DE69110367T2

DE69110367T2 - Wechselgetriebe, insbesondere für kraftfahrzeuge.

Info

Publication number: DE69110367T2
Application number: DE69110367T
Authority: DE
Inventors: Roumen Antonov F-75008 Paris Antonov
Original assignee: Antonov Automotive Europe BV
Current assignee: Antonov Automotive Europe BV
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: ES2030380T3; CA2054740A1; FR2662483A2; EP0469145A1; WO1991013275A1; AU7478491A; CS49991A3; JP3042707B2; CZ284535B6; JPH05500551A; KR920701720A; DK0469145T3; CA2054740C; SK281220B6; DE469145T1; GR3017381T3; DE69110367D1; US5213551A; AU642995B2; ES2030380T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe mit veränderlicher Übersetzung, insbesondere für ein Automobil.
Man kennt die sogenannten "Automatikgetriebe", die ein Mittel zur Energieübertragung mittels relativem Winkelschlupf aufweisen, das in Reihe mit einem dreiachsigen Differentialgetriebe montiert ist.
Das Mittel zur Energieübertragung besteht im allgemeinen aus einem hydraulischen Drehmomentwandler. Dieser umfaßt als treibendes Organ einen hydraulischen Energiegenerator, der Pumpe genannt wird, und der mit dem Eingang des Getriebes verbunden ist, und als angetriebenes Organ einen hydraulischen Motor, Turbine genannt, der aus der von der Pumpe gelieferten hydraulischen Energie mechanische Energie erzeugt, und der mit einer der drei Wellen des Differentialgetriebes verbunden ist.
Das Differentialgetriebe wird im allgemeinen durch ein Planetengetriebe gebildet, von dem eine Welle, außer der mit der Turbine verbundenen Welle, mit dem Ausgang des Getriebes verbunden ist. Die dritte Welle des Planetengetriebes kann entweder festgesetzt werden, um das Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe zu betreiben, oder kann mit einer der beiden anderen Wellen verbunden werden, um das Planetengetriebe in einen direkten Gang zu schalten.
Der Drehmomentwandler hat den Vorteil, die Reibungskupplung zu ersetzen und durch sich selbst, als Funktion des Geschwindigkeitsverhältnisses Turbine/Pumpe, eine gewisse variable Vervielfältigung des Drehmoments zu ermöglichen, die es zuläßt, das Getriebe mit einer verringerten Anzahl von mechanisch voneinander verschiedenen Übersetzungsverhältnissen zu realisieren, beispielsweise lediglich mit zwei Gängen mit einem einzigen Planetengetriebe, wie es weiter oben erwähnt worden ist.
Auf der anderen Seite bringen die klassischen Automatikgetriebe verschiedene schwere Nachteile mit sich. Ihr Wirkungsgrad ist sehr schlecht, insbesondere im Stadtverkehr. Desweiteren ist ihr Gewicht sehr hoch, ihre Kosten sind ebenfalls hoch und sie sind von großer Komplexität, insbesondere wenn sie mehrere Übersetzungsverhältnisse aufweisen, wie es der gegenwärtige Trend will.
Sicherlich weisen die neueren Getriebe einen direkten Gang auf, der betätigt wird, wenn das Fahrzeug eine gewisse Reisegeschwindigkeit erreicht, um die in diesem Stadium auftretenden Verluste des Drehmomentwandlers zu eliminieren. Indessen löst eine solche Anordnung, die die Komplexität weiter vergrößert, jedoch nicht das Problem der sehr beträchtlichen Leistungsverluste, wenn der Drehmomentwandler mit geringer Geschwindigkeit betrieben wird, und besonders in der Beschleunigungsphase.
Man kennt desweiteren Anordnungen, bei denen die Antriebswelle direkt eine Welle des Differentialgetriebes antreibt und über ein variables Kupplungsmittel eine weitere Welle des Differentialgetriebes, wobei die dritte Welle mit dem Getriebeausgang verbunden ist.
So wird lediglich ein Teil der Leistung über das variable Kupplungsmittel geleitet. Gemäß der US-A-3 426 618 ist das variable Kupplungsmittel ein Drehmomentwandler, dessen Ausgang mit der zweiten Welle des Differentialgetriebes unter Zwischenschaltung eines mechanischen Reduziergetriebes verbunden ist. Der Drehmomentwandler kann daher vergleichsweise klein sein und ermöglicht reduzierte Verluste.
Man ist im folgenden auf ein relativ komplexes Getriebe gestoßen, das bei einem Beispiel zwei epizykloidische Getriebe aufweist, um lediglich zwei Übersetzungsverhältnisse zu realisieren. Die Steuerung des Übergangs von einem Gang in den anderen ist komplex mit simultanen Steuerbefehlen für eine Kupplung und eine Bremse in Abhängigkeit von Parametern wie der Drehgeschwindigkeit und/oder des zu übertragenden Drehmoments, die durch Meßfühler oder ähnliches ermittelt werden müssen. Ein solches System kann ruckeln oder im Gegenteil Zugkraftunterbrechungen verursachen.
Gemäß der FR-A- 686 463 ist das variable Kupplungsmittel eine Fliehkraftkupplung, die entweder die zweite Welle mit dem Eingang kuppelt, um einen direkten Gang zu realisieren oder die zweite Welle völlig frei gibt, um das Differentialgetriebe als Reduziergetriebe zu betreiben, wobei die zweite Welle durch einen Freilauf zurückgehalten wird. Man hat daher immer nur zwei verschiedene Betriebszustände.
Das Ziel der Erfindung ist es daher, ein Wechselgetriebe vorzuschlagen, das der beschriebenen Gattung angehören soll, aber das einerseits sehr einfach und ökonomisch sein soll, andererseits zumindest einen zusätzlichen Betriebszustand bieten soll.
Die Erfindung geht daher, gemäß der FR-A- 686 463 von einem Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, aus, mit einem zwischen einem Getriebe-Eingang und einem Getriebe-Ausgang angeordnetem Differentialgetriebe mit drei Anschlüssen (Wellen), von denen zumindest während bestimmter Betriebsphasen:
- eine erste Welle des Differentialgetriebes mit dem Getriebe- Ausgang verbunden ist;
- eine zweite Welle des Differentialgetriebes mit einem angetriebenen Getriebeteil eines ersten selektiven Kupplungsmittels verbunden ist, das für den Übergang von einem ersten Getriebegang zu einem zweiten Getriebegang bestimmt ist, in dem die Rotationsgeschwindigkeit des Getriebe-Ausgangs in bezug auf die des Eingangs größer ist als im ersten Getriebegang, wobei ein antreibendes Getriebeteil des selektiven Kupplungsmittels mit dem Getriebe-Eingang verbund ist; und
- eine dritte Welle des Differentialgetriebes mit dem Eingang des Getriebes unabhängig von der ersten Kupplung verbunden ist,
und mit Feststellmitteln zum Unterbinden einer rückwärtigen Drehung der zweiten Welle, wenn bei einer Betriebweise im ersten Getriebegang das erste selektive Kupplungsmittel die zweite Welle realtiv zum Getriebe-Eingang freigibt, wobei die erste selektive Kupplung von dem Typ ist, der in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit arbeitet und einen Schlupf mit Übertragung eines Drehmoments zuläßt, das von dieser Winkelgeschwindigkeit abhängig ist, dergestalt, daß sich der Übergang zum zweiten Getriebegang automatisch zu höheren Geschwindigkeiten hin verschiebt, wenn das zu übertragende Drehmoment erhöht wird.
Gemäß der Erfindung ist das Getriebe dadurch gekennzeichnet, daß im eingekuppelten Zustand das erste selektive Kupplungsmittel für den zweiten Getriebegang eine die Geschwindigkeit reduzierende Verbindung zwischen dem Getriebe-Eingang und der zweiten Welle des Differentialgetriebes herstellt, und daß ein zweites selektives Kupplungsmittel vorgesehen ist, das auf eine Winkelgeschwindigkeit reagiert, um eine weitere Übersetzung zu realisieren, die einem direkten Gang zwischen der ersten und der dritten Welle des Differentialgetriebes entspricht.
Bei Betrieb im ersten Gang ist das erste selektive Kupplungsmittel im wesentlichen ausgekuppelt, daher wird fast die gesamte Leistung auf die dritte Welle gegeben, und nicht über das selektive Kupplungsmittel geleitet, da die Drehgeschwindigkeit des Kupplungsmittels es diesem noch nicht erlaubt, auf die zweite Welle das notwendige Reaktionsmoment zu übertragen, um das Differentialgetriebe als Untersetzungsgetriebe zwischen seiner dritten Welle, die direkt mit dem Getriebeeingang verbunden ist und seiner ersten Welle, die mit dem Ausgang desselben verbunden ist, zu betreiben. Das Reaktionsmoment wird durch die Mittel geliefert, die die zweite Welle daran hindern, rückwärts zu drehen, beispielsweise durch eine Bremse oder vorzugsweise durch einen Freilauf. Der erste Gang wird daher durch eine mechanische Verbindung zwischen der dritten Welle und der ersten Welle gebildet, ohne hydraulische Maßnahmen, selbst in dem Fall, wo das selektive Kupplungsmittel ein Drehmomentwandler ist.
Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des treibenden Organs des Übertragungsmittels steigt, überträgt dies beginnend mit einem bestimmten Stadium ein Drehmoment, das das unbedingt notwendige Reaktionsmoment auf der zweiten Welle übersteigt. Ab da beginnt sich die zweite Welle so in einem Drehsinn zu drehen, daß die Ausgangsgeschwindigkeit des Getriebes vergrößert wird. Das Differentialge triebe funktioniert so als Leistungsaddierer, d.h. daß die erste Welle, die mit dem Getriebeausgang verbunden ist, die Summe der Leistungen erhält, die über die zweite Welle über das selektive Kupplungsmittel und über die dritte Welle direkt vom Eingang her übertragen werden.
In dieser zweiten Funktionsphase variiert das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang als Funktion des Schlupfes des selektiven Kupplungsmittels. Wenn das an den Ausgang des Getriebes angelegte Moment beständig ist, auf jedem Fall aber, wenn er vergrößert wird, kann das selektive Kupplungsmittel, zumindest wenn er vom Typ des Drehmomentwandlers ist, einen Schlupf zulassen, der das Geschwindigkeitsverhältnis von Ausgang/Eingang des Getriebes verringert, und so das Ausgangsmoment des Getriebes erhöht. Dies entspricht dem, was man von einem Automobilgetriebe erwartet, nämlich eine höhere Rotationsgeschwindigkeit dann zu ermöglichen, wenn das an die Räder zu liefernde Drehmoinent erhöht wird.
