Automatische Fahrzeuggetriebe: Grundlagen, Bauformen, Eigenschaften, Besonderheiten

ISBN-13: 9783642841194 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 555 str.

Hans J. F. Rster

Opis

Automatische Fahrzeuggetriebe wandeln Drehmoment und Drehzahl des Motors in Zugkraft und Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Sie bestehen aus Str mungswandlern, Planetengetrieben, kraftschl ssigen Servo-Bremsen und -Kupplungen, lpumpen und hydraulischen wie elektronischen Steuereinheiten, deren Zusammenwirken das Anfahren, den Gangwechsel und die Zugkraftschaltung nach den Betriebsdaten des Motors, den Erfordernissen des Fahrzeugs und den W nschen des Fahrers regelt. Dieses Buch vermittelt die wichtigsten, f r die Konstruktion automatischer Wechselgetriebe f r Personen- und Nutzkraftwagen notwendigen Kenntnisse. Alle Bauelemente, ihre Funktionen und die Regelung sind praxisgerecht beschrieben, wobei - soweit wie m glich - Diagrammen und Zeichnungen der Vorrang vor dem Text einger umt wird. Zahlreiche Beispiele automatischer Getriebe aus aller Welt werden vorgestellt.

Spis treści

1 Auslegung der Getriebe.- 1.1 Fahrzeug.- 1.2 Motor.- 1.3 Fahrgleichung, Kombination von Motor und Fahrzeug.- 1.4 Aufgaben des Getriebes.- 1.4.1 Drehzahlwandlung.- 1.4.2 Drehmomentwandlung.- 1.4.3 Drehrichtungsumkehr.- 1.5 Grenzen der Wandlung.- 1.5.1 Größter Wert der Wandlung (i/r)max.- 1.5.2 Kleinster Wert der Wandlung (i/r)min.- 1.5.3 Die Bedeutung der Schnellgangzahl ?.- 1.6 Erforderlicher Wandlungsbereich I.- Literatur.- 2 Automatische Stufengetriebe.- 2.1 Das Schaltgetriebe als Ersatz für das stufenlose Getriebe.- 2.1.1 Zahl der Gänge.- 2.2 Automatisierung des Stufengetriebes.- 2.2.1 Anfahrvorgang.- 2.2.2 Gangwechsel.- 2.2.3 Elektro-pneumatisch geschaltete Getriebe.- 2.3 Vorgelegegetriebe mit Zugkraftschaltung.- 2.3.1 Doppelkupplungsgetriebe.- 2.3.2 Vorgelegegetriebe mit Einzelkupplungen.- 2.4 Vergleich von Vorgelegegetriebe und Planetengetriebe.- 2.5 Anforderungen an vollautomatische Stufengetriebe.- 2.6 Elemente automatischer Stufengetriebe.- Literatur.- 3 Strömungsgetriebe (Föttinger-Getriebe).- 3.1 Berechnung.- 3.1.1 Grundlagen.- 3.1.2 Verluste.- 3.1.2.1 Reibungsverlust.- 3.1.2.2 Stoßverlust.- 3.1.2.3 Sonstige Verluste.- 3.1.3 Berechnungsgang.- 3.1.3.1 Umfangskomponente Cu der Absolutgeschwindigkeit C.- 3.1.3.2 Stoßgeschwindigkeit.- 3.1.3.3 Relativgeschwindigkeit.- 3.1.4 Dimensionslose Schreibweise nach Spannhake.- 3.1.5 Konstruktionspunkt.- 3.1.6 Wandlergleichung.- 3.2 Kennzeichnende Größen der Strömungsgetriebe.- 3.2.1 Wandlerleistungszahlen.- 3.2.2 Wandlung ?.- 3.3 Ausgezeichnete Punkte der Wandlercharakteristik.