Sonnenzahnrad 24 (erstes Glied), ein
Ringzahnrad 26 (zweites Glied) und einen Planetenträger 28 (drittes
Glied), an dem drehbar eine Vielzahl von Ritzelzahnrädern 30
abgestützt ist, die mit dem Sonnenzahnrad 24 und dem
Ringzahnrad 26 kämmen. Das Sonnenzahnrad 26 und das Ringzahnrad
26 sind durch eine Nabe 32 miteinander verbunden, die
wiederum mit einer Planeten-Eingangswelle 34 verbunden ist.
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Der Planetenträger 28 und das Ringzahnrad 18 sind durch eine
Nabe 36 miteinander verbunden und sind auch antriebsmäßig
mit einer Planeten-Eingangswelle 38 verbunden. Das
Sonnenzahnrad 18 ist antriebsmäßig mit einer anderen
Planeten-Eingangswelle 40 verbunden. Der Planetenträger 20 der
Planetengetriebe-Einheit 12 ist antriebsmäßig mit einer
Getriebe-Ausgangswelle 42 (Ausgabemittel) verbunden, die ausgelegt ist,
Drehantrieb für ein nicht gezeigtes Fahrzeug zu schaffen.
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Eine zusätzliche Planetengetriebe-Anordnung 44 ist
gestrichelt dargestellt und enthält einen Sonnenzahnrad 46, ein
Ringzahnrad 48 und einen Planetenträger 50, an dem drehbar
mit dem Sonnenzahnrad 46 und dem Ringzahnrad 48 kämmende
Ritzelzahnräder 52 abgestützt sind. Der Planetenträger 50 der
Planetengetriebe-Anordnung 44 ist wirksam mit einer
(wahlweise in Eingriff bringbaren) Bremse 54 verbunden. Das
Sonnenzahnrad 46 ist antriebsmäßig mit der Getriebe-Ausgangswelle
42 verbunden und das Ringzahnrad 48 ist antriebsmäßig mit
dem Ringzahnrad 18 verbunden.
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Die Planetengetriebe-Anordnung 44 ist gestrichelt
dargestellt, weil sie ein wahlweise einsetzbares Getriebe ist,
die ein "tiefuntersetztes" Untersetzungsverhältnis und ein
"tiefuntersetztes Rückwärts" -Verhältnis zuläßt. Die
Planeten-Eingangswellen 34 und 38 sind wirksam mit jeweiligen
Kupplungsanordnungen 56 (erstes Kupplungsmittel) und 58
(zweites Kupplungsmittel) verbunden. Die
Kupplungsanordnungen 56 und 58 sind antriebsmäßig mit einer
Getriebe-Eingangswelle 60 (Eingangsmittel) verbunden. Die
Planeten-Eingangswelle 40 ist wirksam mit einer Bremse 62 und einer Kupplung
64 (drittes Kupplungsmittel) verbunden. Die Kupplung 64 ist
antriebsmäßig mit der Getriebe-Eingangswelle 60 verbunden.
Die Getriebe-Eingangswelle 60 ist antriebsmäßig mit einem
Drehmomentwandler und einem Antriebsmotor verbunden, die
nicht gezeigt sind.
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Ein Umkehr-Getriebe oder Negativ-Mechanismus-Einheit 66
(Umkehr-Getriebemittel) ist wirksam zwischen der
Getriebe-Eingangswelle 60 und der Planeten-Eingangswelle 40
angeschlossen. Der Umkehrgetriebe-Mechanismus 66 enthält ein
Sonnenzahnrad 68, das antriebsmäßig mit der Planeten-Eingangswelle
40 verbunden ist, ein Ringzahnrad 70, das antriebsmäßig mit
der Getriebe-Eingangswelle 60 verbunden ist und eine
Vielzahl von drehbar an einem Planetenträger 74 angebrachten
Ritzelzahnrädern 72. Die Ritzelzahnräder 72 haben einen ersten
gezähnten Abschnitt 76, der mit dem Ringzahnrad 70 kämmt und
einen zweiten gezähnten Abschnitt 78, der mit dem
Sonnenzahnrad
68 kämmt. Der Planetenträger 74 ist mit einer (wahlweise
betätigbaren) Reibungsbremse 80
(Drehmoment-Übertragungsmittel) verbunden.