Weil die geschaffene Verbindung zwischen dem Getriebe-Eingag und der zweiten Welle des Differentialgetriebes eine Verbindung mit Geschwindigkeitsreduktion sein sollte, kann inan auch auf ein erstes Kupplungsmittel zurückgreifen, daß dazu in der Lage ist, eine starre Verbindung zu schaffen, vorausgesetzt, daß die durch das erste Kupplungsmittel aktivierte Verbindung zwischen dem Getriebeeingang und der zweiten Welle einen Geschwindigkeitsreduzierer aufweist.
Eine dritte Betriebsphase wird realisiert, wenn das zweite selektive Kupplungsmittel zwei Wellen des Differentialgetriebes verkuppelt und so einen direkten Gang schafft.
Das erste selektive Kupplungsmittel kann ein Drehmomentwandler sein. Ein solcher Apparat hat den Vorteil, das Drehmoment zu verstärken, wenn er mit Schlupf arbeitet. Er hat auf der anderen Seite den Nachteil, teuer zu sein, viel Platz zu beanspruchen und ständig Energie zu verbrauchen.
Vorzugsweise ist das selektive Kupplungsmittel eine Kupplung, die in Abhängigkeit von der genannten Drehgeschwindigkeit gesteuert wird, um aus einem entkuppelten in einen eingekuppelten Zustand überzugehen, jedesmal dann, wenn die Drehgeschwindigkeit des Kupplungsmittel im ansteigenden Sinne ein voreingestelltes Geschwindigkeitsintervall durchläuft.
Es hat sich in der Tat herausgestellt, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine einfache gesteuerte Kupplung mit einer geeigneten Progressivität einen Drehmomentwandler ersetzen kann und dabei folgende Vorteile bietet:
- niedrige Kosten;
- niedriger Raumbedarf;
- Vermeidung von Verlusten jedesmal dann, wenn komplett eingekuppelt oder ausgekuppelt ist;
- akzeptable und deutlich verringerte Verluste als man zuvor hätte vermuten können jedesmal dann, wenn die Kupplung unter Belastung durchdreht, solange nur ein Teil der Leistung über diese Kupplung geleitet wird, zumindest während des Durchdrehens.
Um den Geschwindigkeitsbereich der Kupplung als ansteigende Funktion des durch das Getriebe übertragenen Drehmoments zu variieren, kann man vorteilhafterweise die auf die Kupplung angelegte Andruckkraft als steigende Funktion der Geschwindigkeit ausgestalten. So wird für ein zu übertragendes größeres Drehmornent, das eine größere Anpreßkraft zum Einkuppeln nötig macht, die Geschwindigkeit, zu der eingekuppelt wird, erhöht.
Die vorliegende Erfindung zielt gleichermaßen auf ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer progressiven Kupplung, die von der Drehgeschwindigkeit und dem zu übertragenden Drehmoment abhängig ist.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet noch den Zusatz, funktionell in Reihe mit dem Getriebe ein zusätzliches Differential mit zwei Gängen und automatischem Wechsel zu schalten, mit der Möglichkeit, manuell einen Rückwärtsgang zu wählen.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen noch aus der folgenden Beschreibung verschiedener nicht beschränkender Beispiele hervor.
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 - eine schematische Ansicht eines Axialschnittes durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes,
Figur 2 - einen graphischen Vergleich der Wirkungsgrade als Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs,
Figuren 3 - bis 5 Axialschnitte durch eine zweite, eine dritte und vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes,
Figur 6 - ist eine vergrößerte Teilansicht eines Axialschnitts durch eine Fliehkraftkupplung gemäß Figur 5 im ausgekuppelten Zustand,
Figur 7 - ist eine Ansicht gemäß Figur 6, wobei die Kupplung im eingekuppelten Zustand ist,
Figur 8 - ist eine Teilansicht, die ein Fliehgewicht in seine Endstellung gekippt zeigt,
Figur 9 - ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Kupplung der Figuren 6 bis 8, und
Figur 10 - ist eine schematische Ansicht einer Variante der Kupplung.
In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel ist das erfindungsgemäße Getriebe 1 über eine Eingangswelle 2 mit dem Ausgang eines Verbrennungsmotors 3 verbunden, der der Antriebsmotor eines Automobils sein kann, und ein Abtrieb 4 ist mit dem Eingang einer Antriebsachse verbunden.
Das Getriebe 1 weist ein selektives Kupplungsmittel 7 auf, daß mit relativem Winkelschlupf arbeitet und in Form eines hydraulischen Drehmomentwandlers realisiert ist. Der Wandler 7 umfaßt ein treibendes Organ, das ein Erzeuger hydraulischer Energie oder eine "Pumpe" 8 ist, die mit dem Eingang 2 unter Zwischenschaltung einer Fliehkraftkupplung 9 verbunden ist. Die Fliehkraftkupplung reagiert auf die Rotationsgeschwindigkeit des Eingangs 2, um den Eingang 2 mit der Pumpe 8 dann zu verbinden, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Eingangs 2 zum Beispiel 1200 U/min. (125 rad/s) d.h. den Leerlaufbereich des Motors 3, geringfügig übersteigt.
Der Drehmomentwandler 7 weist darüber hinaus, in klassischer Weise, ein angetriebenes Organ auf, das ein hydraulischer Motor oder eine "Turbine" 11 ist, sowie einen "Reaktor" 12 (Leitschaufelsatz) der in geeigneter Weise gegenüber dein Gehäuse festgelegt ist, um dem Öl in Betrieb ein Reaktionslager zu bieten, das die Drehmomentwandlung ermöglicht.
Wie man weiß ist ein Drehmomentwandler eine Vorrichtung, die aus einem an seiner Pumpe 8 angelegten Drehmoment durch die Turbine 11 ein gleichdrehendes Drehmoment erzeugt, das mit einem Faktor multipliziert ist, der eine Funktion ist, die mit dem relativen Winkelschlupf der Turbine 11 in bezug auf die Pumpe 8 zunimmt.
Das Getriebe 8 umfaßt darüber hinaus ein Differentialgetriebe 13, das in Form eines Planetengetriebes verwirklicht ist, das ein Sonnenrad 14, ein Hohlrad 16 und Planetenräder 17 aufweist, die mit dem Sonnenrad 14 und dem Hohlrad 16 kämmen. Die Planetenräder 17 sind drehend auf einem Steg 18 montiert, der eine erste der drei Achsen des Differentialgetriebes 13 bildet, und diese erste Achse ist direkt drehend mit dem Ausgang 4 des Getriebes verbunden.
Eine zweite Achse 19 des Differentialgetriebes 13 ist drehend fest mit dem Hohlrad 16 verbunden und ist ebenso fest mit der Turbine 11 des Drehmomentwandlers 7 verbunden.
Eine dritte Achse 21 des Differentialgetriebes ist fest mit dem Sonnenrad 14 verbunden und ist ebenso fest mit der Pumpe 8 des Drehmomentwandlers 7 verbunden.
Unter einem "Differentialgetriebe" versteht man einen Mechanismus mit drei Achsen, von denen jede eine Winkelgeschwindigkeit aufweist, die eine Funktion der Winkelgeschwindigkeiten der beiden anderen ist, wobei diese Funktion durch die Übersetzungsverhältnisse bestimmt ist, die die drei Achsen des Mechanismusses untereinander verbinden.
Das Getriebe 1 umfaßt weiterhin einen Freilauf 22, der es der zweiten Welle 19, d.h. dem Hohlrad 16, erlaubt, vorwärts zu drehen, d.h. der Drehrichtung, in der der Ausgang 4 des Getriebes mitgenommen wird, wenn sich das Fahrzeug bewegt. Bei dem beschriebenen Beispiel drehen sich der Eingang 2 und der Ausgang 4 in gleicher Richtung, die die Vorwärtsrichtung für alle Elemente des Getriebes 1 bildet, die dazu in der Lage sind, um die Zentralachse des Getriebes zu drehen. Der Freilauf 22 verhindert eine rückwärtige Drehung des Hohlrades 16 in bezug auf das Getriebegehäuse.
Eine Kupplung 23 ist so angeordnet, daß die erste Welle 18 und die zweite Welle 19 selektiv so miteinander verbunden werden können, daß ein direkter Gang zwischen dem Eingang 2 und dem Ausgang 4 des Getriebes geschaffen wird.
Die Kupplung 23 ist abhängig von der Winkelgeschwindigkeit des Ausgangs 4 des Getriebes um die ersten und zweiten Wellen 18 und 19 miteinander zu verkuppeln, wenn eine bestimmte Geschwindigkeitsschwelle der Winkelgeschwindigkeit des Ausgangs 4 überschritten wird und ist gleichermaßen abhängig von dem im (nicht dargestellten) Ansaugrohr des Motors 3 herschenden Unterdruck, um die genannte Schwelle der Winkelgeschwindigkeit anzuheben, wenn der im Ansaugrohr herschende Unterdruck niedrig ist, was anzeigt, daß das von der Antriebsgruppe, bestehend aus dem Motor 3 und dem Getriebe 1, abgeforderte Drehmoment erhöht ist. Der Einfluß des Unterdrucks ist durch eine Zylinder-/Kolben-Kombination 24 schematisch dargestellt worden.
Ein zweiter Freilauf 26 ist zwischen der ersten Welle 18 und der dritten Welle 21 angeordnet, um es der mit dein Ausgang 4 verbundenen Welle 18 unmöglich zu machen, mit einer höheren Geschwindigkeit zu drehen, als die dritte Welle 21, die mit dem Eingang 2 verbunden ist. Wenn daher der Ausgang 4 dazu neigt, schneller zu drehen als der Eingang 2, beispielsweise bei einer Talfahrt, beschleunigt er den Motor 3 auf höhere Geschwindigkeiten, wodurch die sogenannte "Motorbremse" realisiert wird.
Die Funktion des Getriebes 1 ist wie folgt:
Wenn der Motor 3 in Leerlauf dreht, ist die Fliehkraftkupplung 9 ausgekuppelt, so daß das gesamte Getriebe 1 bis auf die Eingangswelle 2 still steht, wenn die Räder des Fahrzeugs ebenfalls still stehen.
