DE3635519C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches, stufenloses Schalt­ getriebe für Straßen- und Schienenfahrzeuge mit einer motor­ getriebenen Hauptwelle, auf der ein kreiselgesteuertes Kegel­ differentialgetriebe angeordnet ist, wobei parallel zur Haupt­ welle eine mittels einer Einwegkupplung zuschaltbare Vorge­ legewelle eines Untersetzungsgetriebes vorgesehen ist, wobei an dem Kegeldifferentialgetriebe zwei Querachsen mit Kreisel­ rotoren und Planetenrädern befestigt sind und mit den Plane­ tenrädern abtriebsseitig auf der Hauptwelle drehbar ein Kegel­ rad mit Regularhohlwelle angeordnet ist, das die Antriebs­ welle antreibt.

Ein Getriebe mit diesen Merkmalen ist bekannt (DE-AS 34 18 826), bei dem abtriebsseitig an der Hohlwelle ein weiteres Kegel­ differential mit Querachsen, Kreiselrotoren und Planetenrä­ dern angeordnet ist. Das mit den Planetenrädern in Eingriff stehende Kegelrad treibt dann die Abtriebswelle an.

Die bekannte Ausführungsform hat insbesondere den Nachteil eines erheblichen baulichen Aufwandes, indem das Getriebe verhältnismäßig lang baut und hierbei hohe Herstellungs­ kosten anfallen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß kein gleichmäßiger Übergang vom Kriechgang zum direkten Gang erfolgt, wodurch die Fahreigenschaften nicht besonders gün­ stig sind.

Bekannt ist weiterhin ein Wandler mit Massen- und Differential­ system (DE-PS 25 04 236), der einen Antriebe eines Kreisel­ satzes mit einem rotierenden Käfig aufweist, wobei die bei­ den Wellenteile durch den Kreiselsatz miteinander gekuppelt werden. Diese technische Lösung ist sehr aufwendig und kost­ spielig, wobei sich diese Konstruktion nicht kompakt bauen läßt, da der rotierende Käfig zuviel Platz beansprucht. Wei­ terhin ist eine komplizierte Steuerung für die verschiede­ nen Betriebszustände erforderlich, indem die Kriechgeschwin­ digkeit über hydraulische Kupplungen und das Reduktionsge­ triebe übertragen wird, der direkte Gang über den Käfig und die hydraulische Steuerung eingeschaltet wird und hierbei das Reduktionsgetriebe ausgeschaltet wird.

Bekannt ist auch ein Umlaufrädergetriebe für Kraftfahrzeuge (DE-PS 5 75 645), bei dem kein stufenloses Schalten von einer reduzierten Geschwindigkeit bis zur direkten Übertragung möglich ist. Weiterhin ist der Übertragungsbereich sehr klein, der für ein normales Fahrzeug nicht ausreichend ist, wobei ein sprunghafter Übergang vom ersten in den direkten Gang un­ günstig ist. Die hierbei verwendete Fliehkraftkupplung er­ möglicht ab einer bestimmten Drehzahl einen direkten Durch­ trieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches stufenloses Schaltgetriebe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der bauliche Aufwand erheblich vermindert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf der Hauptwelle ein weiteres, über eine Hohlachse verlängertes und mit den Planetenrädern in Eingriff stehendes Kegelrad drehbar angeord­ net ist und daß mit der Hohlachse des weiteren Kegelrades ein erstes Stirnrad des Untersetzungsgetriebes drehfest ver­ bunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Unteransprüche 2 bis 4.