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Das Ringzahnrad 18 und der Planetenträger 28 sind wahlweise
durch eine Reibbremse 82 steuerbar. Die Reibbremsen 54, 62,
80 und 82 sind übliche Einheiten, die bevorzugt wahlweise
fluidbetätigt sind, um jeweilige Getriebeglieder mit einem
stationären Abschnitt des Getriebegehäuses 84 zu verbinden.
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Bei Benutzung der wahlweisen Planetengetriebe-Anordnung 44
ergibt dieses Getriebe acht Vorwärts-Getriebeverhältnisse
und 2 Rückwärts-Getriebeverhältnisse. Das niedrigste
Vorwärts-Getriebeverhältnis wird durch gewählten Eingriff der
Bremsen 80 und 54 eingerichtet. Wenn die Bremse 80 in
Eingriff ist, läßt der Umkehr-Getriebemechanismus 66 die
Eingabedrehung der Getriebe-Eingangswelle 60 reversieren, bevor
eine Drehung der Planeten-Eingangswelle 40 veranlaßt wird.
Der Umkehr-Getriebemechanismus 66 ist so ausgelegt, daß er
ein negatives Getriebeverhältnis von im wesentlichen 1:1
zwischen der Getriebe-Eingangswelle 60 und der
Planeten-Eingangswelle 40 ergibt. Wenn die Planeten-Eingangswelle 40
sich entgegengesetzt zur Eingangswelle 60 dreht und die
Bremse 54 in Eingriff ist, dreht sich die
Getriebe-Ausgangswelle 42 in der gleichen Richtung wie die
Getriebe-Eingangswelle 60, jedoch mit einer in höherem Maße reduzierten
Drehzahl und erhöhtem Drehmoment. Wenn beispielsweise die
Zahnräder 70, 76, 78 und 68 eine Zähnezahl 81, 23, 13 bzw. 45
besitzen, ergibt sich ein negatives oder Rückwärts-Verhältnis
von 1,017.
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Um das maximale Rückwärts-Verhältnis einzurichten, wird die
Bremse 54 in Eingriff gebracht, während die Kupplung 64 in
Eingriff ist und die restlichen Kupplungen und Bremsen
gelöst sind. Bei in Eingriff befindlicher Kupplung 64 dreht
sich die Planeten-Eingangswelle 40 in der gleichen Richtung
wie die Getriebe-Eingangswelle 60. Wenn die
Planeten-Eingangswelle 40 sich in Vorwärtsrichtung dreht und die Bremse
54 in Eingriff ist, dreht sich die Getriebe-Ausgangswelle 42
entgegengesetzt oder in Umkehrrichtung zur
Getriebe-Eingangswelle 50 mit reduzierter Drehzahl und erhöhtem Drehmoment.
Da die Planeten-Eingangswelle 40 sich im wesentlichen mit
dem gleichen Wert während dieser beiden Verhältnisse dreht,
wird die Getriebe-Ausgangswelle 42 sich mit den gleichen
numerischen Werten relativ zur Getriebe-Eingangswelle 60
während dieser Verhältnisse drehen.
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Das erste Vorwärtsgang-Verhältnis wird eingerichtet durch
den Eingriff der Bremse 80 und der Bremse 82. Beim Eingriff
dieser Geräte wird die Planeten-Eingangswelle 40 das
Sonnenzahnrad 54 in einer zur Drehung der Getriebe-Eingangswelle
entgegengesetzten Richtung antreiben. Da der Planetenträger
28 stationär ist, dreht sich das Ringzahnrad 26 in
Vorwärtsrichtung und treibt das Sonnenzahnrad 16 damit an, welches
wiederum eine Vorwärtsdrehung des Planetenträgers 20 und
dadurch der Getriebe-Ausgangswelle 42 herbeiführt.
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Das Umkehr-Verhältnis wird erzielt durch Eingriff der
Kupplung 64 und der Bremse 82, während die anderen Kupplungen
und Bremsen gelöst sind. Bei diesem Umkehr-Verhältnis wird
die Planeten-Eingangswelle 40 in Vorwärtsrichtung
angetrieben. Die Vorwärtsdrehung der Planeten-Eingangswelle 40
verursacht eine Drehung des Ringzahnrads 26 und damit des
Sonnenzahnrads 16 in Umkehr-Richtung, wodurch sich eine
Umkehr-Drehung der Getriebe-Ausgangswelle 42 ergibt.