Wenn man die Winkelgeschwindigkeit des Eingangs 2 erhöht indem der Motor 3 entsprechend betätigt wird, schafft die Fliehkraftkupplung eine Verbindung zwischen dem Eingang 2 und einem Teil der Pumpe 8 des Wandlers 7 und der dritten Welle 21, d. h. dem Sonnenrad 14 des Planetengetriebes 13. Wegen des Bewegungswiderstandes des Ausganges 4 will die Drehung des Sonnenrades 14 das Hohlrad 16 im umgekehrten Drehsinn drehen, wobei sich das Hohlrad am Freilauf 22 dergestalt abstützt, daß der Planetenträger (Steg) 18 und daher der Ausgang 4 im gleichen Drehsinn mitbewegt werden wie das Sonnenrad 14, aber mit einer Geschwindigkeit, die in einem Verhältnis herabgesetzt ist, daß beispielsweise vier sein kann gemäß dem Zahnverhältnis, das für das Planetengetriebe 13 gewählt worden ist.
Zur gleichen Zeit überträgt die Pumpe 8 des Wandlers 7 ein Drehmoment auf die Turbine 11 im Vorwärtsdrehsinn und das Drehmoment wird auf die Welle 19 des Planetengetriebes 13 übertragen. Zunächst ist das Drehmoment geringer als das im umgekehrten Drehsinn auf das Mohlrad über die Planetenräder 17 übertragene Drehmoment, einerseits wegen einer gewissen Trägheit des im Wandler 7 enthaltenen Öls, und andererseits wegen einer ungenügend hohen Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe 8. Dies ist der Grund, daß das Hohlrad 16 dazu neigt, rückwärts zu drehen und sich am Rahmen oder Gehäuse über den Freilauf 22 abstützt, der diese Bewegung verhindert. Das Getriebe funktioniert daher in einem ersten Übersetzungsverhältnis, das rein mechanisch ist.
Sobald der Drehmomentwandler 7 über die Turbine 11 ein ausreichendes Drehmoment erzeugt, dreht sich das Hohlrad 16 vorwärts und überträgt so eine Nutzleistung auf den Steg 18, die sich zu derjenigen dazu addiert, die über das Sonnenrad 14 übertragen wird. In diesem Stadium wirkt das Differentialgetriebe wie ein Leistungssummierer. Das durch den Drehmomentwandler 7 über die Turbine 11 übertragene Drehmoment steigt und das Hohlrad 16 erreicht zunehmend höhere Winkelgeschwindigkeiten, die sich der Winkelgeschwindigkeit des Sonnenrades 14 annähern, bis auf den Winkelschlupf des Drehmomentwandlers. Die anfängliche Übersetzung des Getriebes verändert sich daher progressiv von einem Wert der beispielsweise 4 zu 1 betragen kann auf einen Wert in der Nähe von 1 zu 1, ein Wert, der einen zweiten Gang des Getriebes darstellt.
Der Drehmomentwandler hat so mit dem Differentialgetriebe 13 eine progressive Ankupplung realisiert, die das Getriebe von einem ersten in einen zweiten Gang über eine kontinuierliche Veränderung geschaltet hat. Diese Ankupplung ist als Funktion der Winkelgeschwindigkeit der Pumpe 8 realisiert worden, welche Geschwindigkeit das Drehmoment bestimmt, das bei Stillstand auf die Turbine 11 übertragen wird, und wegen des Gegenmoments auf das Hohlrad, und das proportional zu dem Lastmoment am Ausgang 4 des Getriebes ist. Wenn folglich das Lastmoment am Ausgang 4 angehoben wird, verschiebt sich der Geschwindigkeitsbereich der Pumpe 8, in dem der Drehmomentwandler den Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Gang bewerkstelligt, nach oben, wie man es sich in vielen Anwendungsfällen wünscht, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit des Ausgangs 4 die Schwelle überschreitet, die durch die Kupplung 23 in der oben dargestellten Weise festgelegt ist, kuppelt die Kupplung 23 den Steg 18 mit dem Hohlrad 16 dergestalt, daß das gesamte Getriebe 1, bis auf die Leitschaufeln (Reaktor) 12 des Drehmomentwandlers 7, mit der Geschwindigkeit des Eingangs 2 drehen, die daher genauso groß ist, wie die des Ausgangs 4.
In Figur 2 ist in durchgezogener Linie ein Beispiel für eine Wirkungsgradkurve R des Getriebes gemäß Figur 1 als Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs dargestellt. Man kann dort drei verschiedene Phasen unterscheiden, beginnend mit einer Phase P&sub1;, im Verlaufe derer das Hohlrad 16 festgelegt ist, einer Phase P&sub2;, im Verlaufe derer sich das Hohrad 16 bewegt und ein Teil dei Leistung über den Drehmomentwandler 7 übertragen wird und einer Phase P&sub3;, die einem direkten Gang wegen der Kupplung 23 entspricht. In der Phase P&sub2; ist der Wirkungsgrad weniger gut, da er teilweise durch den Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers beeinflußt ist, der einen Teil der Motorleistung überträgt. Es ist jedoch bemerkenswert, daß der Wirkungsgrad in allen Bereichen deutlich höher ist als der eines klassischen Automatikgetriebes, wie er in Figur 2 gestrichelt dargestellt ist.
Das in Figur 3 dargestellte Beispiel wird nur insofern erläutert, als Unterschiede im Vergleich zur Figur 1 bestehen.
Die Turbine 11 des Wandlers 7 ist mit der zweiten Welle 19 des Planetengetriebes nicht direkt verbunden, sondern über ein zwischengeschaltetes Planeten-Reduziergetriebe 27. Genauer gesagt, ist die Turbine 11 mit dem Sonnenrad 28 des Reduziergetriebes 27 verbunden, und die zweite Welle 19 des Differentialgetriebes 13 bildet den Steg für das Reduziergetriebe 27 und trägt in dieser Eigenschaft Planeten 29, die einerseits mit dem Sonnenrad 28 und andererseits mit einem Hohlrad 31 des Planeten-Reduziergetriebes 27 kämmen. Das Hohlrad 31 ist mit einem Freilauf 32 verbunden, der lediglich eine Drehung im Vorwärtsdrehsinn zuläßt. Andererseits ermöglicht eine Kupplung 33 eine selektive Verbindung der zweiten Welle 19 des Differentialgetriebes 13 mit dem Hohlrad 31 des Reduzierplanetengetriebes 27.
Wenn die Kupplung 33 ausgekuppelt ist, reduziert das Reduziergetriebe 27 die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Welle 19 im Vergleich zur Winkelgeschwindigkeit der Turbine 11, da das Hohlrad 31, das dazu neigt, sich rückwärts zu drehen, daran durch den Freilauf gehindert wird und daher festgelegt ist. Das Untersetzungsverhältnis kann beispielsweise 2,5 zu 1 betragen.
Wenn sich andererseits die Kupplung 33 im eingekuppelten Zustand befindet, ist das Untersetzungsgetriebe 27 in einen direkten Gang geschaltet, in der Weise, daß das Hohlrad 16 mit dergleichen Geschwindigkeit dreht, wie die Turbine 11, wie beim vorstehend erläuterten Beispiel.
Eine Steuereinheit 34 wirkt auf ein Regelorgan der Fliehkraftkupplungen 23 und 33 ein, um ihre jeweilige Schaltschwelle als Funktion von Parametern zu verändern, wie beispielsweise der Stellung des Gaspedals des Motors 3, des Unterdrucks im Ansaugrohr des Motors 3 und/oder, soweit die Kupplung 33 betroffen ist, der Rotationsgeschwindigkeit des Ausgangs 4. In jedem Fall ist die als Schaltschwelle dienende Geschwindigkeit der Fliehkraftkupplung 33 kleiner als die der Fliehkraftkupplung 23.
Es sind im übrigen ein selektives Feststellmittel 36 für das Hohlrad 16; ein selektives Feststellmittel 38 für das Hohlrad 31 vorgesehen, die normalerweise im entriegelten Zustand sind, und ein selektives Feststellmittel 37 für das Gegenlager des Freilauf 32, der normalerweise im blockierten Zustand ist. Die Funktionsweise des Getriebes gemäß Figur 3 ist wie folgt. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die Feststellmittel 36 und 38 entriegelt sind und daß das Feststellmittel 37 im eingerasteten Zustand ist bis die Frage der Funktionsweise als Motorbremse behandelt wird.
Beim Starten, wenn die Fliehkraftkupplung 9 in den eingekuppelten Zustand gelangt ist und wenn die Fliehkraftkupplungen 23 und 33 im entkuppelten Zustand sind, ist die erste Funktionsphase P&sub1; im wesentlichen identisch mit der Phase P&sub1; gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Gleichwohl wirkt der Drehmomentwandler 7 unter Zwischenschaltung des Reduziergetriebes 27 auf das Hohlrad 16 in der Weise, daß er schneller dazu in der Lage ist, auf das Hohlrad 16 ein Drehmoment aufzubringen, das das unbedingt notwendige Reaktionsdrehmoment zum Ausgleich der Bewegung des Sonnenrades 14 übersteigt. Die Funktionsphase P'&sub1; ist daher kürzer als die Funktionsphase P&sub1; (vergleiche Figur 2).
Danach verläuft die Wirkungsgradkurve, die in Figur 2 durch kleine Kreuze dargestellt ist, und die dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 entspricht, mit Abstand von derjenigen gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 1.
Die sich anschließende Phase P'&sub2; beginnt, wenn das Hohlrad 16 durch den Drehmomentwandler über das Reduziergetriebe 27 im Vorwärtsdrehsinn mitgenommen wird. Wegen des Reduziergetriebes wird das Hohlrad 16 nur mit einer Geschwindigkeit mitgenommen, die sehr viel geringer ist, als die des Sonnenrades 14, beispielsweise 2,5 mal so klein (wenn das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes 27 gleich 2,5 ist) am Ende der Phase P'&sub2;, wenn der Drehmomentwandler 27 nur mit einem minimalen Schlupf arbeitet. Wenn man das vorstehende Beispiel wieder aufnimmt, in dem die Untersetzung zwischen dem Eingang 2 und dem Ausgang 4 gleich 4 ist, wenn das Hohlrad 16 blockiert ist, dann wird dieses gesamte Untersetzungsverhältnis gleich 1,8, wenn das Hohlrad 16 mit einer Geschwindigkeit mitgenommen wird, die 2,5 mal so klein ist, wie die des Sonnenrades 14. Die Phase P'&sub2; führt das Getriebe daher von einem ersten Gang, in dem das Untersetzungsverhältnis 4 ist, zu einem zweiten Gang, dessen Untersetzungsverhältnis etwas über 1,8 liegt (unter Berücksichtigung des Schlupfes des Drehmomentwandlers 7, der niemals 0 wird). In dieser Phase ist wegen des Untersetzungsgetriebes die durch den Wandler übertragene Leistung geringer als während der Phase P&sub2;, was dazu führt, daß der Wirkungsgrad wesentlich verbessert wird und zur gleichen Zeit die Gesamtuntersetzung angehoben wird, was als Folge dazu führt, daß das an die Antriebsachse 6 gelieferte Drehmoment ansteigt.
