-
Kraftfahrzeuggetriebe Für den Antrieb von Kraftfahrzeugen sind Strömungsgetriebe
aus einem Wandler und einer Strömungskupplung oder auch aus mehreren Strömungskreisläufen
vorgeschlagen worden, denen ein Planetengetriebe derart zugeordnet ist, daß je nach
dem jeweiligen Betriebszustand die Motorleistung auf hydraulischem Weg oder teils
hydraulisch, teils mechanisch oder auch rein mechanisch übertragen wird. Insbesondere
ist es auch vorgeschlagen worden, das Umlaufrädergetriebe so anzuordnen, daß einer
seiner Hauptteile mit der Antriebswelle, ein anderer mit dem Pumpenrad des Strömungsgetriebes
und der dritte mit dessen Turbinenrad verbunden ist. Mit einem solchen Leistungsteilungsgetriebe
kann beim Anfahren zunächst, d. h. bei stillstehender Abtriebswelle, die Motorleistung
rein hydraulisch übertragen werden, während mit zunehmender Abtriebsdrehzahl ein
immer mehr anwachsender Teil der Antriebsleistung auf dem mechanischen Zweig übertragen
wird.
-
Weitere Lösungen sehen bei solchen Getrieben vor, von einem geeigneten
Betriebspunkt an die Kraftübertragung auf einem der beiden Kraftwege zu unterbrechen,
so daß dann die gesamte Leistung nur über den anderen Kraftweg übertragen wird,
der dabei gleichzeitig vorzugsweise ins Schnelle übersetzt wird. Als Mittel hierfür
können willkürlich oder selbsttätig geschaltet;: Kupplungen oder Bremsen verwendet
werden. Zum Abschalten des hydraulischen Leistungszweiges kann auch eine Entleerung
des Strömungskreislaufes
oder das Loslösen eines oder mehrerer
der Schaufelräder vorgenommen werden. In besonders zweckmäßiger Weise wird nach
einem an sich bekannten Vorschlag zur Unterbrechung des einen Leistungszweiges ein
Teil des Verteilplanetengetriebes festgebremst und hierdurch gleichzeitig der andere
Leistungszweig ins Schnelle übersetzt und außerdem, soweit erforderlich, der Strömungskreislauf
entleert oder durch Ablösen einzelner Schaufelräder unwirksam gemacht.
-
Obwohl solche Lösungen in mannigfaltigen Variationen schon vorgeschlagen
wurden und insbesondere in der amerikanischen Patentliteratur erschienen sind, ist
noch keine derartige praktische Ausführung bekanntgeworden, was darauf zurückzuführen.
ist, daß nur unter Einhaltung ganz bestimmter Voraussetzungen in bezug auf das Verteilgetriebe
und die Charakteristik des verwendeten Strömungswandlers günstige Gesamtbetriebsverhältnisse
entstehen. Bei solchen Kombinationen eines Strömungswandlers mit einem leistungsteilenden
Planetengetriebe werden die Eigenschaften und Kennwerte des Wandlers - die je nach
Beschaufelung und Ausführung sehr verschieden sein können - je nach der Auslegung
des Verteilgetriebes ganz wesentlich verändert. Von dieser hängen auch die Betriebszustände
nach der Unterbrechung des einen Leistungszweiges etwa im hydraulischen oder mechanischen
Schnellgang ab. Vorteilhafte Fahrdiagramme ergeben sich aber nur, wenn die einzelnen
Betriebszustände günstig aufeinander abgepaßt werden können bzw. wenn diese sich
in geeigneter Weise ergänzen.
-
Es kommt also sehr darauf an, daß die Verteilgetriebeübersetzung in
bezug auf die Wandlerdaten so gewählt wird, daß der auf diese Weise entstehende
kombinierte hydraulisch-mechanische Betriebszustand selbst optimal gut wird und
sich möglichst günstig mit dem nachfolgenden mechanischen oder hydraulischen Schnellgang
bzw. mit einem etwaigen mechanischen oder hydraulischen Direktgang ergänzt.
-
Die Erfindung befaßt sich mit einer solchen Kombination eines als
Leistungsteilergetriebe dienenden Umlaufrädergetriebes mit einem Strömungswandler
und einer Einrichtung zum Abschalten des mechanischen oder hydraulischen Leistungszweiges
bei gleichzeitiger Übersetzung des anderen in Betrieb bleibenden Kraftweges ins
Schnelle und gibt hierfür die Lehre, wie Verteilgetriebe und Wandler aufeinander
abgestimmt werden müssen, damit günstige Gesamtverhältnisse entstehen.
-
Zur Beurteilung der Wirkung des Verteilgetriebes müß dessen Übersetzungsverhältnis
in einem bestimmten Betriebszustand festgelegt werden. Im folgenden soll unter Übersetzungsverhältnis
u des Verteilgetriebes das negative Verhältnis der Drehzahlen von Abtriebswelle
n2 und Pumpenradwelle np bei festgehaltener Antriebswelle verstanden werden. Es
soll also sein:
u n2. In dem später näher erläuterten Ausführungsbeispiel in Abt. I ist also
u gleich dem negativen Verhältnis der Drehzahl des Sonnenrades 4 zu der Drehzahl
des innenverzahnten Außenrades 3, und in Abb. 4 ist u gleich dem negativen Verhältnis
der Drehzahl der Abtriebswelle I7 zur Drehzahl der Pumpenradwelle 2I, in beiden
Fällen bei stillstehend angenommener Antriebswelle.
