Hydromechanisches Verbundgetriebe. Das Gestaltungsziel eines Getriebes, wie es z. B. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren erfordern, ist möglichst verlustfreie, selbst tätige Drehmomentwandlung mit tunlichst grosser Übersetzung bei Anfahrt und stetig abfallender Übersetzung bei steigender Ab triebsgeschwindigkeit unter tunlichst gleich bleibender Antriebsdrehzahl. Bestgeeignet dazu sind die selbsttätig arbeitenden Föttin- ger-Drehmomentwandler, kurz Wandler ge nannt. Es ist bekannt, den günstigen Arbeits bereich des Wandlers noch über eine höhere Abtriebsdrehzahl hin auszudehnen, indem man eine schlupffreie Schaltkupplung, z. B.
eine Lamellenkupplung, vorsieht, die an den Anfahrabschnitt mit Wandlergang durch Ausschalten der Wandlerwirkung mittels Freilaufes des Leitrades und sofort einset zende Kupplung zwischen Wandlerantriebs- und -abtriebswelle den verlustfreien Direkt gang ohne Zugkraftlücke anschliesst. Es ist auch bekannt, den brauchbaren Arbeits- bereich des Wandlers auszudehnen, indem man ihn zur Anfahrseite hin durch zusätz liche Zugkraft ergänzt und zu diesem Zwecke das sonst stillstehende Leitrad mittels eines Umkehrgetriebes als Gegenlaufturbine zu sätzlich auf die Abtriebswelle arbeiten lässt. Die gleichzeitige Anwendung beider Mass nahmen ist jedoch nicht bekannt.
Die Erfindung schafft ein sowohl nach Anfahr- als auch nach Schnellaufseite gün- stigst entwickeltes hydromechanisches Ver bundgetriebe, indem ein Föttinger-Wandler mit schaltbarem Leitrad, ein schaltbares Um kehrgetriebe zwischen Leitrad und Abtriebs welle und eine schlupffreie .Schaltkupplung zwischen An- und Abtriebswelle zu einer Einheit verbunden sind, bei der für den An fahrgang das Wandlerleitrad als Gegenlauf turbine über das Umkehrgetriebe an den ge triebenen Teil geschaltet, für den Einfach- wandlergang das Leitrad fest- und das Um kehrgetriebe freigestellt ist und für den Kupplungsgang Leitrad wie Umkehrgetriebe frei laufen gelassen werden können.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Ausfüh rungsbeispiel eines solchen hydromechani- schen Verbundgetriebes im Längs-Mittel schnitt.
Auf der vom Motor angetriebenen Welle 1 sitzt das Pumpenrad 2, das die Betriebsflüs sigkeit, meist dünnes 01, gegen die Schaufeln des Turbinenrades 3 schleudert. Das Turbi nenrad 3 bildet mit seiner Nabe 1 den äussern Lamellenträger der Schaltkupplung 5, der mit der Abtriebswelle 6 verflanscht ist. Der innere Lamellenträger 7 der Kupplung > ist auf der Antriebswelle 1 befestigt. Der Kol ben 8 schliesst die Lamellenkupplung 5, so bald der Raum 9 mit dem Steuerdruckmittel beschickt wird; er wird bei ausgeschalteter Kupplung durch die Feder 10 zurückgeholt, so dass die Lamellen untereinander Luft be kommen.
Der in allen Betriebszuständen gefüllt bleibende Kreislauf des Föttinger-Wandlers ist einstufig dargestellt, er enthält also ausser Pumpenrad 2 nur das eine Turbinenrad 3 und einen Leitkranz 11, der im Aussendurchmes ser des Kreislaufes sitzt und mit seinem Ge häuse etwa um dreiviertel des Kreislauf umfanges herumreicht, damit die eine Ge häusehälfte, 12, auf der Antriebswelle 1, die andere, 13, auf der Nabe 4 der Abtriebswelle 6 abgestützt werden kann. Das Leitrad 11, 12, 12) kann entweder umlaufen, sei es unbe lastet frei, sei es belastet als Gegenlauftur bine, oder es kann durch das als Bremsband angedeutete Bremsorgan 14 am ruhenden Ge triebegehäuse 15 festgehalten werden. Die gleiche Grundanordnung kann ebensogut mehrstufig ausgeführt werden, beispielsweise mit drei Turbinen- und zwei Leit- bezw. Gegenlauflkränzen.