Die Erfindung bringt den wesentlichen Vorteil, daß das Kegel­ differential zwei Funktionen erfüllt, nämlich erstens als Kupplungsvorrichtung und zweitens als Drehmomentverteiler zwischen dem ersten (Kriechgang) und dem direkten Gang. Vor­ teilhaft ist auch die bauliche Vereinfachung und damit er­ hebliche Verminderung der Herstellungskosten. Vorteilhaft lassen sich auch die Fahreigenschaften verbessern, indem ein gleichmäßiger Übergang vom Kriechgang zum direkten Gang er­ folgt.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des Getriebes im Längs­ schnitt, im Grundriß und in einem Querschnitt A-B,

Fig. 2 eine Teilansicht des Getriebes im Längs­ schnitt, im Grundriß und in einem Schnitt A-B,

Fig. 3 eine Ansicht der Fliehkraftkupplung im Längsschnitt, im Grundriß und im Schnitt C-D,

Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht des Ge­ triebes,

Fig. 5 eine Ansicht des Getriebes bei den verschiedenen Schaltungsvorgängen,

Fig. 6 eine Ansicht der Vorgelegewelle im Längsschnitt und einer Seitenansicht und

Fig. 7 eine Ansicht der Regulatorhohlwelle mit Bauteilen im Längsschnitt, Grund­ riß und Schnitt E-F.

Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Getriebe erfolgt die Kraftübertragung über einen Drehmomentverteiler (Kegeldiffe­ rential), der mit zwei asymmetrischen - zweiarmigen Kreisel­ rotoren 13 ausgerüstet ist (Fig. 1). Die zweiarmigen - asymme­ trischen Rotoren sind an den Planetenkegelrädern 12 des Diffe­ rentials befestigt, mit welchen sie an der Querachse 3 ro­ tieren. Die Querachse 3 wird von der angetriebenen Hauptwel­ le 1 direkt angetrieben.

Bei der Kriechgeschwindigkeit (ersten Geschwindigkeit) wird die Drehkraft von der Hauptwelle 1 über die Planetenräder 12 auf die Kegelräder 11, 16 übertragen. Das Kegelrad 11 ist über seine verlängerte Hohlachse mit dem Stirnrad 5 fest verbunden und kann freilaufend auf der Hauptwelle 1 rotieren und dient zur weiteren Drehkraftübertragung auf die Vorgelegewelle 2.

Dies geschieht über das Stirnrad 5 und über das Stirnrad 6, welches über Einwegkupplung 32, 33 an die Vorgelegewelle 2 angekuppelt ist. Von der Vorgelegewelle 2 wird die Drehkraft über das fest aufgekeilte Stirnrad 7 auf das Stirnrad 8 wei­ tergegeben. Vom Stirnrad 8 und über das Stirnrad 9 überträgt sich die Drehkraft auf das Stirnrad 10, welches die ge­ triebene Welle direkt antreibt. Die Stirnräder 8, 9 haben über die Hohlwelle 17 eine feste Verbindung und können zusam­ men mit dieser Hohlwelle 17 auf der Hauptwelle 1 frei rotieren. Die Kriechgeschwindigkeit, welche über die Vorgelegewelle ge­ leitet wird, wirkt nur bei der Anfahrt, d. h. solange die Haupt­ welle mit ganz kleiner Drehzahl arbeitet und die Kreisel­ kräfte und Fliehkräfte noch nicht wirken.

Erst bei zunehmender Drehzahl der Hauptwelle 1 und gleich­ zeitig zunehmender Drehzahl der Kreiselrotoren 13, werden die Kreiselkräfte für die Drehkraftübertragung von der Haupt­ welle 1 auf die Regulatorhohlwelle 17 genügend groß. In diesem Falle erfolgt die Kraftübertragung über die Differential­ planetenräder, welche von den zweiarmigen Kreiselrotoren immer stärker gebremst werden und damit das Kegelrad 16 mit der Regulatorhohlwelle 17 immer mehr beschleunigen. Von der Regulatorhohlwelle wird über das Stirnrad 9 und das Stirnrad 10 die Drehkraft auf die getriebene Welle 4 übertragen.

In dem Augenblick, in welchem die Differentialkreisel die Drehkraftübertragung übernommen haben, kuppelt die Einweg­ kupplung 32, 33 die Vorgelegewelle 2 aus und damit ist die Kriechgeschwindigkeitsstufe ausgekuppelt.