-
In welcher Weise die als bekannt vorausgesetzten Kennlinien eines
Strömungswandlers durch ein solches Verteilplanetengetriebe verändert werden, zeigt
Abb. 2, wobei sich die Werte mit dem Index w auf den Wandler allein und die Werte
ohne Index auf die Kombination beziehen. Auf der Abszissenachse ist das Verhältnis
der Turbinendrehzahl zur Pumpendrehzahl des Wandlers allein Vw = n2w/n1w bzw. der
Abtriebsdrehzahl zur Antriebsdrehzahl der Kombination y=n2/n1 aufgetragen. Der als
Ordinate aufgetragene Wert Kw bzw. K gibt die spezifische Leistungsaufnahme des
Wandlers bzw. der Kombination, bezogen auf Profildurchmesser I und Antriebsdrehzahl
I, und 7w bzw. 7 den Wirkungsgrad des Wandlers bzw. der Kombination an. Man erkennt,
wie beispielsweise die Wirkungsgradlinie erhöht und verflacht wird bzw. wie die
ursprünglich horizontale K-Linie mit abnehmendem Drehzahlverhältnis in eine mehr
oder weniger steil ansteigende Linie verändert wird. Letzteres bewirkt eine in bestimmten
Fällen sehr erwünschte Drückung der Motordrehzahl beim Anfahren.
-
Das Maß der Veränderungen der Kennwerte eines gegebenen Wandlers durch
die Kombination mit dem Verteilplanetengetriebe, z. B. die Steilheit der K-Linie
oder die Erhöhung der Wirkungsgradkuppe, hängt sehr weitgehend von dem Übersetzungsverhältnis
u des Planetengetriebes ab.
-
Andererseits bestimmt u das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebsdrehzahl
und Abtriebsdrehzahl im nachfolgenden mechanischen oder hydraulischen Schnellgang.
Will man den Schnellgang in zweckmäßiger Weise ausnutzen bzw. einen möglichst lücken-
und stufenlosen Verlauf der Zugkraftlinie erzielen, dann ist dieses Verhältnis u
bei bestimmten gegebenen Wandlerdaten innerhalb ganz bestimmter Grenzen zu wählen.
-
Der Einfluß der Verteilgetriebeübersetzung ist aber je nach der Wandlerschnelläufigkeit
sehr verschieden. Es muß deshalb diese ebenfalls bei der Ausbildung eines. Getriebes
nach obigem Prinzip berücksichtigt werden. Der Strömungswandler kann hinsichtlich
seiner Schnelläufigkeit bzw. hinsichtlich seines inneren oder hydraulischen Übersetzungsverhältnisses
durch das Drehzahlverhältnis gekennzeichnet werden, bei dem er seinen besten Wirkungsgrad
erreicht, für den er also- konstruiert ist (Konstruktionsdrehzahlverhältnis y",opt).
Mit Rücksicht auf eine zweckmäßige Ausnutzung der Wirkungsgradkuppe wird ein Wandler
bekanntlich nicht schon beim Erreichen seines besten Wirkungsgrades wieder ausgeschaltet,
sondern in der Regel erst bei einer etwa um ao°/o der Maximalgeschwindigkeit höherliegenden
Geschwindigkeit. Es kann daher für die Kennzeichnung des Wandlers
auch
der Wert des Drehzahlverhältnisses beim Umschaltpunkt, also ywu herangezogen werden.
-
Gemäß der Erfindung ist nun das Verhältnis
etwa zwischen o,4 und I liegend zu wählen.
-
Danach sollen also für das Differentialwandlergetriebe nicht beliebig
übersetzte Planetengetriebe und Wandler miteinander verwendet werden, vielmehr sollen
diese beiden Getriebeteile nach einer besonderen Beziehung innerhalb gewisser Grenzen
aufeinander abgestimmt sein. Hierdurch werden günstige Gesamtverhältnisse, eine
zweckmäßige Drückung der Motordrehzahl beim Anfahren und dadurch hohe Anfahrmomente,
eine völlige Wirkungsgradkurve mit hohen Werten sowohl im Anfahrbereich als auch
bei hohen Geschwindigkeiten sowie eine vorteilhafte Stufung zwischen dem hydromechanischen
Gang mit Leistungsteilerbetrieb und dem nachfolgenden rein hydraulischen oder rein
mechanischen Schnellgang erzielt.
-
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung soll bei einem nach dieser
Lehre ausgebildeten Differentialwandlergetriebe mit abschaltbarem mechanischem oder
hydraulischem Leistungszweig zwischen zwei Hauptteilen des Verteilplanetengetriebes
eine willkürlich schaltbare Kupplung angeordnet und außerdem ein Wandler verwendet
werden, dessen Umschaltdrehzahlverhältnis ywu etwa bei 0,3 bis o,5 liegt.