Für den Gegenlaufwandlergang ist um die Turbinennabe 4 mit Kupplung 5 herum das Umkehrgetriebe zwischen dem dann ent gegengesetzt laufenden Gehäuseteil 13 mit Zahnkranz 16 und dem Abtriebsteil 4, 6 mit Zahnkranz 17 angeordnet. Es ist hier bei spielsweise als Kegelradgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 dargestellt. Die Räder 18 sitzen auf Zapfen 19 des Trag ringes 20, der auf der Abtriebsnabe 4 drehbar gelagert ist. Aussen werden die Zapfen 19 von dein geteilten Bremsring 21 umfasst, so dass der Kranz der Räder 18 durch Anziehen des Bremsbandes 22 am Gehäuse 15 undreh bar festzusetzen ist.
Ein solches hydromechanisches Verbund getriebe ist fähig, drei verschiedene Bereiche des Abtriebsmomentes NI, abhängig von der Abtriebsdrehzahl nII zu liefern, welche Mo mente durch den Linienzug der Fig. 2 ge kennzeichnet sind: Im Anfahrbereich a, als Gegenlaufwandler geschaltet, den steilsten Momentenverlauf, im Mittelbereich b, im Einfachwandlergang, mässig geneigten Mo- nientenverlauf, im Schnellaufbereich c, im schlupffreien Kupplungsgang, das verlust lose Motormoment.
Dazu gehören folgende Schaltungen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1: Im Anfahrgang a sind das Brems organ 11 und die Kupplung 5 gelöst, das Bremsorgan 22 angezogen; dadurch arbeitet: summierend sowohl unmittelbar das Moment des Turbinenrades 3 als auch mittelbar das Gegenlaufmoment des Schaufelkranzes 11 über die Umkehrgetrieberäder 16, 18, 17 auf die Abtriebswelle 6 - grösste Momentsteige rung. Im Einfachwandlergang b ist das Bremsorgan 14 angezogen, das Bremsorgan 22 und die Kupplung 5 sind gelöst.
Dadurch arbeitet nur das Moment des Turbinenrades 3 auf die Abtriebswelle 6, während das Gegen moment des (stillstehenden) Leitrades am Gehäuse 15 abgestützt ist und der vom Ab triebskranz 17 bewegte Getriebeteil 18, 19, 20, 21 unter Abrollen der Umkehrräder 18 auf dem stillstehenden Zahnkranz 16 (des Leitrades 11) leer umläuft -mässige Moment steigerung. Im Schnellaufgang c sind die Bremsorgane 14 und 22 gelöst, dagegen ist die Kupplung 5 durch den Kolben 8 mittels Druckleitung in Raum 9 angezogen.
Dabei wird das einfache Motormoment von der An- triel)s-#vellc@ 1 durch die Kupplung ä verlust los auf die Abtriebswelle 6 geleitet, während die Leitradteile 11, 12, 13, 16 und die Ge- triebeteile 17, 18, 19, 2'0, 21 mit der gleichen Drehzahl ohne Bewegung zueinander mitlau fen - verlustloser Kupplungsgang mit unge- steigertem Motormoment. In diesen drei An triebsgangarten ist hiernach jeweils nur eines der drei Schaltglieder geschlossen bezw. ein geschaltet.
Drei weitere wertvolle Betriebszustände erhält man, wenn man von den drei Schalt gliedern jeweils zwei zugleich schliesst.
Den Betriebszustand hydraulischer Schlupf bremsung erhält man, wenn das Leitrad- bremsorgan 14 und die Kupplung 5 einge schaltet sind, dagegen das Bremsorgan 22 ge löst ist. Die dabei mechanisch miteinander gekuppelten Räder 2 und 3 treiben die Flüs sigkeit dann im Kreislauf gegen die festste hende Leitschaufelung 11 als Wirbelbremse von bekannt steiler Drehzahlabhängigkeit. Diese Bremsmöglichkeit kann wegen beque mer Wärmeabfuhr aus der Getriebeflüssig keit und wegen Vermeidung jeder Abnüt zung, z. B. bei Fahrzeugen in langen Gefäl len, recht wertvoll sein.
Der Betriebszustand verschärfter hydrau lischer Bremsung wird erreicht, wenn man sowohl die Kupplung 5 als auch das Umkehr getriebebremsorgan 22 einschaltet, das Leit- kranzbremsorgan 14 aber löst. Dann arbeiten die untereinander mechanisch gekuppelten Räder 2 und 3 gegen den über das Umkehr getriebe entgegengesetzt angetriebenen Leit- kranz 11 als schärfste Wirbelbremse.
