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Mehrgängiges, automatisches Getriebe
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Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrgängiges, automatisches Getriebe
für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, das die Verbindung zwischen dem Antriebsaggregat
und der angetriebenen Räder herstellt.
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Automatische Getriebe von Kraftfahrzeugen haben die Aufgabe, eine
selbsttätige Anpassung der Motortriebkräfte an die stark schwankenden Fahrwiderstände
vorzunehmen. Während dabei im Zugbetrieb der Motor über das Getriebe die Triebräder
antreibt, erfolgt bei Schubbetrieb eine Umkehr der Triebrichtung, so daß nunmehr
der Motor von den mit größerer Geschwindigkeit rollenden Triebrädern angetrieben
wird. Dadurch, daß beim Schubbetrieb das Getriebe und der Motor mit einer höheren
Drehzahl als der Motorleerlaufdrehzahl mitgedreht werden, ergibt sich infolge der
dabei entstehenden Reibungsverluste
eine Verringerung der kinetischen
Energie und damit eine merkliche Abbremsung des rollenden Fahrzeugs. Ein wesentlicher
Teil der Verluste bei einem automatischen Getriebe wird dabei von der Ölpumpe und--den
Büfterschaufeln am Wandler verursacht, die mit der Kurbelwelle gekuppelt sind und
daher im Schubbetrieb ebenfalls mitgedreht werden. Zusätzlich ergibt sich noch durch
den fahrgeschwindigkeitsabhängig hochgedrehten Motor eine Erhöhung des Eraftstoffverbrauchs
und eine trnerwünschte Vergrößerung des Ausstoßes an schädlichen Abgasbestandteilen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Nachteile
der bekannten, mit automatischen Getrieben ausgerüsteten Fahrzeuge zu vermeiden
und eine Möglichkeit zu schaffen, das Mitdrehen des Motors und Getriebes im Schubbetrieb
des Fahrzeugs wenigstens in dem direkten Getriebegang zu verhindern.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, das in
dem dem direkten Gang zugeordneten Getriebezweig ein im Schubbetrieb des Fahrzeugs
die Triebverbindung lösender Freilauf eingeschaltet ist.
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Bei einem automatischen Getriebe mit einem Planetengetriebe, das im
direkten Gang sowohl über eine Vorwärtskupplung als auch über eine Direkt- und Rückwärtskupplung
angetrieben wird, soll der Freilauf zweckmäßigerweise in dem die Direkt- und Rückwärtskupplung
aufweisenden Getriebezweig eingeschaltet sein. Insbesondere soll der Freilauf zwischen
der Direkt- und Rilckwärtskupplung und der ebenfalls in diesem Getriebezweig angeordneten,
dem zweiten Gang zugeordneten Bandbremse angeordnet sein.
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Bei automatischen Getrieben ist es zwar schon bekannt, einen Freilauf
in dem dem ersten Gang zugeordneten Getriebezweig vorzusehen. Dieser Freilauf dient
jedoch in erster Linie dazu, die Schalt qualität und damit den Fahrkomfort beim
Betrieb des Fahrzeugs in den unteren Gängen zu verbessern.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines automatischen Getriebes
wird dagegen sichergestellt, daß so lange das Fahrzeug in einem mit dem erfindungsgemäßen
Freilauf ausgerüsteten Getriebegang betrieben wird, im Schubbetrieb ein Antrieb
des Motors und eines großen Teils des Getriebes durch die mit höherer Drehzahl drehenden
Reibräder verhindert wird. Motor- und Getriebeblock laufen dann vielmehr mit Leerlaufdrehzahl
und infolgedessen mit geringerem Kraftstoffbedarf und kleinerem Schadstoffausstoß
um.
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Außerdem wird das rollende Fahrzeug nicht mehr durch die mitgedrehten
Aggregatteile abgebremst, so daß eine längere Bahrstrekke erreichbar- ist. Dabei
wird davon ausgegangen, daß auf die Motorbremsung im Schubbetrieb zumindest in den
höheren Fahrgängen, beim automatischen Getriebe also insbesondere im direkten Gang,
verzichtet werden kann. Eine etwa notwendige Abbremsung wird dann zweckmäßigerweise
mit Hilfe der Fahrbremse erzielt.
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Wird dagegen bei einem längeren Gefälle ein länger dauerndes Bremsen
erforderlich, so daß zur Verhinderung einer Überhitzung der Radbremsen eine Motorbremsung
erwünscht ist, so beateht die Möglichkeit, durch Schaltung des Getriebewählhebelsauf
die Fahrstufe 2 oder 1 einen Getriebegang anzuwählen, in dem eine Freilaufwirkung
nicht vorhanden und eine Motorbremsung möglich ist.