Innerhalb des Betriebes zwischen Kriechgeschwindigkeit und der direkten Geschwindigkeit, wird für die Drehkraftübertra­ gung nur der Kreiselsatz 12, 13, 16 (Fig. 2) benützt. Die Drehkraftübertragung mit Hilfe der elastischen Kreiselsatz­ kupplung dauert, bis sich infolge der weiteren Drehzahler­ höhungen die zweiarmigen Kreiselrotoren blockieren. Wegen der ständigen Kreiselkraftzunahme werden die Kreiselrotoren immer mehr gebremst, bis es am Ende zu totaler Blockierung kommt, wobei die Fliehkräfte der Kreiselarme die überwiegende Wirkung haben.

Bei dieser Blockierung werden die Kreiselrotoren nach dem physikalischen Gesetz der asymmetrischen Kreiselrotoren immer die Querstellung gegenüber der Hauptwelle annehmen.

Beim Blockieren der Kreiselrotoren wirken drei Kräfte:

• a) Die Arme der Kreiselrotoren neigen ständig zu einer Quer­ lage zu der Hauptwelle 1, weil die Rotorarme 13 während der Rotation um die Hauptwelle unter ständiger Fliehkraft­ wirkung sind. Diese Fliehkraft verursacht, daß die Kreisel­ arme die möglichst größte Entfernung zu der Hauptwelle an­ nehmen.
• b) Eine ständige Bremsung der Kreiselrotoren verursacht auch der Fliehkraftdruck der Rotoren auf ihre Gleitlager-Stirn­ seiten, in diesem Fall auf die Stellringe 34, 35, welche auf der Achse 3 befestigt sind.
• c) Die Fliehkraftkupplung kuppelt auch automatisch bei höheren Drehzahlen der Ausgangswelle 4. Hiermit wird die Welle 1 mit dem ganzen Kreiselsystem fest verbunden. Auf diese Weise bleiben die Kreisel weiter blockiert, wenn auch die Kreiselkräfte geschwächt sind oder nicht mehr bestehen.

Nach der Blockierung der Kreiselrotoren rotiert der ganze Kreiselsatz als ein einzelner Block mit derselben Geschwindigkeit wie die Hauptwelle 1 und die Drehkraft wird jetzt von der Hauptwelle direkt auf die Regulatorhohlwelle 17 weitergegeben und über das Zahnradpaar 9, 10 auf die getriebene Welle 4 übertragen.

Erst bei synchroner Drehzahl der Hauptwelle 1 und Regulatorhohl­ welle 17 dürfen sich die zwei Konusse der Fliehkraftkupplung 25, 26 zusammenkuppeln, was man mit der Verstellung des längs­ verschiebbaren Stellringes 29 erreichen kann. Mit der Ver­ stellung des, auf der Regulatorhohlwelle verschiebbaren Stell­ ringes 29, wird die Zugkraft der Spiralfedern 22 so eingestellt, daß die Fliehkraftregulatorarme 20 erst bei synchroner Dreh­ zahl mit der Hauptwelle 1 sich auseinanderspreizen und die Fliehkraftkupplung einkuppeln.

Bei der Fliehkraftkupplung (Fig. 3) ist der Außenkegel 26 an der Hauptwelle 1 mit einem Keil befestigt. Der Innenkegel 25 der Fliehkraftkupplung ist längsverschiebbar auf der Regulator­ hohlwelle 17 angebracht und bei langsamer Rotation in ent­ kuppeltem Zustand, für welche die Innenspiralfeder 27 sorgt. Der Innenkegel 25 ist auf der Regulatorhohlwelle 17 längs­ verschiebbar, muß jedoch mit der Regulatorhohlwelle ständig mitrotieren. Mit der Einkupplung der Fliehkraftkupplung er­ reicht man die feste Verbindung zwischen der Hauptwelle 1 und der Regulatorhohlwelle 17, womit eine direkte Geschwindigkeits­ schaltung zwischen Hauptwelle 1 und getriebene Welle 4 erreicht wird.