Schliesslich kann man alle Abtriebsteile vom Motor getrennt und unbeweglich halten, wenn man die Kupplung 5 löst und die Leit- rad- sowie die Umkehrgetriebebremsorgane 14 und 22 anzieht. Dann sind die abgekuppel ten Abtriebsteile über die Umkehrräder 18 und den Leitkranzgehäuseteil 13 durch das Bremsorgan 14 in Ruhe unempfindlich gehal ten gegen etwaige Motordrehmomente. Dies ist von Wert z. B. beim Anlassen und Warm laufenlassen des Motors, ferner bei Zusam menarbeiten des Verbundgetriebes mit einem dahinterliegenden Zahnradstufen- und/oder Wendegetriebe, dessen glatte :Schaltung mit Formschluss (durch Zähne oder Klauen) praktisch nur ohne Druckbelastung gelingt.
Das Umkehrgetriebe ist nicht an die dar-., gestellte Bauart gebunden. .So kann es, je nach gewünschter Momentensteilheit im An fahrbereich a, zwischen den Zahnkränzen 16 und 17 eine Unter- oder Übersetzung erhal ten. Dann werden die Kegelräder 16 und 17 verschieden gross und die Kegelräder 18 er halten zwei Zahnkränze verschiedenen Durch messers;
oder aber es kommen die Kegelräder 18 samt Zapfen 19 schräg (nach dem Wand- ler zu bezw. von ihm weggeneigt) zu stehen. i Das Umkehrgetriebe braucht auch kein im ausgeschalteten Zustand umlaufendes Ge triebe zu sein, sondern es kann beispielsweise eine feste Lagerung des Radträgers 19, 20, 21. im Gehäuse 15 unter Ersatz des Brems banden 22 durch eine Schaltkupplung zwi schen Zahnrad 17 und Abtriebsteil 4, 6 er halten.
Das Umkehrgetriebe kann schliesslich statt mit Kegel- auch mit Stirnrädern flach in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse gestaltet sein, beispielsweise wenn man statt der axial relativ langen Lamellenkupplung 5 eine Scheiben- oder Kegelkupplung grossen Durchmessers zwischen den Radscheiben des Pumpenrades 2 und des Turbinenrades 3 vor zieht, auch wenn man womöglich bei Fest lagerung der Umkehrstirnräder deren Brems organ durch eine flache Scheibenkupplung zwischen dem (17 entsprechenden) Abtriebs zahnrad und dem Abtriebsteil 4, 6 ersetzt.
Die Schaltung der Bremsen und Kupp lungen des Verbundgetriebes wird in bekann ter Weise vorteilhaft durch eine Hilfskraft (Druckluft oder -flüssigkeit, elektromagne tisch) betätigt.
Auch hinsichtlich der Steuerung kann sich die Gruppe I der drei Betriebszustände mit jeweils einem geschlossenen Schaltglied, d. h. die drei verschiedenen Antriebsgänge, von Gruppe II der drei Betriebszustände mit jeweils zwei geschlossenen Schaltgliedern, d. h. den drei verschiedenen Bremsstellungen. i:nterscheiden. Erstere können von der Be dienung unabhängig gemacht werden, indem in Abhängigkeit vom Abtrieb die,Schaltglie- der der drei Übersetzungsbereiche n, <I>b,</I> c (Fig. 2) selbsttätig ohne Zugkraftunterbre chung eingeschaltet -werden in der Anfahr reihenfolge: Umkehrgetriebeeinschalter-Leit radbremse-Kupplung.
Zur Steuerung kann dabei die Abtriebsdrehzahl mittels eines Re glers an der Welle 6 oder das Abtriebsdreh moment mittels eines Drehmomentmessers in der Welle 6 benutzt werden. Unbenommen bleibt es, in Gruppe I ausserdem mittels band betätigter Überbrückungs-Schaltglieder die Wahlbetätigung bestimmter Gänge zu er rröglichen, beispielsweise um bei Fahrzeugen in der Ebene oder im Gefälle auch mit Ein- fach-va,ndlergang (statt Gegenlaufwandler- gang) anzufahren.
