DE1775037A1

DE1775037A1 - Hydromechanisches,stufenlos regelbares Getriebe

Info

Publication number: DE1775037A1
Application number: DE19681775037
Authority: DE
Inventors: Galaniuk Alexander H
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1967-10-12
Filing date: 1968-06-28
Publication date: 1971-06-03
Also published as: DE1775037B2; DE1775037C3; US3425295A

Description

Patentanwalt

München 13
Hohenstauienstr.2, Tel.338111 8 München 13, den 28. J^unM968

FK-22k5

Ford-Werke Aktiengesellschaft Köln-Deutz Ottoplatz 2

"Hydromechanisches, stufenlos regelbares Getriebe."

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Se.No. 674 911 vom 12. Oktober 1967 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Kurzbeschreibung

Die Beschreibung offenbart ein hydromechanisches Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit Automatikantrieb, dessen Drehmoment stufenlos regelbar ist. Die Änderung des Drehmomentenverhältnisses wird ohne die Verwendung von Reibungskupplungen oder Bremsen bewirkt. Ein aufgeteilter Drehmomentenweg wird zwischen der Kurbelwelle und der Antriebswelle bei der

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Beschleunigung aus dem Stand hergestellt» ein Teil davon ist hydrokinetisch und der ander« Teil ist mechanisch. Mit zunehmender Beschleunigung verschwindet das Drehmoment des hydroklnetischen Teils. Während der normalen Fahrt des Kraftfahrzeuges ist der Drehmomentenweg hauptsächlich mechanischer Natur.

Hauptbeschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe sowohl für Kraftfahrzeuge mit Vorderantrieb, wie auch für Kraftfahrzeuge mit Hinterantrieb, bei welchen die Kurbelwelle quer zur Längsachse des Fahrzeuges liegt. Sie kann aber auch in solchen Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen, bei welchen die Kurbelwelle und die das Drehmoment Übertragenden Wellen parallel zur Längsachse des Fahrzeuges liegen.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist in der Anordnung eines hydrokinetischen Drehmomentenwandlers mit einer Mehrfachbeschaufelung zu sehen, die um ein zusammengesetztes Planetengetriebe in radialer

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Anordnung gruppiert ist. Die Abtriebswelle dieses Planetengetriebe» ist über das erfindungsgemäße Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden. Ein Umgehungsdrehmoaentenweg vervollständigt den mechanischen Drehmomentenweg des Getriebes.

Die hydrokinetisch bewirkte Vervielfachung des Drehmomentes hängt ab von dem Drehzahlverhältnis des Wandlers, daa seinerseits durch das Verhältnis zwischen der Absolutdrehzahl der Turbine und der Absolutdrehzahl der Pumpen bestimmt ist. Die Pumpen sind mittels Überholkupplungen mit einem Teil des Getriebes verbunden, dieser Teil wird auch durch die Kurbelwelle mittels des mechanischen Teils des Drehmomentenwegs angetrieben. Wird bei einem Anstieg des Drehzahlverhältnisses die Drehmomentenabgabe des Wandlers reduziert, dann wird auch die toroidale Strömung entsprechend reduziert, und zwar als Folge der bewirkten Reduzierung der Absolutdrehzahl der Pumpe.

Wird die Drehzahl der Pumpe reduziert, dann wächst der Prozentsatz der mechanischen Drehmomentenab-

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gäbe an. Es kann eine Vorkehrung dafür getroffen sein, die Pumpe dann zu verankern, wenn die Drehmoment enabgabe des hydrokine tischen Drehmomentenwandlers ein Minimum erlangt hat. Wird dies ausgeführt, dann ist der Drehmomentenweg im wesentlichen mechanisch, und es sind dann keine hydrokinetischen Verluste vorhanden» die den normalen Fahrbetrieb stören würden.

Ein Rückwärtsfahren wird durch eine Verankerung der Turbine der hydrokinetischen Einheit und einer Freigabe des Leitrades erzielt. Das Leitrad» welches mit einem Reaktionsteil des zusammengesetzten Getriebes während der Vorwärtsfahrt verbunden ist, wird nunmehr der Antriebeteil, während der direkt mit der Turbine verbundene Teil ein Reaktionsteil wird. Der Drehmomentenweg ist in seiner Gesamtheit hydrokinetisch, während das Getriebe das wirksame Drehmoment, mit welche« das sogenannte Turbo-Leitrad beaufschlagt wird, vervielfacht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigtt

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Getriebe,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1 zur Veranschaulichung der das Leitrad und die Turbine wahlweise verankernden Bremse,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Figur 1,

Fig. k einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 1,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Figur 1, und

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Figur 1.