Anschließend beginnt eine Phase P'&sub3;, wenn die Drehzahlschwelle der Fliehkraftkupplung 33 erreicht ist, ab der sich das Untersetzungsgetriebe 27 in direktem Gang befindet, so daß das Getriebe in einem dritten Gang bzw. Untersetzungsverhältnis zu arbeiten beginnt, in der Nähe des Wertes 1, wie während der Phase P&sub2; bei der Ausführungsform gemäß Figur 1. Gleichwohl hat man bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 zugelassen, daß sich die Phase P'&sub3; bis in die Phase P&sub2; erstreckt, angesichts der Unterteilung in vier Phasen anstelle von drei. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem ein Drehmomentwandler 7 verwendet wird, der bei gegebener Geschwindigkeit und gegebenen Schlupf ein geringeres Drehmoment überträgt.
Am Ende der Phase P'&sub3; wird die Schaltschwelle der Fliehkraftkupplung 23 erreicht und das gesamte Getriebe befindet sich nun im direktem Gang, wobei die Fliehkraftkupplung 33 selbst eingerückt bleibt.
Bei der Funktion als Motorbremse verhindert der Freilauf 26 zwischen dem Eingang 2 und dem Ausgang in jedem Fall, daß der Ausgang 4 schneller dreht als der Eingang 2.
Eine noch wirksamere Motorbremse kann realisiert werden, indem das Feststellmittel 38 des Hohlrades 31 betätigt wird, in der Weise, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Sonnenrades 28 des Untersetzungsgetriebes 27 im Verhältnis zu der des Hohlrades 16 erhöht wird, so daß der Motor mit einem Übersetzungsverhältnis betrieben wird, das im wesentlichen der Situation P'&sub2; entspricht.
Eine noch wirksamere Motorbremse kann erzeugt werden, indem die Feststellmittel 38 und 37 entriegelt werden, und das Mittel 36 verriegelt wird, wobei das Getriebe in diesem Fall gemäß der Situation P¹&sub1; verriegelt ist und das Hohlrad 31 mit großer Geschwindigkeit rückwärts dreht.
Die Ausführungsform gemäß Figur 4 wird im folgenden nur soweit beschrieben, als Unterschiede im Vergleich zu der Ausführungsform gemäße Figur 3 vorhanden sind.
Die Fliehkraftkupplung 9 am Eingang ist fortgelassen, so daß der Eingang 2 des Getriebes direkt mit der Pumpe 8 des Drehmomentwandlers 7 und dem Sonnenrad 14 des Differentialgetriebes 13 verbunden ist. Das Gegenlager des Freilaufes 22 ist mit einer Bremse 39 verbunden, die mit einem pneumatischen Betätigungselement 41 verbunden ist, das in Abhängigkeit von dem Druck im Ansaugrohr des Motors 3 betätigt wird. Das Feststellmittel 37 des Freilaufs 32 ist durch eine Kupplung 42 ersetzt, die durch ein Betätigungselement 43 betätigt wird, das in Abhängigkeit von dem Ansaugrohr herschenden Druck betätigt wird, gesteuert von einer Regeleinheit 34.
Diese Ausführungsform funktioniert den gleichen Phasen P'&sub1;, P'&sub2;, P'&sub3; und P'&sub4; folgend wie die Ausführungsform gemäß Figur 3. Lediglich die Art des Übergangs von einer Phase zur nächsten unterscheidet sich etwas.
Wenn der Motor 3 im Leerlauf dreht befinden sich alle Kupplungen und Feststellmittel im entspannten Zustand. Der Motor 3 treibt die Pumpe 8 und das Sonnenrad 14, das eine rückwärtigere Drehung des Hohlrades 16 erzeugt, wenn der Planetenträger (Steg) 18 festgesetzt ist, vorausgesetzt das Fahrzeug ist angehalten. Die rückwärtige Drehung des Hohlrades 16 erzeugt eine gleiche rückwärtige Drehung des Hohlrades 31 des Reduziergetriebes 27, weil eine solche Rotation auf keinen Widerstand trifft, da das Sonnenrad 28 des Untersetzungsgetriebes 27 durch den Drehmomentwandler 7 im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Eingang 2 angetrieben wird.
Wenn der Fahrer auf das Gaspedal tritt, um loszufahren, wird eine Drucksteigerung (eine Abnahme des Unterdrucks) auf das Betätigungselement 41 übertragen, das das progressive Eindrücken der Kupplung 39 steuert, die eine Situation analog der gemäß Figur 3 schafft, d.h. das Hohlrad 16 wird daran gehindert, rückwärts zu drehen. Man könnte nun die Phase P'&sub1; beginnen, indem die Kupplung 42 gleichzeitig mit der Kupplung 39 eingerückt wird. Aber indem man die Kupplung 42 nicht sofort einrückt, unterdrückt man die (überflüssige) Betätigung des Drehmomentwandlers 7 während der Phase P'&sub1;. Dies dient einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades umso mehr als bei dieser Ausführungsform wo der Drehmomentwandler bereits dreht wenn der Start eingeleitet wird, die Verzögerung bis zur Beschleunigung des Öls des Wandlers kürzer ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Steuereinheit 34, die das Einrücken der Kupplung 42 steuert, auch den Beginn der Phase P'&sub2; steuert und so das Auslösen dieser Phase entweder verzögern oder beschleunigen kann als Funktion der verschiedenen Funktionsparameter.
Die Phasen P'&sub2;, P'&sub3; und P'&sub4; folgen einander in dergleichen Weise, wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 3. Für die Funktion als Motorbremse verbleibt die Kupplung 39 im eingekuppelten Zustand, weiterhin werden die Feststellmittel 36,38 und die Kupplung 41 werden in dergleichen Weise angesteuert, wie entsprechend die Feststellmittel 36, 38 und 37 der Figur 3.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5, von dem lediglich das beschrieben wird, was sich im Vergleich zu der Ausführungsform der Figur 3 unterscheidet, ist die erste Welle 18 mit dem Ausgang 4 des Getriebes unter Zwischenschaltung eines zusätzlichen Differentials 51 verbunden, das im folgenden beschrieben wird.
Die zweite Welle 19 des Differentialgetriebes 13, die zusammen mit dem Hohlrad 16 dreht, ist mit dem Eingang 2 über zwei aufeinanderfolgende Fliehkraftkupplungen 9 und 107 verbunden. Eine der beiden Kupplungen, nämlich die, die direkt mit dem Eingang 2 verbunden ist, ist die Kupplung 9, die bereits beschrieben wurde.
Die andere 107 der beiden Fliehkraftkupplungen bildet das selektive Kupplungsmittel, um den Eingang 2 mit der zweiten Welle 19 des Differentialgetriebes 13 unter Zwischenschaltung eines Planetenuntersetzungsgetriebes 27 selektiv und mit der Möglichkeit eines Winkelschlupfes zu verbinden.
Genauer, bildet das treibende Organ 108 der Fliehkraftkupplung 107 gleichzeitig das angetriebene Bauteil der Fliehkraftkupplung 9. Das angetriebene Bauteil 111 der Kupplung 107 ist mit dem Sonnenrad 28 des Untersetzungsgetriebes 27 verbunden.
Die dritte Welle 21 des Differentialgetriebes 13 rotiert mit dem Sonnenrad 14 und mit dem treibenden Bauteil 108 der Kupplun 107.
Die Fliehkraftkupplung 107 reagiert auf die Rotationsgeschwindigkeit des Eingangs 2, die auf ihr treibendes Bauteil 108 unter Zwischenschaltung der Kupplung 9 übertragen wird, um in den eingekuppelten Zustand überzugehen, wenn die Geschwindigkeit des Eingangs 2 im steigenden Sinn ein Geschwindigkeitsintervall durchläuft, das von den Werten her, oberhalb der Geschwindigkeitsschranke angeordnet ist, auf die die Kupplung 9 reagiert. Dieses Geschwindigkeitsintervall ist im übrigen variabel als steigende Funktion des über die Kupplung 107 übertragenen Lastmoments. Das Intervall kann beispielsweise eine Größe von 500 U/min haben und sein Zentrum kann sich zwischen 2000 und 4000 U/min als Funktion des zu übertragenden Drehmoments verschieben. Weiter unten wird ein Ausführungsbeispiel einer solchen Kupplung beschrieben werden.
Die Kupplung 23 reagiert auf die Winkelgeschwindigkeit der ersten Welle 18 des Differentialgetriebes um die ersten und zweiten Wellen 18 und 19 eine mit der anderen progressiv zu verkuppeln, wenn die Winkelgeschwindigkeit der ersten Welle 18 ein bestimmtes Intervall von Umdrehungs- oder Winkelgeschwindigkeiten im ansteigenden Sinn durchläuft. Wie bei der Kupplung 107 sind Mittel vorgesehen, um die Werte dieses Intervalles von Umdrehungsgeschwindigkeiten anzuheben, wenn das zu übertragende Drehmoment ansteigt.
Wenn die Kupplung 107 eingerückt aber die Kupplung 23 ausgekuppelt ist und es daher der zweiten Welle 19 erlaubt, sich mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die sich von der des angetriebenen Bauteils 111 unterscheidet, reduziert das Planetengetriebe 27 die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Welle 19 im Vergleich zur Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Getriebeteils, da das Hohlrad 31, das sich rückwärts drehen will daran durch den Freilauf 32 gehindert wird und daher festgelegt ist. Die Untersetzung kann beispielsweise 2,5 zu 1 betragen.
Auf der anderen Seite ist die gesamte Einheit, bestehend aus den Kupplungen 9 und 107, dem Untersetzungsgetriebe 27 und dem Differentialgetriebe 13 im direkten Gang und dreht sich als ein einziger Block, wenn die Kupplung 23 eingelegt ist.
Im Vergleich zu dem Getriebe gemäß Figur 3 ist die Kupplung zwischen der zweiten Welle 19 und dem verzahnten Hohlrad 31 weggelassen. Sie ist in der Tat überflüssig geworden, da, wenn sich die Kupplung 107 im eingekuppelten Zustand befindet, der Durchgang durch die Kupplung 23 im eingekuppelten Zustand, der sich in höheren Geschwindigkeiten der ersten Welle 18 bemerkbar macht, indirekt den Steg 19 mit dem Sonnenrad 28 so verbindet, daß das Hohlrad 31 selbst gezwungen ist mit der Geschwindigkeit des Planetenträgers 19 zu drehen. Dies resultiert aus der Tatsache, daß der Wandler gemäß Figur 3 durch die Kupplung 107 ersetzt worden ist, die im eingekuppelten Zustand keinen relativen Winkelschlupf erzeugt.
Weiterhin ist die Steuereinheit der Kupplung 23 weggelassen worden.
Das zusätzliche Differentialgetriebe 51 ist in Form eines Planetengetriebes realisiert, das ein Hohlrad 52 umfaßt, das ein Eingangsorgan bildet und mit der ersten Welle 18 des Differentialgetriebes 13 verbunden ist. Das Hohlrad 52 kämmt mit den Planetenrädern 53, die auf einem Steg 54 gelagert sind, der das Abtriebsorgan darstellt. Die Planeten 53 kämmen auch mit einem Sonnenrad 56 des Differentialgetriebes 51.