Hierdurch wird erreicht, daß sich zwischen dem hydraulisch-mechanischen Gang mit
Leistungsteilung und dem hydraulischen oder mechanischen Schnellgang noch ein weiterer
günstig gestaffelter mechanischer Direktgang ergibt. Die Kupplung zum Durchkuppeln
des Planetengetriebes kann in an sich bekannter Weise als Reibungskupplung oder
auch als Synchronklauenkupplung ausgebildet sein. Zum Abschalten des Wandlers wird
dieser entleerbar ausgebildet oder mit einem lösbaren Leitrad bzw. Leitradgehäuse
ausgerüstet, das im normalen Wandlerbetrieb mittels einer Bremse oder über ein Freilaufgesperre
festgehalten wird. Statt eines Freilaufes ist eine Bremse zu wählen, wenn z. B.
mit dem Wandler auch gebremst werden soll. Durch diese zusätzliche Maßnahme kann
ein dritter Vorwärts- und dritter Bremsgang erzielt werden.
-
Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung wird für diese Kombination
»Leistungsteiler-Planetengetriebe mit mechanischer Durchkupplungsmöglichkeit und
Strömungswandler« ein Schnellläuferwandler, d. h. ein Wandler mit einem ywu > o,5,
verwendet, also ein Wandler, dessen Wirkungsgradmaximum bei einem hohen Drehzahlverhältnis
liegt, und außerdem hierbei zwischen dem Leistungsteilergetriebe und dem Pumpenrad
des Wandlers oder zwischen dem Turbinenrad und der Abtriebswelle eine Übersetzung
ins Langsame eingeschaltet. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform einer solchen
Kombination besteht darin, daß die Übersetzung ins Langsame zwischen Turbinenrad
und Abtriebswelle angeordnet und als Planetengetriebe ausgebildet wird, dessen Sonnenrad
mit dem Turbinenrad des Wandlers und dessen Planetenträger mit der Abtriebswelle
verbunden ist, während der Außenkranz dagegen fest abgestützt ist.
-
Je nach dem innerhalb der angegebenen Grenzen gewählten Wert von ist
auch die sich er-
gebende Motordrückung verschieden groß. Sofern diese einen zu großen Wert erreicht,
kann in der Weise eine Verminderung herbeigeführt werden, daß nach einem weiteren
Vorschlag der Erfindung ein Strömungswandler mit ansteigender Leistungsaufnahmecharakteristik
verwendet wird, d. h. also ein Wandler, der bei konstanter Antriebsdrehzahl mit
zunehmender Abtriebsdrehzahl mehr und mehr Leistung aufnimmt. Dadurch kann die unter
Umständen unerwünschte oder zu große Motordrückung im Anfahrpunkt geringer gehalten
werden.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes
besteht darin, daß das Verteilplanetengetriebe als zweiebeniges Planetengetriebe
mit festbremsbarem Planetenträger und zwei festbremsbaren Außenkränzen ausgebildet
wird, von dem ein Sonnenrad mit der Motorwelle, das zweite Sonnenrad mit der Abtriebswelle
verbunden ist, während der eine Außenkranz über einen Freilauf auf das Pumpenrad
des Wandlers treibt.
-
Sofern zur Unterbrechung des hydraulischen Leistungszweiges zwischen
Turbinenrad des Wandlers und Abtriebswelle in an sich bekannter Weise ein Freilauf
verwendet wird, kann dieser Freilauf sperrbar ausgebildet werden, etwa als sperrbare
Klauenfreilaufkupplung, die im gesperrten Zustand in beiden Richtungen Kraft übertragen
kann. Hierdurch wird es möglich, zusätzlich zur Bremsung mit dem Motor auch mit
dem Wandler zu bremsen.
-
Dem bisher beschriebenen Differentialwandlergetriebe, aus Planetenverteilgetriebe
und Strömungswandler bestehend, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung zur Erzielung
eines Leerlaufes und Rückwärtsganges und bei besonders hohen Ansprüchen, wie sie
z. B. bei Omnibussen und schweren Lastwagen häufig vorliegen, zur Erzielung eines
weiteren stark untersetzten Ganges noch ein Planetennachschaltgetriebe oder aber
ein mit Lamellenkupplungen zu schaltendes Wechselgetriebe zugeordnet werden.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt.
-
Abb. i zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines aus einem Leistungsteilerplanetengetriebe
und einem Strömungswandler bestehenden Getriebes; Abb. 2 zeigt die Kennlinien eines
Wandlers im Vergleich zu den Kennlinien eines mit einem Leistungsteilergetriebe
kombinierten Wandlers; Abb.3 zeigt die Kennlinien zu dem Getriebe nach Abb. i ;
Abb. 4 zeigt in mehr konstruktiver Darstellung eine weitere Ausführungsform mit
abschaltbarem, hydraulischem Leistungszweig;
Abb. 5 zeigt die Betriebskennlinien
zu einer Ausführung nach Abb. 4; Abb. 6 zeigt eine Ausführung mit durchkuppelbarem
Verteilplanetengetriebe und mechanisch untersetztem Wandlerturbinenrad, Abb. 7 eine
Ausführung mit zwei zusätzlichen mechanischen Schnellgängen; bei den Ausführungen
nach den Abb. 8, 9 und Io ist der mechanische Leistungszweig abschaltbar; in den
Abb. II und I2 sind noch zwei Ausführungsbeispiele mit abschaltbarem hydraulischem
Leistungszweig dargestellt.