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Durch Verringerung der Drehzahl von Motor und Getriebe beim Schubbetrieb
des Fahrzeugs von einer etwa fahrgeschwindigkeitsportionalen Drehzahl auf die Leerlaufdrehzahl
ergeben sich nun wesentliche Einsparungen beim Betrieb des Fahrzeugs, die sich letztendlich
in einer Verringerung des Kraftstoffbedarfs auswirken. Beim automatischen Getriebe
spielen dabei besonders die von der Ölpumpe und den Lüfterschaufeln herrührenden
Verlustanteile eine relativ große Rolle. Mit einem erfindungsgemäß ausgerüsteten
automatischen Getriebe besteht jetzt auch die im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit
günstige Möglichkeit, beim Dauerbetrieb das Fahrzeug in zeitlichen Abständen bei
hohem Motorwirkungsgrad zu beschleunigen und anschließend im Freilauf rollen zu
lassen. Diese Betriebsweise zeigt einen geringeren Kraftstoffverbrauch, als wenn
dieselbe Motorleistung durch länger dauernde Teillast mit schlechtem Wirkungsgrad
aufgebracht würde.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in einer schematischen
Darstellung ein erfindungsgemäß ausgebildetes hydrodynamisch-mechanisches Kraftfahrzeuggetriebe.
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Dabei ist mit 1 ein hydrodynamischer Drehmomentwandler und mit 2 ein
Planeten- oder Umlaufrädergetriebe bezeichnet, die einem gemeinsamen Getriebegehäuse
3 angeordnet sind. Der Drehmomentwandler 1 weist ein von einer Motorkurbelwelle
4 angetriebenes Pumpenrad 5 auf, das mit einer Lüfterbeschaufelung 6 zur Kühlung
des hydraulischen Arbeitsmittels des Drehmomentwandlers 1 versehen ist. Mit 7 ist
in der Zeichnung ein Turbinenrad und mit 8 ein über einen Freilauf 9 am Gehäuse
3 abgestütztes Leitrad des Drehmomentwandlers bezeichnet. Das Turbinenrad 7 ist
über eine hohle Turbinenwelle 10 mit einem Kupplungsteil 11 verbunden, das den Eingang
für das aus zwei einfachen Planetensätzen 12 a und 12 b bestehende Planetengetriebe
2 bildet.
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In dem Planetengetriebe 2 ist mit 13 eine als Lamellenkupplung ausgebildete
Vorwärtskupplung bezeichnet, die das Kupplungsteil 11 mit einem Ringrad 14 des ersten
Planetensatzes 12 a verbindst. Dieser erste Planetensatz 12 a weist weiterhin Planetenräder
15 auf, die auf einem Planetenträger 19 gelagert sind und mit dem Ringrad 14 einerseits
und mit einem den beiden Planetensätzen 12 a und 12 b gemeinsamen inneren Sonnenradl
6 andererseits in Eingriff stehen. Der Planetenträger 19 ist mit einer Abtriebswelle
20 verbunden, auf der ein Antriebsritzel 21 für das hier nicht gezeigte Achegetriebe
des Kraftfanrzeiges befestigt ist.
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Der zweite Planetensatz 12 b ist in gleicher Weise wie der erste Planetensatz
12 a aufgebaut und weist Planetenräder 17 auf, die zwischen dem inneren Sonnenrad
16 und einem äußeren Ringrad 18 kämmen und auf einem Planetenträger 26 gelagart
sind. Das äußere Ringrad 18 des zweiten Planetensatzes 12 b ist ebenfalls mit der
Abtriebswelle 20 verbunden und bietet somit neben dem Planetenträger 19 des ersten
Planetensatzes 12 a einen zweiten Drehmomentenweg durch das Getriebe.
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Neben der Vorwärtskupplung 13 ist eine zweite als Lamellenkupplung
ausgebildete Direkt- und Rückwärtskupplung 22 vorgesehen, die bei ihrer Betätigung
das Kupplungsteil 11 mit einer die Vorwärtskupplung 13 und den ersten Planetensatz
12 a umgreifenden Kupplungsglocke 24 verbindet. Die Kupplungsglocke 24 steht mit
dem inneren Sonnenrad 16 der Planetensätze in Verbindung und kann mit Hilfe einer
Bandbremse 25 festgelegt werden.
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Mit 27 ist eine zweite, als Lamellenbremse ausgebildete Bremse bezeichnet,
die an dem Planetenträger 26 des zweiten Planetensatzes 12 b angreift. 28 stellt
eine als Klemmrollenfreilauf ausgebildete Uberhohlbremse dar, die den Planetenträger
26 des zweiten Planetensatzes 12 b in der einen Drehrichtung gegen das Getriebegehäuse
3 abstützt.
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An der Stirnseite des Getriebegehäuses 3 befindet sich eine Öl-Zahnradpumpe
29, die von einer durch die hohle Turbinenwelle 10 hindurchgeführten und mit dem
Pumpenrad 5 des Drehmomentwandlers 1 verbundenen Pumpenwelle 30 angetrieben wird.