Das zusätzliche Differentialgetriebe 51 ist mit einer Vorrichtung 57 zur Auswahl der Antriebsrichtung der Antriebsachse 6 verbunden. Die Auswahlvorrichtung umfaßt ein zusammengesetztes Schubglied 58 umfassend ein Einzelschubglied (Schiebemuffe) 59, das drehend mit dem Steg 54 verbunden ist aber in axialer Richtung relativ zu diesem wegen der Kerbverzahnungen 61 verschieblich ist, und eine einzelne Schiebemuffe 62, die mit dem Sonnenrad 56 zusammendrehend verbunden ist, aber in axialer Richtung relativ hierzu wegen der Kerbverzahnung 63 beweglich ist. Die beiden einzelnen Schiebemuffen 59, 62 können mit verschiedenen Geschwindigkeiten rotieren aber sind eine mit der anderen verbunden für eine Verschiebung längs der Achse, die durch einen manuellen, nicht dargestellten Mechanismus gesteuert wird, der als solcher bekannt ist. Die Schiebemuffe 59 trägt eine Klaue 64, die mit einer festen Klaue 66 zusammenwirken kann, um den Steg 54 festzusetzen und eine Klaue 67, die mit einer Klaue 68 zusammenwirken kann, die dem Ausgang 4 entspricht, um den Ausgang 4 mit dem Steg 54 zu kuppeln.
Die einzelne Schiebemuffe 62 umfaßt eine Klaue 69, um mit einer korrespondierenden Klaue 71 des Ausganges 4 zusammenzuarbeiten, dergestalt, daß das Sonnenrad 56 mit dem Ausgang 4 verbunden wird, und eine Klaue 72, die selektiv mit einer korrespondierenden Klaue 73 zusammenwirken kann, die an einem Gehäuse 74 des Getriebes 1 unter Zwischenschaltung eines Freilaufes 76 angeordnet ist, die die Klaue 73 daran hindert, sich rückwärts zu drehen.
Im oberen Teil der Figur 5 sieht man die Schiebemuffe 58 in der dem Vorwärtsgang entsprechenden Stellung: Die Schiebemuffe 59 verbindet den Steg 54 mit dem Ausgang 4, wobei der Steg 54 von der feststehenden Klaue 66 frei kommt, während die einzelne Schiebemuffe 62 den Ausgang 4 von dem Sonnenrad 56 befreit und das Sonnenrad 56 mit dem Gehäuse 74 unter Zwischenschaltung des Freilaufes 76 verbindet.
Um in den Rückwärtsgang zu schalten, verschiebt man die zusammengesetzte Schiebemuffe 58 in Figur 5 nach links, wie es im unteren Teil dieser Figur dargestellt ist, und was gleichzeitig die folgenden Operationen bewirkt Abkuppeln des Stegs 54 von dem Ausgang 4 und Festsetzen des Stegs 54 wegen der Klaue 66, Verkuppeln des Ausganges 4 mit dem Sonnenrad 56 und Freisetzen des Sonnenrades 56 im Hinblick auf das Gehäuse 74. In der zuletzt beschriebenen Situation ist der Steg 54 daher daran gehindert, sich zu drehen, so daß die Planetenräder 53 sich in einer rückwärtigen Bewegung befinden, die das Sonnenrad 56 rückwärts dreht, wenn sich das Hohlrad 52 vorwärts dreht.
Es ist darüber hinaus eine Fliehkraftkupplung 77 vorgesehen, die den Steg 54 mit dem Hohlrad 52 nach und nach verbindet, wenn die Drehgeschwindigkeit des Stegs 54 ein bestimmtes Geschwindigkeitsintervall durchläuft, so daß das zusätzliche Differential 51 im direkten Gang arbeitet, wenn die Drehgeschwindigkeit des Stegs 54 oberhalb dieses Intervalles liegt. Wie bei den Kupplungen 107 und 23 verschiebt sich dieses Geschwindigkeitsintervall zu höheren Geschwindigkeiten hin wenn das zu übertragende Drehmoment selbst erhöht wird.
Der Vorwärtsgang funktioniert daher wie folgt: Wenn die Kupplung 77 im eingekuppelten Zustand ist, bildet das Sonnenrad 56 ein feststehendes Abstützelement und der Steg 54 dreht vorwärts mit einer geringeren Geschwindigkeit als das Hohlrad 52. Der Ausgang 4 dreht mit dergleichen Geschwindigkeit wie der Steg 54. Wenn die Kupplung 77 im eingekuppelten Zustand ist, befindet sich die Einheit des Getriebes 51 im direkten Gang, das Sonnenrad 56 dreht mit dergleichen Geschwindigkeit wie der Steg 54 und das Hohlrad 52, wie es der Freilauf 76 ermöglicht, der die Drehung in Rückwärtsrichtung nicht behindert. Der Ausgang 4 dreht sich daher mit dergleichen Geschwindigkeit wie die erste Welle 18 des Differentialgetriebes 13.
Gleichermaßen ist zwischen dem Hohlrad 52 und dem Steg 54 ein Freilauf vorgesehen, der zur Aufgabe hat, die Funktion als Motorbremse zu ermöglichen, in dem der Planetenradträger 54 daran gehindert wird, schneller zu drehen als das Hohlrad 52.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 9 eine Fliehkraftkupplung beschrieben, die die technischen Effekte und Vorteile bei großer Einfachheit der Ausführungsform, großem Fortschritt bei der Funktion, niedrigem Gewicht, und niedrigem Raumbedarf realisiert und mit einer Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment, um den Geschwindigkeitswert, oberhalb dessen der eingekuppelte Zustand erreicht wird, zu erhöhen, wenn das zu übertragende Drehmoment wächst.
Diese Kupplung wird anhand des Beispiels der Kupplung 23 beschrieben, aber es ist offensichtlich, daß diese Beschreibung genauso gut auf die Kupplung 107 oder auf die Kupplung 77 lesbar ist, oder sogar auf die Kupplung 9, die auch auf diese Art realisiert werden könnte.
Die Kupplung 23 ist eine Kupplung des Mehrscheibentyps, d.h. daß sie abwechselnd Scheiben 79 aufweist, die drehfest mit dem Hohlrad 16 verbunden sind, und Scheiben 81, die drehfest mit dem Planetenradträger 18 verbunden sind. Die Scheiben 79 weisen eine periphere äußere Kerbverzahnung auf, die in axial verschiebbarer Weise mit der äußeren Kerbverzahnung 84 kämmt, die auf einen mit dem Planetentradträger 18 einstückig ausgebildeten Kragen 86 ausgebildet ist und durch einen festen Anschlag 87 für die Scheiben 79 und 81 begrenzt wird.
Die äußeren Nuten 84 sind von den inneren Nuten 82 des Kragens 83 umgeben.
Gemäß einer wichtigen Besonderheit der Kupplung 23 ist ein frei rotierender Reibring 88 zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Scheiben 79 und 81 angeordnet. Die frei rotierenden Reibscheiben 88 sind beispielsweise aus Bronze gefertigt, wenn die Scheiben 79 und 81 aus Stahl bestehen. Die Ringe 88 greifen weder in die Nuten 82 ein noch in die Nuten 84, aber sind durch ihre Bohrung auf den Spitzen der Nuten 84 zentriert. Die frei rotierenden Ringe 88 haben eine Dicke von beispielsweise 0,5 mm, während die Scheiben 79 und 81 beispielsweise eine Dicke von 0,8 mm haben. Man kann daher eine beträchtliche Anzahl von Scheiben und Ringen, bei sehr geringem axialen Raumbedarf stapeln.
Im Betrieb nehmen die Ringe eine Geschwindigkeit an, die dem Mittel der Geschwindigkeiten der Scheiben 79 und der Scheiben 81 entspricht, was alle Reibungsgeschwindigkeiten in der Kupplung halbiert und alle dem Verschleiß ausgesetzten Flächen verdoppelt.
Auf der dem Anschlag 87 gegenüberliegenden Seite sind die Nuten 84 in axialer Richtung durch einen lösbaren Ring 89 gesichert, der einen äußeren radialen Rand 91 aufweist, der halbkreisförmig abgerundet ist. Die Kupplung weist weiterhin eine Reihe von Fliehgewichten 92 auf, von denen jedes durch eine metallische Scheibe gebildet wird, die in einer axialen Ebene des Getriebes angeordnet ist. Jedes Fliehgewicht 92 trägt in seinem Umfang, an seinem inneren umlaufenden Rand eine Kerbe 93 in der der Rand 91 aufgenommen wird. Die Kerbe 93 jedes Fliehgewichts 92 hat einen kreisförmigen Grund mit demselben Radius wie das Profil des Bundes 91, und zwei Seitenwände 94, die divergierend zueinander angeorndet sind und vom Grund in der Kerbe aus unter einem Winkel von etwa 15º aufstreben. Die Fliehgewichte 92 sind so schwenkbar auf dem Rand 91 angeordnet. Der Schwerpunkt G der Fliehgewichte 92 befindet sich seitlich des Rings 89 der den Scheiben 79 und 81 gegenüberliegt. Im Ruhezustand nehmen die Fliehgewichte 92 die in Figur 6 gezeichnete Position ein, wobei sich der Schwerpunkt G relativ nahe der (in Figur 6 nicht gezeichneten) Drehachse des Planetenträgers (Stegs) befindet. Wenn sich der Planetenträger (Steg) dreht, schwenkt die auf die Fliehgewichte im Schwerpunkt G wirkende Zentrifugalkraft die Fliehgewichte um das Zentrum C des halbkreisförmigen Profils des Randes 91, wie es in Figur 7 dargestellt ist.
In Figur 9 sind drei Fliehgewichte 92 dargestellt, aber es ist selbstverständlich, daß die Fliehgewichte gleichmäßig beabstandet am gesamten Umfang des Getriebe angeordnet sind. Es können beispielsweise 40 Fliehgewichte vorgesehen sein, von denen jedes einige Gramm wiegt, beispielsweise jedes 7 Gramm.
Jedes Fliehgewicht 92 weist eine in Richtung der Scheiben 79 und 81 weisende Betätigungsfläche 96 auf, die eine in axialer Richtung zeigende Bewegungskonvonente gegen die Scheiben 79 und 81 aufweist, wenn der Schwerpunkt G unter dem Einfluß der angreifenden Zentrifugalkraft radial nach außen schwenkt. Die Betätigungsfläche 96 jedes Fliehgewichtes wird gegen eine gekrümmte Fläche 97 gedrückt, die zu einem allen Fliehgewichten gemeinsam zugeordneten Druckring 98 gehört, der zwischen den Fliehgewichten 92 und den Scheiben 97, 81 angeordnet ist, und der an seinem inneren Umfangsrand eine Verzahnung 99 aufweist, der in axialer verschieblicher Art mit den äußeren Nuten 84 des Kragens 86 kämmt.
Jedes mal wenn - wie in Figur 7 dargestellt - die Fliehgewichte unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft radial nach außen schwenken, drückt die jeweilige Betätigungsfläche 96 den Druckring 98 gegen die Scheiben und verschiebt diesen längs der Nuten 84 in der Richtung, daß die Scheiben 79 und 81 und die frei rotierenden Ringe 88 zwischen ihnen komprimiert werden. In Figur 6 ist der Spalt zwischen den Scheiben im entspannten Zustand überhöht dargestellt. In Wirklichkeit kann dieser Spalt mit bloßem Auge nicht erkannt werden, so daß der Versatz des Druckrings 98, der notwendig ist, um die Kupplung aus dem Ent- in den eingekuppelten Zustand zu bringen sehr klein sein kann, beispielsweise in der Größenordnung von