Mit der Fliehkraftkupplung der direkten Geschwindigkeitsstufe kann man erreichen, daß nach der Entkupplung bei nachträglich verminderter Drehzahl des Motors und des Fahrzeuges die direk­ te Geschwindigkeitsstufe auch weiter eingeschaltet bleibt und erst bei 40 bis 50% verminderter Drehzahl zur Rückkupplung in die niedrigere Geschwindigkeitsstufe kommt. Zu dieser Rück­ kupplungsverzögerung kommt es wegen der Fliehkraftvergrößerung bei den Fliehkraftregulator-Gewichten 19, wenn die Regulator­ arme gespreizt sind und wegen des kleineren Drehmomentes, wel­ ches die Spiralfedern 22 auf die Regulatorarme ausüben. Die Spiralbefestigungspunkte bei den gespreizten Armen sind näher zur Hauptwelle.

Nach Bedarf kann man die Einkuppelungsempfindlichkeit der Fliehkraftkupplung auch während der Fahrt ändern, wenn man an dem Stellring 29 einen Hebel 30 befestigt und während der Fahrt die Lage des Stellringes 29 verändert. Die Kuppelung der Fliehkraftkupplung erfolgt infolge der Spreizung - Aus­ lenkung - der Regulatorarme 20, welche dann hebelartig den längsverschiebbaren Kupplungskonus 25 in den festgekeilten Konus 26 einkuppeln und damit die treibende Welle 1 an die Regulatorhohlwelle 17 fest ankuppeln. Die Kraftübertragung geht jetzt von der treibenden Welle 1 über die zentrifugale Kupplung 25, 26 auf die Regulatorhohlwelle 17 und weiter über das Stirnrad 9 und das Stirnrad 10 auf die getriebene Welle 4.

Die Funktion der automatischen Schaltvorgänge ergibt sich aus Fig. 5.

I. Kriechgeschwindigkeit - erster Gang:

Bei der Anfahrt, bei welcher die Hauptwelle 1 eine sehr kleine Drehzahl hat und die zweiarmigen Kreiselmotoren 13 langsam rotieren, sind die Kreiselkräfte zu schwach für eine Kraft­ übertragung. Deshalb wird die Drehkraft mit sehr reduzierter Drehzahl über Zahnräder 5, 6 und über die eingekuppelte Einweg­ kupplung 32, 33 auf die Vorgelegewelle 2 übertragen. Danach wird die Kraftübertragung über das Zahnrad 7 und Stirnräder der Regulatorwelle 8, 9 auf das Zahnrad 10 der getriebenen Welle 4 übertragen.

II. Die Übergangsstufe - Zwischengeschwindigkeitsstufe

Deckt den ganzen Bereich von der Kriechgeschwindigkeit bis zu der direkten Geschwindigkeitsstufe. Hier wird die Dreh­ kraft von der Hauptwelle 1 auf die zweiarmigen Kreiselroto­ ren 13 übertragen und infolge der Kreiselkräfte und Flieh­ kräfte der zweiarmigen Kreiselrotoren werden die Planeten­ räder 12 die Drehkraft auf das Kegelrad 16 übertragen, welches die Regulatorhohlwelle 17 antreibt. Von der Regulatorhohlwelle 17 wird die Druckkraft über die Zahnräder 9, 10 auf die ange­ triebene Welle 4 übertragen. In demselben Moment, in welchem die Zwischenstufe die Drehkraftübertragung übernommen hat, wird die Einwegkupplung 32, 33 die Vorgelegewelle aus­ kuppeln, damit von der Vorgelegewelle die Umschaltungen in die höheren Geschwindigkeiten nicht gebremst werden.