- 3.4 Verlustaufteilung.- 3.5 Wirkungsgrad.- 3.6 Strömungskreislauf mit 2 Schaufelrädern.- 3.6.1 Strömungskupplung.- 3.6.2 Strömungsbremse.- 3.7 Strömungswandler.- 3.7.1 Wandler mit zentrifugal durchströmter erster Turbine.- 3.7.1.1 Konstruktionspunkt ?M.- 3.7.1.2 Wandlerleistungszahl ?.- 3.7.1.3 Wandlung ? und Wirkungsgrad ?W.- 3.7.1.4 Berechnung.- 3.7.1.5 Konstruktion.- 3.7.2 Zweiphasenwandler mit zentripetal durchströmter Turbine.- 3.7.2.1 Berechnung.- 3.7.2.2 Auslegungsdaten.- 3.8 Festlegung der Kanalform.- 3.8.1 Meridianschnitt.- 3.8.2 Winkel entlang dem mittleren Stromfaden.- 3.8.3 Kanalbegrenzung.- 3.8.4 Schaufelkonstruktion.- 3.8.5 Schaufelprofil.- 3.9 Beanspruchung der Bauteile rotierender Wandler.- 3.10 Wandler mit überbrückungskupplung.- 3.10.1 Ausführungsformen.- 3.10.2 Schleppverluste.- 3.11 Zusammenarbeit Verbrennungsmotor mit Strömungsgetriebe.- 3.11.1 Verfahren.- 3.11.2 Auslegungskriterien.- 3.11.2.1 Wandler mit Wandlerleistungszahl ? ?const.- 3.11.2.2 Zweiphasenwandler, ? = f(?), fallend.- 3.11.3 Hydraulische Verlustleistung.- 3.11.4 Wandlerdurchmesser.- 3.11.5 Fahrzeugbetrieb in der Höhe.- Literatur.- 4 Planetengetriebe.- 4.1 Allgemeine Festlegungen.- 4.2 Berechnungsverfahren.- 4.2.1 Drehzahlverhältnis.- 4.2.1.1 Kutzbach-Plan.- 4.2.1.2 Willis-Gleichung und Swampsche Regel (Superpositionsgesetz).- 4.2.2 Kräfte und Drehmomente.- 4.2.2.1 Kräfteplan.- 4.2.2.2 Drehmomentverhältnis.- 4.2.3 Leistung und Wirkungsgrad.- 4.2.3.1 Standgetriebe.- 4.2.3.2 Umlaufgetriebe.- 4.2.3.3 Merkschritte zur Berechnung des Wirkungsgrads von einfachen und zusammengesetzten Umlaufgetrieben mit Festglied.- 4.2.4 Das erweiterte modifizierte Schema von Wolf (EMW).- 4.2.4.1 Das EMW-Prinzip.- 4.2.4.2 EMW mit Berücksichtigung der Verluste.- 4.2.4.3 Leistung und Wirkungsgrad im EMW.- 4.2.4.4 EMW-Form mit Fließrichtung der Wälzleistung.- 4.3 Koppelgetriebe.- 4.3.1 Synthese von Koppelgetrieben durch Kutzbach- und Kräfteplan.- 4.3.2 EMW für Koppelgetriebe.- 4.3.3 Leistungsfluß in Koppelgetrieben.- 4.3.4 Berechnung von Koppelgetrieben.- 4.3.5 Planetengetriebe für automatische Fahrzeuggetriebe.- 4.3.5.1 Wilson-Getriebe.- 4.3.5.2 Mercedes-Benz-Viergangautomat K4B 025.- 4.3.5.3 Vergleichende Betrachtung der beiden Getriebe.- 4.4 Zur Dimensionierung von Planetengetrieben.- 4.4.1 Montierbarkeitskriterien.- 4.4.2 Leistungsübertragung.- 4.4.2.1 Zahl der Planetenräder.- 4.4.2.2 Lastausgleich.- 4.4.3 Zahnradbemessung.- 4.4.3.1 Bestimmungselemente der Baugröße.- 4.4.3.2 Verzahnung.- 4.4.3.3 Festigkeitsberechnung.- 4.4.3.4 Wirkungsgrad von Verzahnungen.- 4.4.4 Planetenträger.