1 mm. In Figur 9 ist ein Teil des Druckrings 98 fiktiv entfernt worden, um die schwenkbare Anordnung eines der Fliehgewichte 92 auf dem Rand 91 zu zeigen. In Wirklichkeit erstreckt sich der Druckring 98 über den gesamten Umfang des Kragens 86.
Der Druckring 98 ist an seinem Außenumfang an einem Käfig 201 befestigt, der sich in axialer Richtung in der den Scheiben 79 und 81 gegenüberliegender Richtung bis zu einem Außenteil 202 erstreckt, über das sich quer axial ausgerichtete Schlitze 203 erstrecken, wobei in einem jeden eines der Fliehgewichte 92 geführt ist, um seine axiale Ebene im Verlauf seiner Schwenkbewegung um den Rand 91 sicherzustellen.
Wie Figur 6 zeigt, erstreckt sich der Käfig 201 in radialer Richtung über den Rand 91 hinweg zwischen dem letzteren und dem radialen inneren Rand 204, halbkreisförmig umgeben durch einen Umfangsring 206. Jedes Fliehgewicht 92 weist an seinem radial äußeren Teil am Umfang eine Ausnehmung 207 auf, die einen kreisförmigen Grund und zwei etwa unter einem Winkel von 15º divergierende Wände hat. Die Ausnehmungen 207 nehmen in schwenkbarer Weise den Rand 204 des Ringes 206 auf. Die Anordnung der Ausnehmung 207 auf jedem Fliehgewicht 290 ist so gewählt, daß sich die Ausnehmung 207 fast ausschließlich in axialer Richtung bewegt, wenn das Fliehgewicht um das Zentrum C des Randes 91 schwenkt. Auf diese Weise werden die Ausnehmungen 207 dergestalt versetzt, daß sich der Rand 204 des Ringes 206 beiderseits der Ebene des Rings 89 bewegt. Der Unfangsring 206 hat die Aufgabe, die Fliehgewichte daran zu hindern, frei in radialer Richtung auszuweichen und hat weiterhin die Aufgabe, die Fliehgewichte bei ihrer Schwenkbewegung um den Rand 91 zu koppeln.
In seinem radialen Außenbereich bildet der Umfangsring weiterhin einen Anschlag 208 von im wesentlichen zylindrischer Form, gegen den die Fliehgewichte 290 in einer radial maximal ausgeschwenkten Position schlagen, wie es in Figur 8 dargestellt ist. Diese Position wird erreicht, wenn der Abnutzungsgrad der Scheiben 79, 81 und der Ringe 88 maximal ist. In diesem Fall verhindert das Anschlagen der Fliehgewichte 92 an dem Anschlagflügel 208 des Ringes 206 ein übermäßiges Aus schwingen der Fliehgewichte 92 und verhindert so, daß es dazu kommt, daß die Fliehgewichte beispielsweise an einem Gehäuse streifen, in dem das Getriebe eingebaut ist.
In den Figuren 6 und 7 bestimmt jedes Fliehgewicht 92 durch seine Kontur einen Ansatz 209, der auf die Achse des Mechanismus hin gerichtet ist und auf den selektiv eine Garnitur 211 drücken kann, die selbst unter Zwischenschaltung eines Kugelrings 212 auf den seinerseits ein ringförmiger Druckschlüssel 213 wirkt, bestätigt wird, um die Kupplung im entkuppelten Zustand zu halten, wenn man wünscht, daß das Getriebe mit einer Untersetzung arbeitet, die größer ist, als diejenige, die sich bei gegebenen Bedingungen automatisch in dem Getriebe einstellen würde.
Auf Figur 6 ist die Anordnung 211 in einer Position gezeichnet, die einen Übergang in den eingekuppelten Zustand verhindert, während die Position, die den Übergang in den eingekuppelten Zustand erlaubt, in Figur 7 gezeichnet ist.
Im übrigen funktioniert die Mehrscheibenkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Schmierung der Scheiben 79, 81 und der frei rotierenden Ringe 88, wie dies bei klassischen Mehrscheibenkupplungen bei bekannten Automatikgetrieben üblich ist.
Die Mittel 211, 212, 213, gezeichnet in den Figuren 6 und 7, sind in der Figur 5 nicht dargestellt, sie bieten eine zusätzliche Möglichkeit zur Funktion des Getriebes, sie sind jedoch nicht unverzichtbar.
Im folgenden wird die Funktion der Mehrscheibenkupplung gemäß der Erfindung erklärt.
Der Hebelarm L der Zentrifugalkraft F erstreckt sich vom Zentrum G bis zum Drehmittelpunkt C und ist deutlich größer als der Hebel in der Andrückkraft H der Fläche 96 auf dem Rand 97 des Ringes 98 um das gleiche Zentrum C. Das Drehmoment der Kraft F um das Zentrum C wird im Gleichgewicht gehalten durch das Reaktionsmoment des Ringes 98 auf die Fliehgewichte 92. Es gilt folglich folgende Gleichung:
F x L = H x m, daher H = F x L/m.
In dem dargestellten Beispiel, wo L ungefähr vier mal so groß ist wie in, ist die auf den Ring 98 ausgeübte Kraft H etwa vier mal so groß, wie die durch die Fliehgewichte 92 erzeugte Zentrifugalkraft.
Die Kraft H erzeugt auf jeder der Scheiben 79 oder 81 eine Reibungskraft, die die Scheiben 79 und 81 mit der gleichen Geschwindigkeit drehen lassen will. Da jede Scheibe der gesamten Kompressionskraft H von allen Fliehgewichten 92 ausgesetzt ist, führt eine Erhöhung der Anzahl der Scheiben 79 und 81 und konsequenterweise der frei rotierenden Ringe 88 zu einer Verringerung der Geschwindigkeit oberhalb derer die Kupplung im zusammengedrücken (eingekuppelten) Zustand ist. Mit anderen Worten ist so die Vielzahl der Scheiben 79 und 81 ein weiterer Verstärkungsfaktor der durch die Fliehgewichte 92 erzeugten Zentrifugalkraft. Wegen dieser zweifachen Verstärkung der Zentrifugalkraft und auch wegen der Möglichkeit, eine große Anzahl von Fliehgewichten am Umfang der Kupplung verteilt anzuordnen, sind Fliehgewichte mit einer erstaunlich kleinen Einzelmasse (beispielsweise 7 Gramm) ausreichend, um eine Kupplung in den eingekuppelten Zustand zu bringen und eine deutliche Leistung zu übertragen. Wie bereits weiter oben beschrieben worden ist, verdoppeln die rotierenden Ringe 88 die Reibungsoberfläche zwischen aufeinanderfolgenden Scheiben, was die Reibungsgeschwindigkeiten halbiert, da jeder Ring eine Geschwindigkeit annimmt, die dem Mittel der Geschwindigkeiten der beiden Scheiben entspricht, zwischen denen er sich befindet. Es ist in der Tat nachgewiesen worden, daß die Ringe 88 nicht - wie man vielleicht denken könnte - dazu neigen, an einer der Scheiben anzuhaften und die gesamte Reibung zwischen der Oberfläche der anderen Scheibe auftritt.
Darüberhinaus existiert wegen der zahlreichen Reibungsflächen ein deutlicher Hub des Druckrings 98 zwischen dem Augenblick, wo der Kupplungsprozeß beginnt, ausgehend von dem entkuppelten Zustand bis der total eingekuppelte Zustand erreicht ist. Dieser deutliche Hub, beispielsweise 1 mm, gibt der Kupplung eine große Progressivität und der gesamte Kupplungsvorgang verteilt sich auf einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich anstelle bei einer bestimmten Geschwindigkeit einzutreten.
Da weiterhin die durch den Druckring 98 ausgeübte Andruckkraft eine anstrengende Funktion der Drehgeschwindigkeit der Fliehgewichte 92 um die Achse des Mechanismus ist, und da im übrigen die auf die gesamte Kupplung anzuwendende Kompressionskraft um den eingekuppelten Zustand sicherzustellen, eine Funktion des zu übertragenden Drehmoments ist, verschiebt sich das Intervall im Verlaufe dessen eingekuppelt wird, zu höheren Geschwindigkeiten hin, wenn das zu übertragende Drehmoment ansteigt.
Als Folge erbringt die erfindungsgemäße Kupplung zwei interessante Ergebnisse, die für Automobilgetriebe interessant sind:
das Übersetzungsverhältnis verändert sich in progressiver Weise im Verlauf des Einkuppelvorgangs; und
- der Übergang zu einem kleineren Untersetzungsverhältnis erfolgt bei ebenso erhöhten Geschwindigkeiten, wie das zu übertragende Drehmoment erhöht ist.
Augehend von dem eingekuppelten Zustand erfolgt der Entkupplungsvorgang, wenn die Drehgeschwindigkeit der Fliehgewichte 92 in Richtung auf niedrigere Werte hin ein Geschwindigkeitsintervall durchschreitet, das wiedrum vom übertragenden Drehmoment abhält. Für ein gegebenes Drehmoment ist dieses Geschwindigkeitsintervall niedriger als das Geschwindigkeitsintervall des Einkuppelvorgangs. Dieses Phänomen, das von einem gewissen Klebeeffekt zwischen den Scheiben herrührt, wenn diese miteinander in Kontakt sind, entspricht ebenso dem, was für ein Automobilgetriebe wünschenswert ist.
Die Kupplung der vorliegenden Erfindung hat darüberhinaus den Vorteil, sehr leicht zu montieren zu sein. Solange der Ring 89 noch nicht mit dem Steg verbunden ist, schiebt man die Scheiben 79 und 81 und ihre Reibringe 88 in axialer Richtung zwischen die beiden Kragen 83 und 86. Man vervollständigt dieses Aufstapeln indem der Druckring 98 in die Kerbverzahnung 84 eingesetzt wird. Sodann montiert man die Fliehgewichte 92 zwischen dem Ring 98 und dem Umfangsring 206. Hierfür setzt man jedes Fliehgewicht 92 flach zwischen den Ring 206 und den Ring 89 und dreht sie sodann um 90º. Mit anderen Worten, verfährt man bei jedem Fliehgewicht nach der Vierteldrehungs-Methode. Wenn man so alle Fliehgewichte 92 montiert hat, bewegt man die gesamte Einheit so zusammen gegen den Planetenradträger indem jedes Fliehgewicht in den entsprechenden Schlitz 203 des Käfigs 201 eingeführt wird. Es genügt sodann, den Ring 89 beispielsweise mit Schraubmitteln auf der Frontfläche des Kragens 86 zu befestigen.
Um eine Kupplung mit festgelegten Charakteristiken zu realisieren, wählt man daher die Anzahl der Scheiben 79 und 81 und die Anzahl der Fliehgewichte 92 aus. Um eine Kupplung mit dem Vorteil der Progressivität zu erhalten, ohne die Geschwindigkeit zu verändernbei dem für ein gegebenes zu übertragendes Drehmoment eingekuppelt wird, kann man die Anzahl der Scheiben erhöhen und in gleicher Weise die Anzahl an Fliehgewichten verringern.