Mit der Bezugsziffer 10 ist in Fig. 1 die Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine gezeichnet. Mit 12 ist ein Ringrad dee Starters bezeichnet, das von einer Triebwerkplatte ¹Ik getragen wird, welche

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über ihrer Nabe 16 mit der Kurbelwelle 10 verbunden ist. Auf die Kurbelwelle 10 aufgekeilt ist ein Sonnenrad 18 eines einfachen Planetenge tr iebee 20. Das Planetengetriebe 2O umfaßt Planetenräder 22, die auf Wellen Zh drehbar gelagert sind. Die Wellen 2k umfassen, teilweise einen Planetentrager 26, der über seine Nabe gegenüber der Kurbelwelle 10 geführt ist. Geeignete Lager 30 und 32 sind für diesen Zweck vorgesehen.

Die Planetenräder 22 stehen in Eingriff mit einem Hohlzahnrad 3k, Ein mit diesem Hohlzahnrad 3k verkeiltes Abstandstück 36 verbindet das Hohlzahnrad 3^ mit dem Sonnenrad 38 eines zweiten Planetengetriebes k0. Dieses Getriebe umfaßt ein Hohlzahnrad k3 und zwei Satz Planetenräder, ein Satz umfaßt die Planetenräder kZ_t die auf Wellen kk drehbar gelagert sind. Die Wellen kk bilden einen Teil des Trägers k6.

Der Träger k6 lagert auch einen zweiten Satz nicht dargestellter Planetenräder drehbar, die in Eingriff stehen mit den Planetenrädern k2 und dem

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Sonnenrad 38. Die Planetenräder k2 stehen in Eingriff mit dem Hohlzahnrad kj. Der Träger k6 kann, wie dargestellt, über einer Schulter des Abstandstückes 36 drehbar gelagert sein, diese Schulter ist als Nabe des Abstandstückes 36 mit der Bezugsziffer 48 bezeichnet.

Mit der Bezugsziffer 50 ist ein hydrokinetischer Drehmomentenwandler bezeichnet. Er umfaßt eine Pumpe 52, eine erste Turbine 5^, ein Leitrad und eine zweite Turbine 58. Diese Teile sind derart angeordnet, daß eine toroidale Strömung auftritt. Jeder Teil hat ein inneres und ein äußeres Gehäuse, die mit die Strömung lenkenden Schaufeln zusammenarbeiten, um dadurch Strömungskanäle zu bilden.

Das äußere Gehäuse der Pumpe 52 ist bei 60 mit einem sich radial erstreckenden Bremsträger 62 verbunden. Dieser trägt eine Bremsscheibe 6k, die einer von einer stationären Wand 68 getragenen Reibungsfläche 66 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Wand 68 bildet einen Teil eines stationären Getriebegehäuses 70. Sie ist an ihrem Umfang 72

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mittels Schrauben mit dem Getriebegehäuse 70 verbunden. Der mittlere Teil der Wand 68 let mit einer Dichtungsöffnung 7k versehen, die mit einer die Nabe 16 der Triebwerksplatte "\h umfassenden Laufdichtung 76 zusammenwirkt*

Das Leitrad 56 umfaßt ein äußeres Gehäuse 78, welches über seine Nabe mit dem Träger 46 bei 80 verkeilt ist. Der Träger k6 besitzt eine hohlzylindrische Verlängerung, welche das Planetengetriebe Uo umschließt, diese Verlängerung ist mit Keilnuten 80 versehen. Die hohlzylindrische Verlängerung des Trägers k6 schafft auch eine Lagerfläche für eine Kupplungsnabe 82, die aufgenommen ist in einer mit Keilnuten versehenen Öffnung 8h der Nabe 86 der Turbine 58.

Das Gehäuse J8 ist mit einem Vorsprung 88 versehen, der in einer ringförmigen Lagerausnehmung aufgenommen ist. Ein an dem Gehäuse 78 ausgeformter Bremsring 92 ist über seinen Umfang mit Ausnehmungen 9h versehen, die insbesondere aus Flg. erkennbar sind.