III. Direkte Geschwindigkeitsstufe

Je höher die Drehzahl der Kreiselrotoren ist, desto voll­ ständiger ist die Kraftübertragung über die Differential­ kegelräder 12, 16, bis sich die zweiarmigen Kreiselrotoren 13 blockieren. Erst bei blockierten Kreiselrotoren ist die di­ rekte Geschwindigkeit eingeschaltet. Jetzt rotiert die Regulatorhohlwelle 17 synchron mit der Hauptwelle 1 und erst jetzt kommt es zur zusätzlichen Kuppelung der Fliehkraftkupp­ lung 25, 26, so daß die Regulatorhohlwelle 17 fest an die Hauptwelle 1 angekuppelt wird. Nun geht die Drehkraftüber­ tragung von der Hauptwelle 1 über die Fliehkraftkupplung direkt auf die Regulatorhohlwelle 17 und über die Zahnrä­ der 9, 10 auf die getriebene Welle 4. Hier muß man betonen, daß die verzögerte Entkupplung der Fliehkraftkupplung sogar günstig ist, damit man mit der direkten Geschwindigkeit auch bei verminderter Motordrehzahl weiterfahren kann. Bei gün­ stiger Einstellung des Stellringes 29 ist auch erreichbar, daß die Fliehkraftkupplung genau dann einkuppelt, wenn die Regulatorhohlwelle 17 dieselbe Drehzahl erreicht hat, mit der die Hauptwelle 1 rotiert, so daß es bei der Einkuppelung nicht zur Reibung kommt zwischen den zwei Kupplungskonussen. Erwähnenswert ist, daß der Ein- und Auskuppelungsvorgang der Fliehkraftkupplung in direkter Abhängigkeit von der Drehzahl der getriebenen Welle ist, d. h. von der momentanen Geschwin­ digkeit des Fahrzeuges.

Claims (4)

1. Automatische, stufenlose Schaltgetriebe für Stra­ ßen- und Schienenfahrzeuge mit einer motorgetrie­ benen Hauptwelle (1), auf der ein kreiselgesteuer­ tes Kegeldifferentialgetriebe angeordnet ist, wobei parallel zur Hauptwelle (1) eine mittels einer Einwegkupplung (32, 33) zuschaltbare Vorgelegewel­ le (2) eines Untersetzungsgetriebes (5, 6, 7, 8) vorgesehen ist, wobei an dem Kegeldifferentialgetriebe zwei Querachsen (3) mit Kreiselrotoren (13) und Planetenrädern (12) befestigt sind und mit den Pla­ netenrädern (12) abtriebsseitig auf der Hauptwel­ le (1) drehbar ein Kegelrad (16) mit Regulatorhohl­ welle (17) angeordnet ist, das die Abtriebswelle (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Haupt­ welle (1) ein weiteres über eine Hohlachse verlän­ gertes und mit den Planetenrädern (12) in Eingriff stehendes Kegelrad (11) drehbar angeordnet ist und daß mit der Hohlachse des weiteren Kegelrades (11) ein erstes Stirnrad (5) des Untersetzungsgetrie­ bes (5, 6, 7, 8) drehfest verbunden ist.

2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hauptwelle (1) und die Regulatorhohl­ welle (17) mittels einer Fliehkraftkupplung (19, 25, 26) kuppelbar sind.

3. Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung einen an der Hauptwelle (1) befestigten Konus (26) und einen in diesen eingreifenden und auf der Regulator­ hohlwelle (17) drehfest angeordneten und verschieb­ baren Kupplungskonus (25) aufweist, daß an der Re­ gulatorhohlwelle (17) mittels Gewichte (19) spreiz­ bare Arme (20) angeordnet sind, die den Kupplungs­ konus (25) gegen den festen Konus (26) verschieben.

4. Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spreizbaren Ar­ me (20) mittels einer Zugfeder (22) an einem an der Regulatorhohlwelle (17) verschiebbaren Stellring (29) abgestützt sind.