Die Funktionsweise des Getriebes gemäß Figur 5 in seiner Gesamtheit ist wie folgt. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß alle Fliehkraftkupplungen, die Struktur aufweisen, wie sie unter bezug auf die Figuren 6 bis 9 für die Kupplung 23 vorgeschlagen ist. Es wird weiterhin davon ausgegangen, daß die Feststellmittel 36, 38 und 211 im entriegelten Zustand sind und daß Feststellmittel 37 im Verriegelungszustand bis die Frage der Funktionsweise als Motorbremse behandelt wird.
Wenn der Motor 3 im Leerlauf dreht, ist die Fliehkraftkupplun 9 ausgekuppelt, so daß das gesamte Getriebe 1 bis auf den Eingang 2 still steht und die Räder des Fahrzeugs ebenfalls still stehen.
Wenn man die Rotationsgeschwindigkeit des Eingangs 2 anhebt, indem man auf dem Motor 3 einwirkt, kuppelt die Fliehkraftkupplung 9 den Eingang 2 mit einem treibenden Getriebeteil 108 der Kupplung 107 und außerdem mit der dritten Welle 21, d.h. mit dem Sonnenrad 14 des Planetengetriebes 13. In diesem Stadium ist die Kupplung 107 ausgekuppelt. Die Funktionsweise entspricht also der gemäß Phase P'&sub1; der Figur 2. Es handelt sich um eine erste Übersetzung des Getriebes.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit des Eingangs 2 weiter steigt, beginnt der Kupplungsvorgang in der Fliehkraftkupplung 107, und die zuletzt genannte Kupplung überträgt ein Drehmoment auf die Welle 19 des Planetengetriebes 13. Dieses Drehmoment wird auf das Hohlrad 16 über das Untersetzungsgetriebe 27 übertragen, das das Drehmoment beispielsweise mit dem Faktor 2,5 multipliziert. Das Hohlrad 31 des Untersetzungsgetriebes 27 will sich rückwärts drehen, woran es durch den Freilauf 32 gehindert wird. Zu Beginn ist daher das so vervielfachte Drehmoment kleiner als das Drehmoment, das rückwärtig auf das Hohlrad 16 über die Planetenräder 17 übertragen wird, vorausgesetzt, daß die Drehgeschwindigkeit des antreibenden Getriebeteils 108 niedrig genug ist im Hinblick auf die Fliehgewichte, die es mitnimmt. Das Hohlrad 16 tendiert daher noch dazu, sich rückwärts zu drehen und stützt sich weiterhin über den Freilauf 22 am Rahmen des Getriebes ab, wobei der Freilauf 22 eine rückwärtige Bewegung verhindert.
Sobald die Kupplung 107 ein genügend großes Mitnahmemoment auf das angetriebene Organ 111 ausübt, beginnt sich das Hohlrad 16 vorwärts zu drehen und überträgt so auf den Steg 18 eine Nutzleistung, die zu derjenigen hinzugefügt wird, die über das Sonnenrad 14 übertragen wird. In diesem Stadium wirkt das Differentialgetriebe 13 als Leistungsaddierer.
Wenn das durch die Kupplung 107 auf das angetriebene Getriebeteil 111 übertragene Drehmoment steigt, nimmt das Hohlrad 16 eine ansteigende Winkelgeschwindigkeit an, die die Winkelgeschwindigkeit des Sonnenrades 14, dividiert durch das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes 27 erreicht, wenn die Kupplung 107 den vollständig eingekuppelten Zustand erreicht. Das anfängliche Übersetzungsverhältnis des Getriebes 1 verläuft daher progressiv von einem Wert in dem es beispielsweise 4 zu 1 ist, zu einem Wert von beispielsweise 1,8 zu 1 (Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades 14 und dem Steg 15, wenn das Hohlrad 16 2,5 mal so langsam dreht, wie das Sonnenrad 14). Es handelt sich dabei um ein zweites Übersetzungsverhältnis oder einen zweiten Gang des Getriebes. Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist das Geschwindigkeitsintervall des Eingangs 2, in dem der progressive Übergang aus dem ersten in den zweiten Gang eintritt, eine Funktion des zu übertragenden Drehmoments. Es ist tatsächlich eine größere Geschwindigkeit, die eine größere Anpresskraft in der Kupplung erzeugt, notwendig, um ein größeres Drehmoment zu erzeugen. Man beachte, daß die Reibungsverluste in der Kupplung 107 erstaunlich gering sind, und daß der Verschleiß ebenfalls gering ist, wegen des erfindungsgemäßen Aufbaus der Kupplung und auch weil lediglich ein kleiner Teil der Leistung durch die Kupplung 107 übertragen wird, wenn diese durchdreht.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit des Stegs 18 im ansteigenden Sinn das Geschwindigkeitsintervall durcheilt, das durch die Kupplung 23 als Funktion des zu übertragenden Drehmoments definiert ist, kuppelt die Kupplung 23 den Steg 18 mit dem Hohlrad 16 so, daß die Gesamtheit des Getriebes 1 zwischen dem Eingang 2 und dem Steg 13 mit der Geschwindigkeit des Eingangs 2 dreht. Dieses entspricht einem dritten Gang des Getriebes.
Wie die Kupplung 107, überträgt die Kupplung 23, solange sie durchdreht, lediglich einen Teil der Leistung. Während der gesamten Funktionsabschnitte, wie sie bisher beschrieben sind, war die Fliehkraftkupplung 77 im ausgekuppelten Zustand.
Wenn dann die Geschwindigkeit des Stegs 54 im ansteigenden Sinn das Geschwindigkeitsintervall durchläuft, für das die Fliehkraftkupplung 77 nach und nach in den eingekuppelten Zustand übergeht, wird ein direkter Gang für das gesamte Getriebe realisiert, der einem vierten Gang des Getriebes entspricht.
Bei Funktionsweise als Motorbremse verhindern die Freiläufe 26 und 78 zwischen dem Eingang 2 und dem Ausgang 4 in jedem Fall, daß der Ausgang 4 schneller drehen kann, als der Eingang 2. Eine wirksamere Motorbremse kann gehalten werden, indem das Feststellmittel 221 des Hohlrades 52 in die Verriegelungsposition gebracht wird, um den Getriebezug 51 als Untersetzung laufen zu lassen, wobei gegebenenfalls von einem Mittel, wie 211, 212, 213 (Figuren 6 und 7) Gebrauch gemacht werden kann, um die Kupplung 77 in den entkuppelten Zustand zu zwingen.
Eine Motorbremse mit noch effektiverer Wirkung kann erhalten werden, indem gleichzeitig die Feststellmittel 38 und 211 der Hohlräder 31 bzw. 52 eingelegt werden, dergestalt, daß die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades 28 des Untersetzungsgetriebes 27 im Verhältnis zu der des Hohlrades 16 gesteigert wird, um das Getriebe im zweiten Gang laufen zu lassen.
Eine noch wirksamere Motorbremse kann erhalten werden, in dem das Feststellmittel 38 und das Feststellmittel 37 entriegelt werden und das Feststellmittel 36 verriegelt wird, in welchem Fall das Getriebe im ersten Gang blockiert ist, wobei das Hohlrad 31 mit hoher Geschwindigkeit rückwärts dreht.
Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung, die sich von der gemäß Figuren 6 bis 9 dadurch unterscheidet, daß der Käfig 201 und der Umfangsrand 91 einstückig mit der inneren Kerbverzahnung 82 ausgebildet ist. Der Käfig 201 ist daher nicht mehr beweglich in axialer Richtung und dient dazu, die Kerbverzahnung 82 mit dem Rand 91 über eine periphere Glocke 222, die die Fliehgewichte 290 und den Umfangsring 206 umgibt. Der Rand 201 ist nahe an den Druckring 98 heranverlegt, wo auf jeden Fall ein radialer Abstand des Randes 91 nach außen sichergestellt ist, so daß die Bewegung der Betätigungsfläche 96 des Fliehgewichtes eine axiale Komponente in Richtung einer Kompression der Kupplungsscheiben 79, 81 erzeugt, wenn der Schwerpunkt G der Fliehgewichte nach außen versetzt wird.
Die vier Ausführungs formen, die beschrieben worden sind, können ohne hydraulische Steuerung betrieben werden, sind extrem leicht, kompakt und ökonomisch. Insbesondere sind die Bauteile aus den Bereichen Freilauf, Fliehkraftkupplung, Feststellmittel handelsübliche zu sehr niedrigen Preisen erhältliche Komponenten. Alle Kupplungen zwischen beweglichen Bauteilen sind einfach, da sie durch Fliehkraft betätigt werden. Um eine Größenordnung zu geben kann man sagen, daß ein Getriebe gemäß der Erfindung etwa fünf bis zehn mal billiger herzustellen ist, als ein gegenwärtiges Automatikgetriebe und daß der Raumbedarf etwa zwei bis drei mal kleiner ist. Desweiteren wird der Benzinverbrauch und die Leistungen bei niedrigen Geschwindigkeiten deutlich verbessert.
Die Erfindung ist wohl gemerkt nicht auf die beschriebenen und gezeichneten Beispiele beschränkt.
Man kann sich vorstellen, das Getriebe gemäß Figur 1 noch zu vereinfachen, indem die Fliehkraftkupplung 9 und der Freilauf 22 weggelassen werden, so daß der Eingang 2 also direkt mit der Pumpe 8 verbunden ist. Im Leerlauf wird das Sonnenrad 14 vorwärts mitgenommen und das Hohlrad 16 rückwärtig, angesichts der Tatsache, daß der Steg 18 festgelegt ist und das Fahrzeug still steht. Diese rückwärtige Drehung wird auf die Turbine 11 übertragen, die daher gezwungen ist, sich im Gegensinn zur Pumpe 8 zu drehen, was zu einer Ölaufheizung und einem Leistungsverlust führt.
Ausgehend von dem Beispiel gemäß Figur 5 könnte man ein Getriebe mit lediglich zwei Gängen und einem progressiven Übergang zwischen den beiden realisieren, indem das Untersetzungsgetriebe 27, das zusätzliche Differential 51 und eine der Kupplungen 107 und 23 fortgelassen wird, und indem der Steg 18 direkt mit dem Ausgang 4 verbunden wird.
Man könnte auch ein Getriebe mit drei Gängen realisieren, indem das zusätzliche Differential 51 fortgelassen wird und der Satelitenträger 18 direkt mit dem Ausgang 4 verbunden wird.
Das Differential 51 könnte auch zwischen dem angetriebenen Getriebeteil der Kupplung 9 einerseits und dem antreibenden Organ 108 (der im übrigen selbst mit der Welle 21 verbunden ist) andererseits angeordnet sein.
Es könnten auch mehrere frei rotierende Ringe so wie Nummer 88 in jedem Intervall zwischen zwei benachbarten Scheiben wie 79 und 81 angeordnet sein.