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Das äußere Gehäuse 96 der Turbine $k ist gleichfalls mit einem Bremsring 98 versehen. Auch dieser Bremsring 98 ist über seinen Umfang mit Ausnehmungen 100 versehen, die den Aueformungen 9^ des Bremsringes 92 entsprechen. Rollen 102 und IQk wirken mit den Ausnehmungen 9^ bzw. 100 zusammen. Die Rollen 102 und lOk werden durch einen Nockenring IO6 betätigt. Dieser Nockenring IO6 ist über seinen Innenumfang mit Nockenausnehmungen 108 versehen. Die Rollen 102 und lOk sind durch einen Käfig 110 auf Abstand gehalten. Dieser Käfig 110 umfaßt die Ringe 92 und 98. Er ist mit Öffnungen versehen, die Je eine Rolle aufnehmen, wie dies insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist.

Wird der Nockenring 106 in die in Fig. 2 dargestellte Lage überführt, die bei Vorwärtsfahrt gegeben ist, dann kommen die Rollen 10*» außer Eingriff mit den Ausnehmungen 100 und gleichzeitig kommen die Rollen 102 in Singriff mit den Ausnehmungen 9k. Dadurch wird das Leitrad 56 gegenüber dem Gehäuse verriegelt, und die Turbine 5k wird dadurch freigesetzt. Eine Bewegung des Nockenringes 106 in der entgegengesetzten Richtung schafft

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die Vorkehrungen für die Rückwärtsfahrt. Der Nokkenring 106 bringt dann die Rollen 102 aufler Singriff mit den Ausnehmungen 94 und bringt die Rollen 104 in Eingriff mit den Ausnehmungen 100, Dadurch wird die Turbine 54 verankert und das Leitrad 56 freigesetzt.

Der Käfig 110 wird aufgenommen von einer Ausnehmung 112, er ist bei 114 gegenüber dem Gehäuse 70 verriegelt. Der Nockenring I06 wird durch den Käfig 110 und durch einen oder mehrere Zapfen 116 in seiner Lage gehalten.

Die Turbine 54 umfaßt ein inneres Gehäuse 118, welches eine äußere Spur für zwei Überholkupplungen 120 und 122 bildet. Diese Kupplungen können Kupplungsteile in Form von Rollen oder in Form von Spreizkörpern besitzen. Sofern die Kupplungsteile die Form von Rollen haben, kann die Spur 118 mit nockenformigen Nuten versehen sein, die mit den Rollen zusammenwirken. Die innere Spur für die Kupplung 120 ist ein Ringkörper 124, welcher mit dem Gehäuse 126 der Turbine 58 verkeilt ist. Die innere Spur für die Kupplung 122 ist ein Ringkörper 128, welcher mit einem das Drehmoment weitergebenden

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Teil 130 verbunden ist, der zwischen dem Eintrittsquerschnitt der Pumpe 52 und dem Austrittequerschnitt der Turbine 58 verläuft. In diesem Abschnitt ist der Teil 130 mit Öffnungen versehen, die eine Unterbrechung des toroidalen Strömungskreislaufes verhindern. Der Teil 130 ist innen mit dem Hohlrad "}k verkeilt.

Das Hohlrad 3^ bildet auch eine innere Spur für eine Überholkupplung 13Ί· Diese Kupplung besitzt zwei Satz Rollen, die zwischen der äußeren Fläche der Spur 132 und der inneren Zylinderfläche des Kupplungsteils 82 angeordnet sind, welcher als eine äußere Spur ftir die Rollen I3U dient.

Der sich radial nach innen erstreckende Bereich 136 der Gehäusewand ist mit einer Lageröffnung versehen, welche der Aufnahme einer Schieberhülse 1*10 für ein Universalgelenk 1^2 dient. Die Hülse 1*f0 ist mit dem Hohlrad hj gekoppelt, das Universalgelenk 1^2 koppelt das Hohlrad k3 mit einem Antriebsrad über die Antriebswelle

Die Hülse ΐΊθ ist mittels Bolzen IU6 mit einer Bremsscheibe IU8 verbunden. Diese Bremsscheibe dient der

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Abbremsung der Antriebswelle ikk.

Das Hohlrad hj kann auch ein Zahnrad 152 als Standbremse tragen, mit welchem eine Klinke in Eingriff bringbar ist. Wie insbesondere aus Fig. 3 erkennbar, ist die Klinke 15** über einen Zapfen I56 schwenkbar gelagert, der Zapfen I56 ist gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Wird die Klinke durch einen Betätigungsnocken 158 in einer Richtung niedergedrückt, dann wird das Hohlrad k3 und die Welle ihk stationär angehalten. Dies ist in Fig. 3 gezeigt.