-
Zur Erleichterung des Verständnisses und des Vergleichs zwischen den
einzelnen Ausführungsbeispielen sind alle Getriebe so dargestellt, daß links die
vom Motor kommende Antriebswelle und rechts die Abtriebswelle liegt. Nach Abb. I
ist mit der Motorwelle I der Planetenrädersatz 2 verbunden, der mit dem Außenkranz
3 und dem Sonnenrad 4 kämmt. Der Außenkranz 3 ist mit der Zwischenwelle 5 verbunden,
die eine Bremstrommel 6 und das Wandlerpumpenrad 7 trägt. Das Sonnenrad 4 ist auf
der Abtriebswelle 8 aufgekeilt, mit der außerdem das Turbinenrad 9 des Wandlers
über eine Freilaufkupplung Io verbunden ist. Diese Freilaufkupplung ist so angeordnet,
daß sie vom Turbinenrad auf die Abtriebswelle übertragen kann, während sie bei überholender
Abtriebswelle das Turbinenrad abkuppelt.
-
Im Augenblick des Anfahrens steht die Abtriebswelle 8 und damit das
Sonnenrad 4 still; die Planetenräder 2 wälzen sich daher auf dem Sonnenrad ab und
treiben über den Außenkranz 3 das Pumpenrad 7 mit einer Übersetzung ins Schnelle
an. Infolge der hohen Drehzahl nimmt dieses ein großes Drehmoment auf und belastet
hierdurch den Motor so, daß dieser beim Anfahren in gewünschter Weise in seiner
Drehzahl gedrückt wird. In diesem Zustand wird die Leistung rein hydraulisch übertragen.
Unter dem Einfluß des vom Turbinenrad und vom Sonnenrad auf die Abtriebswelle ausgeübten
Drehmoments beginnt sich diese zu drehen und das Fahrzeug zu bewegen. Mit zunehmender
Abtriebswellen- bzw. Sonnenraddrehzahl nimmt der mechanisch übertragene Leistungsanteil
zu und der hydraulische Anteil ab, da sich die Übersetzung zum Pumpenrad ständig
verringert und der Wandler daher weniger Leistung aufnimmt. Gleichzeitig verringert
sich damit die Belastung des Motors, so daß die Motordrehzahl allmählich zunimmt,
bis sie bei einer gewissen Fahrgeschwindigkeit, für die der Wandler ausgelegt ist
(Umschaltgeschwindigkeit), ihre volle Höhe erreicht. In dem Maße aber, wie mit zunehmender
Fahrgeschwindigkeit der hydraulisch übertragene Leistungsanteil zugunsten des mechanischen
sich verringert, nimmt auch der Gesamtwirkungsgrad der Übertragung gegenüber dem
hydraulischen Wirkungsgrad des Wandlers zu.
-
Sobald nun der günstige Bereich des Differentialgetriebes ausgefahren
ist, wird die Bremse II angezogen und damit der Außenkranz 3 sowie das Pumpenrad
7 stillgesetzt. Hierdurch wird einmal das Sonnenrad mit größerer Geschwindigkeit
angetrieben, da sich die Planetenräder am stillgesetzten Außenkranz abwälzen, und
außerdem wird der Wandler, ohne daß er entleert werden müßte, völlig ausgeschaltet,
da sich auch das Turbinenrad unter der Wirkung des Freilaufes bei überholender Abtriebswelle
löst. Die Bremse II für das Verteilergetriebe kann selbsttätig etwa in Abhängigkeit
von der Getriebewellendrehzahl und der Brennstoffhebelstellung betätigt werden.
-
In Abb. 3 ist das Fahrdiagramm dieses einfachen zweigängigen Getriebes
abgebildet. Es zeigt in dimensionsloser Darstellung über der Fahrgeschwindigkeit
aufgetragen den Zugkraftverlauf I2, die Motordrehzahl I3 und den Wirkungsgrad I4
der Übertragung, wobei die mechanischen Verluste und die Verluste irgendwelcher
Hilfseinrichtungen vernachlässigt sind. Außerdem ist die Motorleistung I3a und deren
Aufteilung auf den mechanischen und den hydraulischen Zweig eingetragen. Die Zugkraft
und Motordrehzahl sowie die Fahrgeschwindigkeit sind bei der maximalen Nenngeschwindigkeit
gleich I gesetzt.
-
Man ersieht aus der Abbildung, daß beim Anfahren mit Vollgas eine
etwa 4,Imal so große Kraft zur Verfügung steht als bei der Nenngeschwindigkeit,
was etwa einer mechanischen Übersetzung von I:4,I entspricht. Dabei ist besonders
zu beachten, daß diese Zugkraft im Gegensatz zu einem Antrieb mit Zahnräderwechselgetriebe
wirklich und beliebig lange vorhanden ist. Die hierbei erzielten Werte und Verhältnisse
hängen weitgehend von dem gewählten Übersetzungsverhältnis im Verteilergetriebe
und von der Güte des Wandlers ab.
-
Im allgemeinen genügen diese Betriebseigenschaften und Leistungen
des Differentialgetriebes den an einen Kraftwagen gestellten Anforderungen, sofern
durch weitere Maßnahmen, etwa durch Anbringen eines Nachschaltgetriebes, für einen
Leerlauf und einen Rückwärtsgang gesorgt ist. Bei schweren Fahrzeugen benötigt man
aber außerdem noch einen stärker untersetzten Berg- oder Langsamgang. Ein solches
Getriebe wird im folgenden an Hand der Abb. 4 und 5 beschrieben.