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Der einzige Unterschied zwischen dem ersten
Vorwärts-Verhältnis und dem Umkehr-Verhältnis ist die Verwendung des Umkehr-
Getriebemechanismus 66, der, wie vorher erklärt, im
wesentlichen 1:1 ergibt. Deswegen sind das erste Vorwärts-Verhältnis
und das Umkehr-Verhältnis im wesentlichen von gleichem
numerischen Wert.
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Das zweite Vorwärts-Verhältnis wird eingerichtet durch Lösen
der Bremse 80 und Anlegen der Kupplung 56. Bei angelegter
Kupplung 56 und Bremse 82 ergibt die
Planetengetriebe-Anordnung
10 ein reduziertes Vorwärts-Drehzahlverhältnis.
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Um das dritte Vorwärts-Drehzahlverhältnis einzurichten, wird
die Bremse 82 gelöst, während die Bremse 80 in Eingriff
kommt. Bei in Eingriff befindlicher Bremse 80 wird die
planeten-Eingangswelle 40 entgegengesetzt zur Motor- oder
Getriebe-Eingangswelle 60 angetrieben. Das läßt den Planetenträger
28 und daher das Ringzahnrad 18 in Vorwärtsrichtung drehen
und dadurch die Drehzahl der Getriebe-Ausgangswelle 42
relativ zum zweiten Verhältnis erhöhen.
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Das vierte Vorwärts-Verhältnis wird eingerichtet durch
Anlegen der Bremse 62 und Lösen der Bremse 80. Bei angelegter
Bremse 62 und in Vorwärtsrichtung angetriebenem Ringzahnrad
26 wird der Planetenträger 28 und damit das Ringzahnrad 18
in Vorwärtsrichtung mit einem Drehzahl-Verhältnis
angetrieben, das größer als das beim dritten Verhältnis erreichte
ist, wodurch sich ein höheres Drehzahl-Verhältnis für die
Getriebe-Ausgangswelle 42 ergibt.
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Um das vierte Vorwärts-Drehzahlverhältnis einzurichten, wird
die Kupplung 58 in Eingriff gebracht, während die Bremse 62
gelöst wird. Da beide Kupplungen 58 und 60 mit beiden
planetengetriebe-Anordnungen 12 und 14 verbunden sind, wird ein
1:1-Verhältnis zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der
Getriebe-Ausgangswelle 42 eingerichtet.
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Um das sechste Vorwärts-Drehzahlverhältnis einzurichten,
wird die Bremse 62 in Eingriff gebracht, während die
Kupplung 56 gelöst wird. Mit Eingriff dieser Reibgeräte wird ein
Overdrive-Verhältnis bei der Planetengetriebe-Anordnung 14
eingerichtet, das auf das Ringzahnrad 26 und daher das
Sonnenzahnrad 16 aufgelegt wird. Das Ringzahnrad 18 wird mit
der gleichen Drehzahl wie die Getriebe-Eingangswelle 60
angetrieben und das Sonnenzahnrad 16 wird schneller als die
Getriebe-Eingangswelle 60 angetrieben, wodurch sich ein
Overdrive-Verhältnis für die Getriebe-Ausgangswelle 42 ergibt.
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Um das siebte Vorwärts-Drehzahlverhältnis einzurichten, wird
die Bremse 80 angelegt, während die Bremse 62 gelöst wird.
Mit Eingriff dieser Reibgeräte wird das Sonnenzahnrad 24 in
einer zur Getriebe-Eingangswelle 60 entgegengesetzten
Richtung angetrieben. Das ergibt das Einrichten eines höheren
Overdrive-Verhältnisses in der Planetengetriebe-Anordnung
14. Es ist einzusehen, daß ein höheres Overdrive-Verhältnis
bei der Planetengetriebe-Anordnung 14 eine Erhöhung der
Drehzahl des Sonnenzahnrads 16 und damit der
Getriebe-Ausgangswelle 42 ergibt.