Während der Beschleunigung in Vorwärtsrichtung aus dem Stand wird das Hohlrad ^3 stationär gehalten, da es direkt mit der stationären Welle ikk verbunden ist. Das Sonnenrad 38 und daher auch das Hohlrad 3k sind folglich gleichfalls stationär. Das Sonnenrad 18 wird in diesem Zeitpunkt unmittelbar durch die Kraftmaschine angetrieben. Es sei angenommen, daß die Kraftmaschine entgegen Urzeigerrichtung dreht, wenn man in Richtung der Achse der Welle 1^ blickt. Die Pumpe 52 wird dann in der gleichen Richtung mit reduzierter Drehzahl angetrieben. Das auf das Hohlrad Jk einwirkende Drehmoment wirkt dann in Urzeigerrichtung. Dieses in

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Urzeigerrichtung wirkende Drehmoment versucht die Turbine 5^ gleichfalls in Urzeigerrichtung anzutreiben, und zwar deshalb, weil das Hohlrad 34 mit ihr direkt durch die Überholkupplung 122 verbunden ist. Da die Pumpe rotiert, wird ein toroidaler Flüssigkeitskreislauf hergestellt. Dieser stellt in üblicher Art und Weise ein Drehmoment in der Turbine ^h her. Wegen der Anwesenheit des Leitrades 56 wirkt auch das in der Turbine 53 entwickelte Drehmoment in Urzeigerrichtung. Dieses Drehmoment wird über die Überholkupplung "\Jk an das Hohlrad 3k abgegeben. Das auf das Sonnenrad 38 einwirkende Drehmoment stellt somit die Resultierende aus dem an das Hohlrad 3^ hydrokinetisch und mechanisch gelieferte Drehmoment dar.

Das Sonnenrad 38 dreht in Urzeigerrichtung. Wegen des Vorsehens der doppelten Planetenräder in dem Planetengetriebe ^O wird auch dae Hohlrad k3 in Urzeigerrichtung angetrieben. Die auf die Welle ikh ausgeübte Antriebekraft bewirkt eine Vorwärtsbewegung.

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Während das Kraftfahrzeug beschleunigt, dreht sich die Turbine 54 in Urzeigerrichtung. Während sich die Drehzahl der Turbine erhöht, nimmt deren wirksames Drehmoment ab. Dies hat zur Folge, daß die Drehzahl der Pumpe allmählich zu Mull wird.

Wegen des Vorsehens der Überholkupplung 134 vermag die Turbine 58 unabhängig von der Turbine 54 frei zu laufen. Die Turbine 54 wird demzufolge unwirksam, wenn sich die hydrokinetisch« Strömung in ihrer Richtung in einem solchen Maße ändert, daß eine Drehmomentenlieferung durch die Turbine 54 nicht mehr möglich ist. In diesem Zeitpunkt wird aber von der Turbine 58 über die Kupplung 134 an das Hohlrad 34 ein Drehmoment geliefert.

Nachdem die Drehzahl der Pumpe 52 wesentlich reduziert ist, kann die Kupplung, vie zum Teil bei 66 und 64 gezeigt, eingerückt werden. Dies wird dadurch bewirkt, daß der Druck des Flüssigkeitskreislaufes auf einen Wert erhöht wird, bei welchem die Turbine 52 in geringem Maße nach links verrückt wird. Danach ist der Drehmomentenweg von

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der Kurbelwelle zu der Welle 1UU ausschließlich mechanisch. Vor diesem Zeitpunkt wird jedoch ein Teil des Drehmomentes hydrokinetisch geliefert, und das Drehmomentengleichgewicht wird mechanisch geliefert. Der Anteil der hydrokinetisch gelieferten Kraft nimmt während der zunehmenden Beschleunigung progressiv ab, und zwar wegen der schwindenden Kennlinien des Wandlers.

Während der mechanischen Betätigung treten in dem System deshalb keine Verluste der toroidalen Strömung auf, weil in dem Kreislauf keine Strömung besteht, nachdem die Pumpe stillgesetzt wurde.