-
Abb. 4 zeigt einen Längsschnitt durch das Getriebe und Abb. 5 dessen
Betriebskennlinien. Das Verteilplanetengetriebe ist zweiebenig ausgebildet. Das
größere Sonnenrad I5 wird von der Motorwelle angetrieben, und das kleinere Sonnenrad
I6 sitzt auf der Getriebewelle 17. Mit den Sonnenrädern kämmen die Umlaufräder 18
und i9, die vom Planetenträger 20 getragen werden. Dieser ist als umlaufendes Gehäuse
mit anschließender Hohlwelle 21 ausgebildet, auf der das Pumpenrad 22 des Wandlers
sitzt. Mittels einer Bremse 23 kann das i Planetenträgergehäuse samt dem Wandlerpumpenrad
stillgesetzt werden. Das Turbinenrad 24 ist mittels einer Freilaufkupplung 25 an
die Getriebewelle gekuppelt. Mit 26 ist der DDoppelleitapparat und mit 27 ein Doppelmantel
für eine Kühlflüssig- i keit bezeichnet.
An die Getriebewelle schließt
sich eine dreiebenige Planetenräderkombination 28 an, die, je nachdem welche der
drei Bremsen 29, 30 und 3I angezogen wird, einen schwach untersetzten Normalgang,
einen stark untersetzten Berg- oder Langsamgang und einen ebenfalls stark untersetzten
Rückwärtsgang ermöglicht. Wenn alle drei Bremsen gelöst sind, ist die Verbindung
zwischen Getriebe- und Abtriebswelle unterbrochen, also der Leerlaufzustand hergestellt.
-
Im einzelnen ist das Nachschaltgetriebe wie folgt ausgebildet: Auf
der Getriebewelle sitzt das Sonnenrad 33, dessen Umlaufräder 34 von dem mit der
Abtriebswelle 32 verbundenen Planetenträger 35 getragen werden. Der Außenkranz 36
bildet gleichzeitig den Planetenträger 37 für die miteinander verbundenen Umlaufräder
38 und 39 des mittleren und vorderen Planetengetriebes. Der Außenkranz 4o des mittleren
Planetengetriebes ist mit dem Planetenträger 35 verbunden. Ein mit den Umlaufrädern
39 kämmendes Sonnenrad 4I und ein Außenkranz 42 sind mittels je einer Bremse 29
und 30 und der Außenkranz 36 mittels einer Bremse 31 festbremsbar. Das mittlere
Planetengetriebe ist ohne: Sonnenrad ausgeführt. Die Bremse für das Verteilgetriebe
ist mit 23 bezeichnet.
-
Im Fahrdiagramm nach Abb. 5 ist wiederum dimensionslos über der Fahrgeschwindigkeit
der Zugkraft-, Wirkungsgrad- und Motordrehzahlverlauf in allen Gängen des Getriebes
dargestellt. Die Kurve 44a stellt den Wirkungsgrad im normalen Vorwärtsgang mit
Leistungsteilerbetrieb dar. Beim Erreichen der Umschaltgeschwindigkeit im Umschaltpunkt
o,6 wird das Pumpenrad des Wandlers festgebremst und die Motorleistung nunmehr mechanisch
übertragen. Die Kurve 44b gibt hierzu den Wirkungsgradverlauf. Durch Einschalten
des stark untersetzten Bergganges im Nachschaltplanetengetriebe ergibt sich eine
Reduktion des Fahrbereiches und eine entsprechende Verschiebung der Wirkungsgradkurven
44a und 44b in die Kurven 44c und 44d. Die Kurven 43a bis 43d geben die den Wirkungsgradkurven
44a bis 44d entsprechenden Zugkraftlinien und die Kurven 45a bis 45d die Motordrehzahlen
zu diesen einzelnen Gängen. Links von der Ordinatenachse O sind die Zugkraftlinien
43e und 43f und die Motordrehzahllinien 45e und 45f für den untersetzten Rückwärtsgang
dargestellt. Wie aus diesem Schaubild ersichtlich ist, erreicht der theoretische
Wirkungsgrad bereits bei I2,5 % de maximalen Nenngeschwindigkeit den Wert von 9o%,
so daß von da an weniger als Io % der außerdem durch die Drehzahldrückung auf 8o
% verminderten Motorleistung in Verlustwärme verwandelt werden.
-
Bei Gefällefahrten gestattet dieses Getriebe in üblicher Weise auch
ein Bremsen mit dem Motor, das allein durch Gaswegnehmen erreicht wird. Zur Erhöhung
der Bremswirkung wird auf den Langsamgang geschaltet. Eine weitere, noch kräftigere
Bremsung z. B. für den Gefahrenfall kann durch Einschalten des Rückwärtsganges erzielt
werden. Gegenüber anderen bekanntgewordenen Lösungen weist ein Getriebe nach der
Erfindung wesentlich höhere Anfahrzugkräfte und einen besseren Wirkungsgrad und
daher auch einen kleineren Brennstoffverbrauch besonders im Anfahrbereich und bei
niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten auf, und dies bei einem verhältnismäßig geringen
konstruktiven Aufwand.