Claims

1. Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem zwischen einem Getriebe-Eingang (2) und einem Getriebe- Ausgang (4) angeordnetem Differentialgetriebe (13) mit drei Anschlüssen (Wellen 18, 19, 21), von denen zumindest während bestimmter Betriebsphasen:

- eine erste Welle (18) des Differentialgetriebes mit dem Getriebe-Ausgang (4) verbunden ist;

- eine zweite Welle (19) des Differentialgetriebes mit einem angetriebenen Getriebeteil (11, 111) eines ersten selektiven Kupplungsmittels (7, 107) verbunden ist, das für den Übergang von einem ersten Getriebegang zu einem zweiten Getriebegang bestimmt ist, in dem die Rotationsgeschwindigkeit des Getriebe-Ausgangs (4) in bezug auf die des Eingangs größer ist als im ersten Getriebegang, wobei ein antreibendes Getriebeteil (8, 108) des selektiven Kupplungsmittels mit dem Getriebe-Eingang verbunden ist; und

- eine dritte Welle (21) des Differentialgetriebes (13) mit dem Eingang (2) des Getriebes (1) unabhängig von der ersten Kupplung (7, 107) verbunden ist,

und mit Feststellmitteln (22) zum Unterbinden einer rückwärtigen Drehung der zweiten Welle (19), wenn bei einer Betriebweise im ersten Getriebegang das erste selektive Kupplungsmittel (7, 107) die zweite Welle (19) relativ zum Getriebe-Eingang (2) freigibt, wobei die erste selektive Kupplung (7, 107) von dem Typ ist, der in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit arbeitet und einen Schlupf mit Übertragung eines Drehmoments zuläßt, das von dieser Winkelgeschwindigkeit abhängig ist, dergestalt, daß sich der Übergang zum zweiten Getriebegang automatisch zu höheren Geschwindigkeiten hin verschiebt, wenn das zu übertragende Drehmoment erhöht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß im eingekuppelten Zustand das erste selektive Kupplungsmittel (7) für den zweiten Getriebegang eine die Geschwindigkeit reduzierende Verbindung zwischen dem Getriebe-Eingang (2) und der zweiten Welle (19) des Differentialgetriebes herstellt, und daß ein zweites selektives Kupplungsmittel (23) vorgesehen ist, das auf eine Winkelgeschwindigkeit reagiert, um eine weitere Übersetzung zu realisieren, die einem direkten Gang zwischen der ersten und der dritten Welle des Differentialgetriebes entspricht.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite selektive Kupplungsmittel (23, 24) ein automatisch in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Ausgangs (4) des Getriebes (1) schaltendes Element ist, das zusätzlich von einem Parameter abhängig arbeitet, der der durch das Getriebe (1) übertragenen Last entspricht.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite selektive Kupplungsmittel eine ausrückbare Kupplung (23) aufweist, die progressiv zwei (18, 19) der drei Wellen des Differentialgetriebes (13) verbindet, jedesmal wenn die genannte Winkelgeschwindigkeit ein zum Übergang in den direkten Gang vorbestimmtes Intervall von Geschwindigkeiten in ansteigender Richtung durchläuft.

4. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplung (7) durch ihren eigenen Schlupf eine Reduktion der Geschwindigkeit zwischen dem Eingang (2) des Getriebes und der zweiten Welle des Differentialgetriebes erzeugt.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Getriebeteil (11, 111) der ersten selektiven Kupplung (7) mit der zweiten Welle (19) des Differentialgetriebes (13) über ein Untersetzungsgetriebe (27) mit zwei Gängen verbunden ist.

6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Gänge des Untersetzungsgetriebes (27) ein direkter Gang ist.

7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (27) ein zweites Differentialgetriebe aufweist, letzteres mit einem Reaktionsorgan (Hohlrad 31), das auf einem Freilauf (32) gelagert ist, um eine Drehung im Drehsinn der Reaktion, die ihm während der Reduktion der Geschwindigkeit zwischen dem angetriebenen Getriebeteil (11, 111) der ersten Kupplung (7, 107) und der zweiten Welle (19) aufgezwungen wird, zu verhindern.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplung (7) durch ihren eigenen Schlupf eine Reduktion der Geschwindigkeit zwischen dem Eingang (2) des Getriebes und ihrem angetriebenen Getriebeteil (11) ermöglicht, daß ein zweites Differentialgetriebe zwischen dem angetriebenen Getriebeteil (11) und der zweiten Welle (19) des (ersten) Differentialgetriebes ein Reaktionselement (Hohlrad 31) aufweist, das auf einem Freilauf (32) angeordnet ist, um eine Drehung des Hohlrades (31) im Drehsinn der Reaktion zu verhindern, die diesem während der Geschwindigkeitsreduktion zwischen dem angetriebenen Teil (11, 111) der ersten Kupplung (7, 107) und der zweiten Welle (19) aufgezwungen wird, und daß eine dritte selektive Kupplung (33) dazu vorgesehen ist, während einer Funktionsphase (P'&sub3;) entsprechend einem dritten Übersetzungsverhältnis, zwischen dem zweiten Gang und dem direkten Gang, selektiv einen direkten Gang zwischen dem angetriebenen Getriebeteil (11, 111) der Kupplung (7, 107) und der besagten zweiten Welle (19) zu realisieren.

9. Getriebe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel (42) aufweist, um den mit dem Reaktionsorgan (Hohlrad 31) verbundenen Freilauf (32) während der Funktionsweise im ersten Getriebegang freizugeben.

10. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Getriebeteil (8, 108) der ersten selektiven Kupplung (7) mit dem Eingang (2) des Getriebes mittels einer ausrückbaren Eingangskupplung (9) verbunden ist.

11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ausrückbare Eingangskupplung (9) eine Kupplung ist, die in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Eingangs (2) des Getriebes (1) arbeitet, um den Eingang (2) des Getriebes mit dem antreibenden Getriebeteil (8, 108) der ersten selektiven Kupplung (7) jedesmal dann zu verbinden, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Eingangs (2) des Getriebes einen bestimmten Wert überschreitet.

12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste selektive Kupplung (7, 107) den Getriebe-Eingang (2) jedesmal dann progressiv mit der zweiten Welle (19) des Differentials (13) verbindet, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Getriebe-Eingangs (2) ein Geschwindigkeits-Intervall in ansteigender Richtung durchläuft, das oberhalb des bestimmten Werts angeordnet ist.

13. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Anordnung eines zusätzlichen Differentialgetriebes (51) zwischen der ersten Welle (18) und dem Ausgang (4), das ein Reaktionselement (Sonnenrad 56) aufweist, das normalerweise an einer rückwärtigen Drehung gehindert ist, und mit einer zusätzlichen selektiven Kupplung (77), die abhängig von der Drehgeschwindigkeit ist, um den Eingang (52) und den Ausgang (54) des zusätzlichen Differentialgetriebes automatisch miteinander zu verbinden, wobei die zusätzliche Kupplung von dem Typ ist, der zu einer relativen Winkelverschiebung fähig ist, und dabei ein Drehmoment überträgt, das eine Funktion der Drehgeschwindigkeit ist, in der Weise, daß der Übergang des zusätzlichen Differentialgetriebes (51) in den direkten Gang sich automatisch zu höheren Geschwindigkeiten hin verschiebt, wenn das zu übertragende Drehmoment erhöht ist.

14. Getriebe nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Rückwärtsgangmittel (57) um wahlweise und im wesentlichen gleichzeitig den Ausgang (54) des zusätzlichen Differentialgetriebes abzukuppeln und stillzulegen, das Reaktionsorgan (Sonnenrad 56) freizugeben und es ihm zu erlauben, sich rückwärts zu drehen, und das Reaktionsorgan (Sonnenrad 56) wenigstens indirekt mit dem Ausgang (4) des Getriebes zu verkuppeln.

15. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der selektiven Kupplungen (107) eine ausrückbare Kupplung ist, die in Abhängigkeit von besagter Rotationsgeschwindigkeit der Kupplung gesteuert wird, um nach und nach aus einem aus gekuppelten in einen eingekuppelten Zustand jedesmal dann überzugehen, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Kupplung ein Intervall von voreingestellten Geschwindigkeiten in ansteigender Richtung durchläuft.

16. Getriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ausrückbare Kupplung (107), die von er Geschwindigkeit gesteuert wird, Mittel zum Einstellen des Geschwindigkeits-Intervalls als eine Funktion des durch das Getriebe übertragenen Drehmoments aufweist.

17. Getriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen des Geschwindigkeits-Intervalls Mittel (92) umfassen, um auf die Kupplung eine Klemmbeanspruchung aufzubringen, die eine Funktion der Geschwindigkeit ist, zumindest in einem vorbestimmten Variationsbereich.

18. Getriebe nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit gesteuerte, ausrückbare Kupplung eine Kupplung des Mehrscheibentyps ist, der abwechselnd Scheiben (79, 81) aufweist, die entweder mit dem antreibenden Teil (84) oder mit dem angetriebenen Teil (82) der Kupplung verbunden sind.

19. Getriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß frei rotierende Reibringe (88) zwischen benachbarten Scheiben (79, 81) angeordnet sind.

20. Getriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (79, 81) aus Stahl und die Reibringe (88) aus Bronze bestehen.

21. Getriebe nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Reibringe (88) in der Größenordnung von 0,5 mm liegt.

22. Getriebe nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte "wenigstens eine" in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit gesteuerte Kupplung (9, 107, 23, 77) eine Anordnung von Fliehgewichten (92) aufweist, die schwenkbar auf einem Umfangsrand (91) angeordnet sind, der mit der Geschwindigkeit, zu der die Funktion der betreffenden Kupplung abhängig ist, in Rotation versetzt wird, wobei jedes Fliehgewicht in einem im wesentlichen axialen Schlitz (203) eines für alle Fliehgewichte (92) gemeinsamen Käfigs (201) geführt wird und einstückig mit einer Betätigungsfläche (96) ausgebildet ist, die wenigstens indirekt gegen die Scheiben der Kupplung drückt und wobei die Betätigungsflächen (96) der Fliehgewichte (92) eine axiale Bewegungskomponente im Sinne des axialen Drucks auf die Kupplung aufweisen, wenn die Fliehgewichte (92) unter der Wirkung der Zentrifugalkraft ausschwenken.

23. Getriebe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (203) des Käfigs (201) zu einem axialen Ende des Käfigs (201) hin offen sind.

24. Getriebe nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (201) einstückig mit einem Andruckring (98) für die Scheiben der Kupplung ausgebildet ist, gegen den die Betätigungsflächen (96) der Fliehgewichte drücken.

25. Getriebe nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrscheibenkupplung einen Umfangsring (206) aufweist, der die Gesamtheit der Fliehgewichte (92) umschließt und bezüglich einer axialen Verschiebung mit den Fliehgewichten (92) zur Synchronisation der Bewegung der Fliehgewichte gekoppelt ist.

26. Getriebe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsring (206) einen Anschlag (208) aufweist, der die Schwenkbewegung der Fliehgewichte (92) unter der Wirkung der Zentrifugalkraft begrenzt.

27. Getriebe nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fliehgewicht (92) eine massive Scheibe aufweist, die an ihrem Umfang eine Ausnehmung (93) zur Aufnahme des Umfangrandes aufweist.

28. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Betriebweise mit stillstehendem Ausgang (4) die die rückwärtige Drehung verhindernden Mittel desaktivierbar (39) sind.

29. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die selektive Kupplung ein hydraulischer Drehmomentwandler (7) ist, dessen antreibendes Getriebeteil eine Pumpe (8) des Wandlers und dessen angetriebenes Getriebeteil eine Turbine (11) des Wandlers ist.