Um eine Rückwärtsfahrt zu ermöglichen, ist es lediglich erforderlich, den Nockenring 106 gemäß Figur 2 nach links zu verdrehen. Dadurch wird die Turbine 5h verriegelt, so daß sie als Leitrad wirkt und gleichzeitig wird das Leitrad $6 freigesetzt, so daß es als Turbine wirkt. Die Pumpe wird durch das Sonnenrad 18 angetrieben, und das Hohlrad "}h wirkt deshalb als Reaktioneteil, weil es gegenüber dem Gehäuse durch die stationäre

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Turbine $k und die Überholkupplung 122 verankert ist. Durch die angetriebene Pumpe 52 wird ein toroidaler FlUesigkeitekreislauf hergestellt. Das entriegelte Turbo-Leitrad 56 dreht nunmehr in der gleichen Richtung wie die Kurbelwelle. Diese Bewegung wird auf den Träger k6 übertragen. Das Sonnenrad 38, welches mit dem stationären Hohlrad 3k verbunden ist, wirkt als ein Reaktionsteil, und das Hohlrad kj und die Welle '\kk werden dann entgegen Urzeigerrichtung gedreht, diese Richtung entspricht der Rückwärtsfahrt.

Die Anordnung der einzelnen Bauelemente der Planetengetriebe innerhalb des Wandlers reduziert die Dimensionen der Getriebeanordnung. Es ist möglich, sowohl die Kraftmaschine wie auch das Getriebe über eine gemeinsame Achse anzuordnen. Es ist nicht erforderlich, zwischen einer Kurbelwelle und einer parallel zu dieser mit Abstand angeordneten Antriebsachse einen Kettentrieb oder verzahnte Verbindungen herzustellen.

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Claims

Ansprüche

1. Hydrokinetisches Getriebe mit einem Drehmomentenwandler,bestehend aus einem Pumpenteil»einem Leitrad und wenigstens einem Turbinenteil in toroidaler Strömung, und einem innerhalb des Wandlers angeordneten Planetangetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe zwei Einheiten umfasst,von welchen der Träger(26) des einen (20) mit dem Pumpenteil (52) des Wandlere (50) verbunden ist und das Sonnenrad (38) des anderen (40),zwei Satz von einem gemeinsamen Träger (46) gehalterter, in Eingriff miteinander stehender Planetenräder (42) umfassenden Planetengetriebes mit dem einen Satz und das treibend mit der Abtriebewelle (144) verbundene Hohlrad (43) mit dem anderen Satz Planetenräder in eingriff steht, und daß zwischen dem Turbinenteil (58) und dem Hohlrad (34) des einen Planetengetriebes (20) eine Überholkupplung (134) angeordnet ist.

2« Getriebe nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß der Pumpenteil (52) des Wandlere (50) mit einer nach einer Beschleunigung der Abtriebswelle (144) und einer dadurch bewirkten Drehzahlverringerung des Pumpenteils eingerückten Reibungskupplung (64»66) in Wirkverbindung gehalten ist,von welcher der eine Reibungsteil (64) von einem mit dem Pumpenteil (52) verbundenen Bremsträger (62) und der andere Teil (66) von einer stationären Wand (68) des Getriebegehäuses (70)gehalten ist.

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3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (50)zwei Turbinenteile (54i58) umfasst, von welchen der eine Teil (54) radial aussen und der andere,mit dem Hohlrad (34)des einen Planetengetriebes (20) über eine Überholkupplung (134) verbundene Teil (58) radial innen liegt, und daß der eine Turbinenteil (54) über eine zweite, von der ersten Uberholkupplung (134) unabhängige Überholkupplung (122) mit dem Hohlrad (34) Äes einen Planetengetriebes (20) verbunden ist»

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Turbine¹ nt eile (54*58) über eine Uberholkupplung (120) miteinander verbunden sind, die eine Relativbewegung zwischen den beiden Turbinenteilen in der einen Drehrichtung verhindert, jedoch in der anderen Drehrichtung einen Freilauf erlaubt·

ο Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 t dadurch gekennzeichnet, daß eine wahlweise einrückbare erste Bremse (92,94»102) zur Verankerung dee Wandler-Leitrades (56) und eine dieser entsprechende, gleichfalls wahlweise einrückbare zweite Bremse (98,100, 104)zur Verankerung des ersten Turbinenteile (54) gegenüber einem stationären Gehäuseteil (78) vorgesehen sind, wobei während der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges nur das Leitrad (56) und während der Rückwärtsfahrc nur der Turbinenteil (54) verankert ist·

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BAD ORIGINAL

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