-
Das in Abb. 6 schematisch dargestellte Getriebe zeigt eine Ausführung
mit durchkuppelbarem Planetengetriebe und einer durch ein weiteres Planetengetriebe
gebildeten Übersetzung zwischen Wandlerturbinenrad und Abtriebswelle. Die Antriebswelle
51 greift am Planetenträger 52 an, der außerdem den einen Teil einer Lamellenkupplung
53 bildet. Das Sonnenrad 54 ist mit dem Pumpenrad 55 verbunden, während der Außenkranz
56 mit der Abtriebswelle 6I gekuppelt ist. Der zweite Teil der Reibungskupplung
ist mit der Pumpenradwelle verbunden und kann außerdem mittels einer Bremse 57 festgebremst
werden. Das Turbinenrad 58 des Wandlers greift am Sonnenrad 59 eines Planetengetriebes
an, dessen Planetenträger 6o mit der Abtriebswelle verbunden ist, während der Außenkranz
62 fest im Gehäuse abgestützt ist. Das Planetengetriebe 59, 6o, 62 dient als Übersetzung
ins Langsame zwischen dem Turbinenrad des Wandlers und der Abtriebswelle und ermöglicht
die Verwendung eines schnelläufigen Wandlers. Für die beiden möglichen rein mechanischen
Gänge ist der Wandler entleert.
-
Sofern das Verteilgetriebe nicht durchkuppelbar ist, die Kupplung
53 also fehlt, kann das Abschalten des hydraulischen Leistungszweiges bei gefüllt
bleibendem Wandler in der Weise bewirkt werden, daß der Außenkranz des Planetengetriebes
mittels einer Bremse abgestützt wird, die im mechanischen Gang gelöst ist. Das Planetengetriebe
59, 6o, 62 übernimmt dann mit der Außenkranzbremse auch die Funktion des an Hand
der Abb. I beschriebenen Freilaufs Io.
-
Das in Abb. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt wiederum ein zweiebeniges
Verteilplanetengetriebe, das über das Sonnenrad iio angetrieben wird. Das kleinere
Sonnenrad i i i ist mit der Abtriebswelle i 12 verbunden, auf der, über einen Freilauf
113 abgestützt, auch das Turbinenrad 114 des Wandlers sitzt. Der Antrieb des Pumpenrades
115 erfolgt über den Außenkranz 116 und unter Zwischenschaltung eines Freilaufs
117. Die beiden Außenkränze i 16 und i 18 sowie der Planetenträger i 19 sind durch
je eine Bremse 116a, 118a und iiga festbremsbar.
-
Zum Anfahren im Wandlergang mit Leistungsteilung sind alle Bremsen
gelöst. Der Wandler wird dabei mit einer Übersetzung ins Schnelle angetrieben, dann
wird die Bremse 1 16a angezogen und damit das Pumpenrad 115 festgebremst. Über das
Planetengetriebe wird hierbei die Abtriebswelle rein mechanisch angetrieben. Das
Turbinenrad 114 löst sich über den Freilauf 113 von der Abtriebswelle ab. Für den
nächsten stärker übersetzten Gang wird die Bremse ii8a angezogen und die
Bremse
II6a gelöst. Über den Freilauf II7 löst sich dabei das Pumpenrad von dem jetzt in
entgegengesetzter Richtung umlaufenden Außenkranz i r6. Einen weiteren noch stärker
übersetzten Gang erzielt man -durch Anziehen der Planetenträgerbremse II9a und Lösen
der Bremse II8a.
-
Die weiteren in den Abb. 8 bis Io gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden
sich von denen nach den Abb. I bis 7 dadurch, daß nicht der hydraulische Zweig,
sondern der mechanische Zweig des Differentialgetriebes abschaltbar ist. Die Wirkungsweise
dieses Getriebes sei an Hand der Abb. 8 näher beschrieben.
-
Die Motorwelle I2o treibt den Planetenträger I2I, dessen Planetenräder
I22 mit dem Sonnenrad I23 und dem Außenkranz I24 kämmen. Das Sonnenrad I23 sitzt
starr auf der Pumpenradwelle, während der Außenkranz I24 über eine Freilaufkupplung
I25 mit der Abtriebswelle I26 verbunden ist, auf der außerdem das Turbinenrad aufgekeilt
ist. Der Außenkranz I24 ist mittels einer Bremse I27 festbremsbar. Der Wandler besitzt
einen drehbaren Leitapparat I28, der im Wandlerbetrieb durch eine Bremse I29 festgehalten
wird. Zum Anfahren wird das Wandlerleitrad festgebremst und die Leistung teils hydraulisch
über den Wandler und teils mechanisch über den Außenkranz auf die Abtriebswelle
übertragen. Dann wird die Bremse I27 angezogen und die Leitradbremse I29 gelöst
und hierdurch das Wandlerpumpenrad und durch hydraulische Kupplung auch das Turbinenrad
mit erhöhter Drehzahl angetrieben. Die Abtriebswelle kann sich dabei in der Freilaufkupplung
frei drehen. Der Wandler arbeitet in diesem Betriebszustand als Strömungskupplung.