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Die Lastschaltgetriebe-Anordnung nach Fig. 2 benutzt die
gleichen Planetengetriebe-Einheiten 12 und 14, wie sie in
Fig. 1 benutzt sind, und ist deswegen mit den gleichen
Kupplungen 56 und 58 und den gleichen Bremsen 62 und 82
verbunden. Ein Umkehr-Getriebemechanismus 66A ist in Fig. 2
eingesetzt, der den Umkehr-Getriebemechanismus 66 in Fig. 1
ersetzt.
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Der Umkehr-Getriebemechanismus 6A besitzt ein
Eingangszahnrad 90 und Ausgangszahnrad 92. Diese Eingangs- und
Ausgangszahnräder 90 bzw. 92 sind miteinander durch einen
Umkehr-Mitläufer 94 und eine Übertragungs-Zwischenwelle 96 verbunden.
Das Ausgangszahnrad 92 ist mit der Planeteneingangswelle 40
antriebsmäßig verbunden. Das Eingangszahnrad 90 ist
wahlweise durch eine Synchronisierkupplung 97 mit einer
Übertragungswelle 98 verbindbar, die wiederum durch eine
Reibkupplung 64A mit der Getriebe-Eingangswelle 60 verbindbar ist.
Die Synchronisierkupplung 97 ist auch bewegbar, um wahlweise
die Übertragungswelle 98 mit der Planeten-Eingangswelle 40
zu verbinden.
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Die Synchronisierkupplung 97 wird nach links bewegt, um
während des unteren, ersten, dritten und siebten
Getriebe-Verhältnisses das Eingangszahnrad 90 mit der Übertragungswelle
98 zu verbinden, und wird nach rechts bewegt, um während des
Umkehr- und des niedrigen Umkehr-Verhältnisses die
Übertragungswelle 98 mit der Planeten-Eingangswelle 40 zu
verbinden.
Die Kupplung 64A ist in dem unteren, dem ersten,
dritten und siebten Vorwärts-Verhältnis und in dem niedrigen
Umkehr- und dem Umkehr-Verhältnis in Eingriff. Die restlichen
Kupplungen und Bremsen werden in Eingriff gebracht, um die
gleichen Verhältnisse einzurichten, wie sie vorstehend für
Fig. 1 erklärt wurden.
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Das in Fig. 3 gezeigte Lastschaltgetriebe enthält die
gleichen Planetengetriebe-Einheiten 12 und 14, wie sie für die
Fig. 1 und 2 beschrieben wurden, jedoch ist die wahlweise
Planetengetriebe-Anordnung 44 weggelassen. Falls eine
zusätzliche Verhältnisüberdeckung gewünscht ist, kann die
wahlweise Planeteneinheit aufgenommen werden.
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Die in Fig. 3 gezeigte Getriebeanordnung besitzt einen
Umkehr- oder einen Negativeinheits-Mechanismus 66B, der eine
Eingangswelle 100, ein Eingangszahnrad 102, ein
Mitlaufzahnrad 104 und ein Ausgangszahnrad 106 enthält. Die
Eingangswelle 100 ist antriebsmäßig mit einer (wahlweise in Eingriff
bringbaren) Reibkupplung 108 verbunden, die wieder
antriebsmäßig mit einer Getriebe-Eingangswelle 60A verbunden ist.
Die Getriebe-Eingangswelle 60A ist antriebsmäßig über ein
Paar Übertragungs-Zahnräder 110 und 112 mit einer
Eingangswelle 60B verbunden, die antriebsmäßig mit den Kupplungen
56, 58 und 64 verbunden ist.
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Die Lastschaltgetriebeanordnung in Fig. 3 schafft sieben
Vorwärts-Drehzahlverhältnisse und ein
Rückwärts-Drehzahlverhältnis. Die Kupplung 108 wird während des ersten, dritten und
siebten Vorwärts-Drehzahlverhältnisses in Eingriff gebracht,
so daß die Umkehr-Getriebeanordnung 66B benutzt wird, um
einen Eingabeantrieb für die Planetengetriebe-Einheit 14 zu
schaffen. Die restlichen Kupplungen und Bremsen werden wie
vorstehend für Fig. 1 beschrieben in Eingriff gebracht, um
die sieben Vorwärts-Antriebsverhältnisse und das
Umkehr-Verhältnis einzurichten. Das durch die Eingangs- und
Ausgangszahnräder 102 bzw. 104 geschaffene Umkehr-Verhältnis ist im
wesentlichen gleich dem Verhältnis, das durch die
Übertragungszahnräder
110 und 112 geschaffen wird.