Umgekehrt ist bei den drei Bremsstellun gen der Gruppe II die Wahlbetätigung das Gebotene. Doch ist es auch möglich, selbst tätig in Wirkung tretende Sicherheitsvorrich tungen zur gewünschten Bremsung vor zusehen, beispielsweise bei Fahrzeugen die Selbsteinschaltung einer hydraulischen Schlupf bremsung bei zu hoher Fahrgeschwin digkeit oder die Selbsteinschaltung der mechanischen Trennung und Festbremsung der Abtriebswelle vor Betätigung einer Wendegetriebezahnkupplung oder beim An lassen des Motors.
Hydromechanical compound transmission. The design goal of a transmission, as it is z. B. vehicles with internal combustion engines require, is as loss-free, self-acting torque conversion with the greatest possible translation when starting and steadily decreasing translation with increasing output speed from under the same drive speed as possible. The automatic Föttinger torque converters, or converters for short, are ideally suited for this purpose. It is known to expand the favorable working area of the converter even over a higher output speed by using a slip-free clutch, eg. B.
a multi-plate clutch, which connects to the starting section with converter gear by turning off the converter effect by freewheeling the stator and immediately inserting clutch between converter drive and output shaft the loss-free direct gear without traction gap. It is also known to expand the usable working range of the converter by adding additional tensile force to the start-up side and, for this purpose, also allowing the otherwise stationary stator to work on the output shaft using a reverse gear as a counter-rotating turbine. However, the simultaneous use of both measures is not known.
The invention creates a hydromechanical composite transmission that has been developed favorably for both the start-up and the high-speed side, in which a Föttinger converter with a switchable stator, a switchable reversing gear between stator and output shaft and a slip-free .Schaltkupplung between input and output shaft to one Unit are connected, in which for the starting gear the converter idler is connected as a counter-rotating turbine via the reversing gear to the driven part, for the single converter gear the idler is fixed and the reversing gear is released and for the clutch gear the idler is allowed to run freely like reversing gear can be.
1 of the drawing shows an exemplary embodiment of such a hydromechanical compound transmission in the longitudinal center section.
On the shaft 1 driven by the motor sits the pump wheel 2, which hurls the operating fluid, mostly thin 01, against the blades of the turbine wheel 3. The turbine wheel 3 forms with its hub 1 the outer disk carrier of the clutch 5, which is flanged to the output shaft 6. The inner plate carrier 7 of the clutch> is attached to the drive shaft 1. The Kol ben 8 closes the multi-plate clutch 5 as soon as the space 9 is charged with the control pressure medium; it is brought back by the spring 10 when the clutch is switched off, so that the lamellae get air between each other.
The circuit of the Föttinger converter, which remains filled in all operating states, is shown in one stage, i.e. it contains only one turbine wheel 3 and a guide ring 11, which sits in the outer diameter of the circuit and with its housing extends around three quarters of the circuit circumference So that one Ge housing half, 12, on the drive shaft 1, the other, 13, on the hub 4 of the output shaft 6 can be supported. The stator 11, 12, 12) can either revolve, be it unloaded free, be it loaded as a Gegenlauftur bine, or it can be held by the braking member 14 indicated as a brake band on the stationary Ge gearbox 15. The same basic arrangement can just as well be carried out in several stages, for example with three turbine and two guide or respectively. Counter-rotating rings.
For the counter-rotating converter gear, the reverse gear is arranged around the turbine hub 4 with clutch 5 between the housing part 13 then running in opposite directions with ring gear 16 and the output part 4, 6 with ring gear 17. It is shown here for example as a bevel gear with a gear ratio of 1: 1. The wheels 18 sit on pins 19 of the support ring 20 which is rotatably mounted on the output hub 4. On the outside, the pins 19 are encompassed by the split brake ring 21 so that the rim of the wheels 18 can be fixed non-rotatably by tightening the brake band 22 on the housing 15.
Such a hydromechanical compound transmission is able to deliver three different ranges of the output torque NI, depending on the output speed nII, which moments are identified by the line in FIG. 2: In the starting range a, connected as a counter-rotating converter, the steepest torque curve, in Middle range b, in the single converter gear, moderately inclined torque curve, in the high-speed range c, in the slip-free clutch gear, the lossless engine torque.
These include the following circuits of the embodiment of FIG. 1: In starting gear a, the brake member 11 and the clutch 5 are released, the brake member 22 is tightened; thus works: adding up both the torque of the turbine wheel 3 directly and indirectly the counter-rotating torque of the blade ring 11 via the reversing gears 16, 18, 17 on the output shaft 6 - largest torque increase. In the single converter gear b, the braking element 14 is tightened, the braking element 22 and the clutch 5 are released.