Während ein Drehmomentwandler mit umlaufendem Leitrad erfahrungsgemäß bei derselben
Drehzahl wie im Wandlerbetrieb keine genügende Übertragungsfähigkeit, nämlich einen
zu großen Schlupf besitzt und daher im allgemeinen, wie oben bereits erwähnt, für
diesen Betriebszustand ungeeignet ist, wird gemäß der Erfindung bei losgelöstem
Leitrad das Pumpenrad und damit das Turbinenrad mit erhöhter Drehzahl angetrieben,
wodurch das durch den als Strömungskupplung wirkenden Strömungskreislauf übertragbare
Drehmoment ansteigt. Auf diese Weise ergibt sich für den Wandler auch im Kupplungsbetrieb
eine ausreichende Übertragungsfähigkeit mit genügend kleinem Schlupf. Im Gegensatz
zu den oben gezeigten Ausführungsbeispielen können hierbei in allen Gängen die schwingungsdämpfenden
Eigenschaften der Hydraulik nutzbar gemacht werden.
-
Abb. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Planetengetriebe I40 mit
Doppelplaneten I4I und I42 und zusätzlichem durch eine Bremse I43 festbremsbarem
Sonnenrad I44. Zum Abschalten des mechanischen Zweiges dient die Bremse 45, deren
Bremstrommel auf der das Sonnenrad I46 tragenden Zwischenwelle I47 sitzt, und eine
Klauenfreilaufkupplung I48 zwischen dieser Welle I47 und dem mit der Abtriebswelle
starr verbundenen Turbinenrad I49. Die Klauenfreilaufkupplung ist mittels einer
von Hand zu betätigenden Schaltmuffe I5o sperrbar. Hierbei kann zusätzlich noch
eine Strömungskupplung angeordnet werden, deren Pumpenrad mit dem Pumpenrad des
Wandlers und deren Turbinenrad mit dem Turbinenrad des Wandlers verbunden ist. Dieses
Getriebe ergibt dann als ersten Gang einen Wandlergang mit Leistungsteilung, dann
durch Umfüllen der Strömungskreis-Läufe als zweiten Gang einen hydraulischen Kupplungsgang
mit Leistungsteilung und dann noch zwei hydraulische Kupplungsgänge ohne Leistungsteilung
mit verschiedener Übersetzung durch Anziehen der Bremse 143 bzw. 145. Die Sperrbarkeit
des Freilaufs ist zur Bremsung mit dem Motor vorgesehen. Es sei noch erwähnt, daß
es auch möglich ist, in an sich bekannter Weise im Kupplungsbetrieb den Wandler
unter Loslösung des Leitradgehäuses kupplungsverstärkend mitlaufen zu lassen.
-
Abb. Io zeigt ein Getriebe mit einem Leistungsteilergetriebe I6o mit
einem zwischen den beiden Planetenrädersätzen I6I und I62 angreifenden Planetenträger
I63. Das Nachschaltgetriebe I64 weist wiederum drei Planetenrädersätze I65, I66
und I67 mit drei Bremsen I68, I69, I7o auf, von denen die erste für den Normalgang,
die zweite für den Langsamgang und die dritte für den Rückwärtsgang angezogen wird,
während für Leerlauf alle drei Bremsen gelöst sind. Das Sonnenrad I7I des mittleren
Planetengetriebes ist mit der Getriebewelle I72 verbunden, die außerdem den Außenkranz
I73 des ersten Satzes trägt. Der Außenkranz I74 des mittleren Satzes ist mit dem
Planetenträger I75 des ersten Satzes und mit dem Sonnenrad I76 des dritten Satzes
verbunden, während der Planetenträger I77 des zweiten Satzes und der Planetenträger
I78 des dritten Satzes mit der Abtriebswelle verbunden sind. Das Sonnenrad des ersten
Satzes, der Außenkranz des zweiten Satzes und der Außenkranz des dritten Satzes
sind mittels der drei genannten Bremsen festbremsbar. Mit I8o ist die Bremse zum
Festbremsen des Planetenträgers im Leistungsteilergetriebe bezeichnet.
-
Bei dem in Abb. II gezeigten Getriebe ist sowohl das Verteilgetriebe
als auch der hydraulische Getriebeteil und das Planetennachschaltgetriebe in besonderer
Weise ausgebildet. Der Strömungsgetriebeteil besteht aus einem Strömungswandler
70 und einer Strömungskupplung 7I, denen ein Planetengetriebe 72 mit Doppelplaneten
als Leistungsteilergetriebe und ein Planetengetriebe 73 als Nachschaltgetriebe zugeordnet
sind. Die Motorwelle treibt den Planetenträger 75, auf dem die beiden Sätze von
Umlaufrädern 76 und 77 sitzen. Das mit dem kleineren Planetensatz kämmende Sonnenrad
78 ist mit der Getriebewelle 79 und der mit dem anderen Planetenrädersatz 77 kämmende
Außenkranz 8o ist mit der Hohlwelle verbunden, auf der das Wandlerpumpenrad 81 und
das Kupplungspumpenrad 82 sitzen. Das Wandlerturbinenrad 83 und das Kupplungsturbinenrad
84 sind starr miteinander verbunden und mittels einer Freilaufkupplung
85
an die Getriebewelle angehängt. Das Nachschaltgetriebe 73 besteht aus dem mit der
Getriebewelle verbundenen Außenkranz 86, dem mit der Abtriebswelle 87 verbundenen
Planetenträger mit Doppelplaneten, von denen die einen, 88, mit einem für Vorwärtsfahrt
abbremsbaren Sonnenrad 89 und die anderen, 90, mit einem für Rückwärtsfahrt abbremsbaren
Außenkranz 9I verbunden sind. Durch Anordnung eines mit den kleineren Planetenrädern
kämmenden Sonnenrades 95 und durch Festbremsen der hiermit verbundenen Bremsscheibe
96 kann ein weiterer langsamerer Vorwärtsgang erzielt werden. Für Leerlauf sind
alle Bremsen gelöst. Vom Planetengetriebe 72 ist sowohl der Außenkranz 8o mittels
einer Bremse 92 als auch ein mit den anderen Planetenrädern kämmender Außenkranz
93 mittels einer Bremse 94 abbremsbar.