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Das in Fig. 4 gezeigte Lastschaltgetriebe ist sehr ähnlich
dem in Fig. 3 gezeigten, mit der Ausnahme, daß ein Umkehr-
Getriebemechanismus 66C den Umkehr-Getriebemechanismus 66B
ersetzt. Der Umkehr-Getriebemechanismus 66C enthält eine
Synchronisierkupplung 114, die wahlweise zum Verbinden der
Eingangswelle 100 mit einem Vorwärts-Eingangszahnrad 116 und
einem Umkehr-Eingangszahnrad 118 betreibbar ist.
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Das Vorwärts-Eingangszahnrad 116 ist antriebsmäßig durch ein
Übertragungszahnrad 120 mit der Planeten-Eingangswelle 40
verbunden, und das Umkehr-Eingangszahnrad 118 ist
antriebsmäßig durch ein Mitlaufzahnrad 122 und ein Übertragungszahnrad
124 mit der Planeten-Eingangswelle 40 verbunden. Die
Synchronisierkupplung 114 ersetzt im wesentlichen die Reibkupplung
64 der Fig. 3. Für das erste, dritte und siebte Vorwärts-
Getriebeverhältnis wird die Synchronisierkupplung 114 nach
rechts bewegt, um die Eingangswelle 100 mit dem
Umkehr-Eingangszahnrad 118 zu verbinden, und für das
Umkehr-Getriebeverhältnis wird die Synchronisierkupplung 114 nach links
bewegt, um das Vorwärts-Eingangszahnrad 116 mit der
Eingangswelle 100 zu verbinden.
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Die Kupplung 108 ist während des ersten, dritten und siebten
Vorwärts-Verhältnisses und während des Umkehr-Verhältnisses
in Eingriff. Die restlichen Kupplungen und Bremsen werden in
Eingriff gebracht zum Einrichten der Getriebeverhältnisse
innerhalb des Getriebes, wie vorher beschrieben.
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Jede Reibkupplung und Bremse ist vorzugsweise eine Einheit
vom Scheibentyp, die durch einen fluidbetätigten Kolben in
Eingriff gebracht wird, und solche Geräte sind wohlbekannt.
Auch die Steuerung solcher Einheiten wird durch den Fachmann
gut verstanden. In gleicher Weise sind die
Synchronisierkupplungen 97 und 114 übliche Mechanismen, die entsprechend
einem der gegenwärtig verfügbaren Mechanismen aufgebaut sein
können, von denen bekannt ist, daß sie diese Funktion
schaffen.
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Es solte einzusehen sein, daß das erste Vorwärts-Verhältnis
und das Umkehr-Verhältnis in jedem dieser hier beschriebenen
Getriebe im wesentlichen identisch ist mit der Ausnahme des
für das Vorwärts-Verhältnis benutzten. Es sollte auch
gesehen werden, daß dieser gleiche Umkehr-Getriebemechanismus
während des siebten Vorwärts-Drehzahlverhältnisses einen
Eingangsantrieb für die Planetengetriebe-Einheit 14 schafft.
Durch Benutzen des Umkehr-Verhältnisses während des dritten
und siebten Vorwärts-Drehzahlverhältnisses wird eine
zusätzliche Verhältnis-Überdeckung geschaffen, die nützlich ist
beim Einrichten glatter Beschleunigungs-Übergänge bei einem
Fahrzeug von stehendem Start bis zur maximalen
Fahrzeug-Geschwindigkeit.
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Es sollte auch bemerkt werden, daß, wenn die wahlweise
Planetengetriebe-Anordnung 44 eingesetzt wird, das niedrige
Vorwärts-Verhältnis und das niedrige Rückwärts-Verhältnis im
wesentlichen identisch sind, da die einzige Differenz nur die
Verwendung des Umkehr-Getriebemechanismus ist. Das
Hinzufügen der Planetengetriebe-Anordnung 44 erhöht die gesamte
Verhältnisüberdeckung des Getriebes und hat sich als äußerst
nützlich bei großen Zugfahrzeugen erwiesen, die
beschleunigungsfähig sein müssen, während sie sehr schwere Lasten
tragen.