As a result, only the moment of the turbine wheel 3 works on the output shaft 6, while the counter moment of the (stationary) stator is supported on the housing 15 and the gear part 18, 19, 20, 21 moved by the drive ring 17 with the reversing gears 18 rolling on the stationary Ring gear 16 (of the stator 11) revolves empty - moderate torque increase. In the emergency exit c, the braking elements 14 and 22 are released, whereas the clutch 5 is tightened by the piston 8 by means of a pressure line in space 9.
The simple engine torque from the drive unit) s- # vellc @ 1 is passed through the clutch to the output shaft 6 without loss, while the stator parts 11, 12, 13, 16 and the gear parts 17, 18, 19, 2'0, 21 follow each other at the same speed without any movement - lossless clutch gear with unincreased engine torque. In these three to drive gaits, only one of the three switching elements is closed respectively. switched on.
Three more valuable operating states are obtained if you close two of the three switching elements at the same time.
The operating state of hydraulic slip braking is obtained when the stator brake element 14 and the clutch 5 are switched on, but the brake element 22 is released. The mechanically coupled wheels 2 and 3 then drive the liq fluid in the circuit against the fixed existing guide vanes 11 as a vortex brake of known steep speed dependence. This braking option can speed because of beque mer heat dissipation from the gear fluid and to avoid any wear, z. B. len for vehicles on long slopes, be quite valuable.
The operating state of intensified hydraulic braking is achieved when both the clutch 5 and the reversing gear brake element 22 are switched on, but the guide ring brake element 14 is released. The wheels 2 and 3, which are mechanically coupled to one another, then work against the guide ring 11, which is driven in opposite directions via the reversing gear, as the sharpest vortex brake.
Finally, all output parts can be kept separate and immobile from the motor by releasing the clutch 5 and tightening the stator and reverse gear brake elements 14 and 22. Then the decoupled th output parts on the reversing gears 18 and the guide ring housing part 13 by the braking member 14 at rest insensitive held th to any engine torques. This is of value e.g. B. when starting and warming up the engine, also menarbeit the compound transmission with an underlying gear step and / or reversing gear, whose smooth: circuit with positive fit (through teeth or claws) succeeds practically only without pressure load.
The reverse gear is not bound to the., Asked design. .So it can, depending on the desired torque gradient in the starting range a, between the ring gears 16 and 17 get a sub or translation th. Then the bevel gears 16 and 17 are different sizes and the bevel gears 18 he hold two ring gears of different diameter;
or else the bevel gears 18 together with the journals 19 come to an incline (towards the converter or inclined away from it). i The reverse gear does not need to be a rotating gear when switched off, but it can, for example, a fixed mounting of the wheel carrier 19, 20, 21 in the housing 15 with replacement of the brake band 22 by a clutch between the gear 17 and output part 4, 6 he hold.
The reverse gear can also be designed with spur gears instead of bevel gears flat in a plane perpendicular to the shaft axis, for example if instead of the axially relatively long multi-plate clutch 5, a large diameter disc or cone clutch between the wheel disks of the pump wheel 2 and the turbine wheel 3 is preferred , even if you possibly with fixed storage of the reverse spur gears whose braking organ is replaced by a flat disk coupling between the (17 corresponding) output gear and the output part 4, 6.
The circuit of the brakes and clutches of the compound transmission is advantageously actuated in a known manner by an auxiliary power (compressed air or fluid, electromagnetic table).
With regard to the control, group I of the three operating states can each have a closed switching element, i. H. the three different drive gears, from group II of the three operating states with two closed switching elements each, d. H. the three different braking positions. i: n differentiate. The former can be made independent of the operation in that, depending on the output, the switching elements of the three transmission ranges n, <I> b, </I> c (FIG. 2) are switched on automatically without interruption of the tractive force when starting sequence: reverse gear switch-idler brake-clutch.
For control, the output speed can be used by means of a regulator on the shaft 6 or the output torque by means of a torque meter in the shaft 6. It remains unaffected in group I to enable selection of certain gears by means of band-operated bridging shift elements, for example in order to approach vehicles on level ground or on a slope with a single alternating gear (instead of counter-rotating gear).
Conversely, with the three braking positions in group II, the selection is required. But it is also possible to take active safety devices into action for the desired braking, for example in vehicles the automatic activation of hydraulic slip braking when the vehicle is traveling too high or the automatic activation of the mechanical separation and locking of the output shaft before actuating a reversing gear clutch or when connecting let the engine.