-
Zum Anfahren ist zunächst nur die Vorwärtsbremse 96 im Nachschaltgetriebe
angezogen, während die vier anderen Bremsen gelöst sind. Es ergibt sich dabei zunächst
ein Wandlerbetrieb mit Leistungsteilung; durch Umfüllen vom Wandler 70 zur Kupplung
71 ergibt sich dann anschließend ein hydraulischer Kupplungsgang mit Leistungsteilung.
Dann wird die Bremse 92 angezogen und so die Getriebewelle 79 mit erhöhter Drehzahl
angetrieben, so daß sich das Kupplungs- und Wandlerturbinenrad über den Freilauf
von dieser Welle löst. Dies ergibt also dann einen rein mechanischen Gang mit einer
durch die Übersetzung im Planetengetriebe 76, 77, 78 gegebenen Übersetzung.
Durch Lösen der Bremse 92, und Anziehen der Bremse 94 wird ein weiterer stärker
übersetzter mechanischer Gang erzielt. Mit diesem Getriebe, dessen Anwendung keineswegs
auf Straßenfahrzeuge beschränkt ist, sondern sich vielmehr besonders für Triebwagen
und Lokomotiven eignet, stehen sowohl für Vorwärts- als auch für Rückwärtsfahrt
zwei hydraulische und zwei mechanische Gänge zur Verfügung, die in Vorwärtsrichtung
durch Wechsel der Bremsen 9I und 96 noch verdoppelt werden können. Der Übergang
vom ersten zum zweiten hydraulischen Gang erfolgt durch Umfüllen der Strömungskreisläufe,
während die übrigen Gänge lediglich durch Anziehen und Lösen von Bremsen geschaltet
werden. Wenn nur ein Wandler und keine Strömungskupplung vorhanden und der Wandler
ständig gefüllt ist, muß für den zweiten mechanischen Gang zwischen dem Wandlerpumpenrad
81 und dem Außenkranz 8o eine Schaltkupplung angeordnet sein. Diese Kupplung wird
für den zweiten mechanischen Gang gelöst, damit das Pumpenrad nicht nach rückwärts
angetrieben wird. Die Kupplung kann etwa als Lamellenkupplung ausgebildet werden,
die außerdem das Schalten eines an Stelle des Planetennachschaltgetriebes 73 angeordneten
Schubräderwechselgetriebes gestattet. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Anordnung
eines verkehrten Freilaufs (Rückwärtsfreilauf), über den sich das Pumpenrad in dem
genannten Betriebszustand selbsttätig vom Außenkranz ablöst. Statt einer Schalt-
oder Freilaufkupplung kann auch eine Entleerungseinrichtung für den Wandler vorgesehen
werden, wodurch auch die Freilaufkupplung 85 erspart werden kann.
-
Das in Abb. II beschriebene Getriebe eignet sich seiner zahlreichen
Schaltmöglichkeiten wegen für Fahrzeuge mit besonders hohen Ansprüchen. Natürlich
können für geringere Anforderungen einige der gezeigten Einrichtungen weggelassen
werden. Es ist besonders zu beachten, daß bei der gezeigten Ausführung des Verteilplanetengetriebes
zusammen mit nur einem einzigen Strömungskreislauf und einem Nachschaltgetriebe,
das lediglich Vorwärtsgang, Leerlauf und Rückwärtsgang zu schalten gestattet, sowohl
für Vorwärts- als auch für Rückwärtsfahrt ein erster hydraulischer Gang mit Leistungsteilung,
ein zweiter schwach übersetzter und ein dritter stärker übersetzter mechanischer
Gang erzielt werden können.
-
Abb. I2 zeigt eine weitere Abwandlung mit zweiebenigem Verteilplanetengetriebe,
bei welchem das Pumpenrad Ioo mit dem einen Sonnenrad IoI und die Abtriebswelle
Io2 mit dem Planetenträger Io3 verbunden sind. Der Planetenträger greift dabei zwischen
den beiden Planetensätzen an. Neben den beiden Sätzen von Planetenrädern ist noch
ein weiterer Planetensatz I04 mit abbremsbarem Sonnenrad Io5 angeordnet. Die Pumpenradbremse
Io6 und die Sonnenradbremse Io7 sind so ausgebildet, daß sie mit gemeinsamen Bremsbacken
Io8 wechselweise festgebremst werden können. Durch Festbremsen des dritten Sonnenrades
wird der Rückwärtsgang erzielt.