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Mit dem in der Zeichnung schematisch gezeigten Planetengetriebe 2
lassen sich nun durch entsprechende Betätigung der Schaltglieder drei Vorwärtsgänge
und ein Rückwärtsgang einstellen. So muß für den Vorwärtsbetrieb in einem der Vorwärtsgänge
die Vorwärtskupplung 13 angezogen werden, wodurch die Turbinenwelle 10 direkt mit
dem äußeren Ringrad 14 des ersten Planetensatzes 12 a verbunden wird. Im niedrigen
Gang (erster Gang) erfolgt eine Drehmomentaufteilung, in dem das Drehmoment teils
über den Planetenträger 19 des ersten Planetensatzes 12 a und teils über das äußere
Ringrad 18 des zweiten Planetensatzes 12 b auf die Abtriebswelle 20 gebracht wird.
Die Drehmomentreaktion des Planetengetriebes erfolgt dabei über den Planetenträger
26 des zweiten Planabensatzes 12 b, der während der Beschleunigungsperiode durch
die Überhohlbremse 28 festgelegt ist. Diese Bremswirkung kann, insbesondere beim
Lastbetrieb, zusätzlich durch die Bremswirkung der Lamallenbremse 27 unterst-itzt
werden, die eine Bremswirkung in beiden Drehrichtungen und somit auch einen Notorbremsbetrieb
ermöglicht.
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Der mittlere Gang (zweiter Gang) wird durch Festlegung des den beiden
Planetensätzen (12a und 12 b) gemeinsamen inneren Sonnenrades 16, und zwar durch
Beaufschlagung der Bandbremse 25, die dabei die Eupplungsglocke 24 festhält, eingestellt.
Der Drehmomentabtrieb erfolgt in diesem Fall allein über den Planetenträger 19 des
ersten Planetensatzes 12 a auf die Abtriebswelle 20, während der Planetenträger
26 des zweiten Planetensatzes 12 b frei mitläuft.
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In dem Direktgang (dritter Gang) wird die Bandbremse 25 gelöst und
zusätzlich die Rückwärts- und Direktkupplung 22 angezogen. Dadurch erfolgt eine
Verblockung des gesamten Planetengetriebes, das als Block umläuft und bei einem
Übersetzungsverhältnis von 1 1e 1 i die Antriebswelle 20 direkt mit der Turbinenwelle
10 verbindet. In diesem Getriebezweig ist nun erfindungsgemäß ein Freilauf 23 angeordnet,
und zwar zwischen der Direkt- und Rückwärtskupplung 22 und der Bandbremse 25. Der
Freilauf 23 ist dabei so geschaltet, daß er im Zugbetrieb, das heißt beim Antrieb
der Reibräder durch den Motor eine starre Verbindung zwischen der Direkt- und Rückwärtskupplung
22 und der Kupplungsglocke 24 herstellt, dagegen im Schubbetrieb, das heißt beim
Antrieb des Motors durch die mit höherer Drehzahl drehenden Räder des Fahrzeugs,
diese Verbindung unterbricht. Diese Unterbrechung der Verbindung führt dazu, daß
der Motor und wesentliche Zeile des Getriebes, insbesondere aber auch die mit dem
Pumpenrad 5 gekuppelte Öl-Zahnradpumpe 29 und die auf dem Pumpenrad angebrauchten
Lüfterschaufeln 6 nur noch mit der Leerlaufdrehzahl des Motors umlaufen. Dadurch
läßt sich, wie oben bereits dargelegt wurde, eine erhebliche Kraftstoffeinsparung
bei Verzicht auf die Bremswirkung des Motors und Getriebes beim Schubbetrieb erreichen.
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Im Rückwärtsgang ist die Vorwärtskupplung 13 gelöst und anstelle dessen
die Direkt- und Rückwärtskupplung 22 angezogen. Außerdem ist die Lamellenbremse
27 mit Druck beaufschlagt und legt somit den Planetenträger 26 des zweiten Planetensatzes
12 b fest. Über die Kupplungs glocke 24 wird dabei das Drehmoment von der Turbinenwelle
10 auf das innere Sonnenrad 16 des Planetengetriebes gebracht und nach Drehrichtungsumkehr
an den Planetenrädern 17 über das äußere Ringrad 18 des
zweiten
Planetensatzes 12 b auf die Abtriebswelle 20 abgeleitet.
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Auch in diesem Gang kommt der erfindungsgemäße Freilauf 23 zur Wirkung,
indem er im Zugbetrieb die Verbindung zwischen der Direkt- und Rückwärtskupplung
22 und der Kupplungsglocke 24 herstellt, im Schubbetrieb dagegen diese Verbindung
unterbricht.
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Bei dem in der Zeichnung gezeigten Getriebe ist der Freilauf 23 zwischen
der Direkt- und Rückwärtskupplung 22 und der Bandbremse 25 eingeschaltet. Es ist
jedoch auch möglich, den Freilauf zwischen der Bandbremse 25 und dem Planetengetriebe
12 a, 1.2 b an der Kupplungsglocke 24 anzuordnen0 Dies würde die Freilaufwirkung
im Schubbetrieb auch auf den zweiten Getriebegang ausdehnen, so daB nur noch im
ersten Gang bei angezogener Lamellenbremse 27 ein Motorbremsbetrieb möglich wäre.