- 4.4.5 Lagerstellen in automatischen Getrieben.- 4.4.5.1 Lagerkräfte bei Planetenradlagern.- 4.4.5.2 Konstruktion der Planetenradlager.- 4.4.5.3 Einfluß der Zahl der Planeten auf die Lagerlebensdauer.- 4.4.5.4 Beispiel der Berechnung von Planetenradlagerungen.- 4.4.6 Schmierung.- Literatur.- 5 Leistungsverzweigung.- 5.1 Äußere einfache Leistungsverzweigung.- 5.1.1 Kenngrößen der Strömungsgetriebe in Verzweigung.- 5.1.1.1 Drehzahlverhältnisse.- 5.1.1.2 Drehmomentverhältnisse.- 5.1.1.3 Leistungsverhältnisse.- 5.1.1.4 Leistungszahl der Verzweigung bezogen auf die Leistungszahl des Wandlers.- 5.2 Wirkung der Verzweigung.- 5.2.1 Verteilgetriebe.- 5.2.1.1 Arbeitsbereich.- 5.2.1.2 Drehmomentwandlung der Kombination.- 5.2.1.3 Leistungszahl der Kombination.- 5.2.2 Sammelgetriebe.- 5.2.2.1 Arbeitsbereich.- 5.2.2.2 Drehmomentwandlung der Kombination.- 5.2.2.3 Leistungszahl der Kombination.- 5.3 Beispiele ausgeführter Getriebe mit Leistungsverzweigung.- 5.3.1 Vorwärtswandler mit Verteilgetriebe.- 5.3.2 Rückwärtswandler mit Verteilgetriebe.- 5.3.3 Vorwärtswandler mit Sammelgetriebe.- 5.3.4 Leistungsteilung anstelle Wandlerüberbrückungskupplung.- 5.4 Innere Leistungsverzweigung.- 5.4.1 Berechnung.- 5.4.2 Beispiele innerer Leistungsverzweigung.- 5.4.2.1 Hydropowershift-Getriebe.- 5.4.3 SRM-Prinzip.- Literatur.- 6 Der automatische Gangwechsel.- 6.1. Theorie der Zugkraftschaltung.- 6.1.1 Zweigang-Vorgelegegetriebe.- 6.1.2 Zweigang-Planetengetriebe.- 6.2 Ablauf der Schaltung.- 6.2.1 IA Hochschaltung unter Antriebsmoment.- 6.2.2 IB Schubhochschaltung.- 6.2.3 IIA Rückschaltung mit Antriebsmoment.- 6.2.4 IIB Bremsrückschaltung.- 6.2.5 IIC Ausrollschaltung.- 6.3 Schaltungsablauf bei Überbrückungskupplung.- 6.4 Schaltungsablauf bei Gruppenwechsel.- 6.5 Pseudogruppenwechsel.- 6.6 Berechnung des Schaltablaufs für Planetengetriebe.- 6.6.1 Einfacher Planetensatz.- 6.6.2 Koppelgetriebe.- 6.7 Durchführung der Gangschaltung.- Literatur.- 7 Kraftübertragung durch Reibung.- 7.1 Einfluß der Ölart auf den Reibwertverlauf.- 7.2 Reibschwingungen.- 7.3 Reibpaarungen.- 7.3.1 Belastungskenngrößen und Grenzen.- 7.3.1.1 Flächenpressung.- 7.3.1.2 Spezifische Wärmebelastung.- 7.3.1.3 Zulässige Temperatur.- 7.3.2 Nutzung der Reibbeläge.- Literatur.- 8 Elemente der Gangschaltung.- 8.1 Freilauf.- 8.1.1 Arten von Freiläufen.- 8.1.1.1 Rollen-Freilauf.- 8.1.1.2 Klemmstein-Freilauf.- 8.1.2 Berechnung.- 8.2 Bremsen und Kupplungen.- 8.2.1 Höhe des Stützmoments bei Bremsen.- 8.2.2 Anordnung von Kupplungen in Planetengetrieben.- 8.2.3 Arten der Servokraft.- 8.3 Hydrostatisch betätigte Stellglieder.- 8.3.1 Konusbremse, Kupplung.- 8.3.2 Bandbremse.- 8.3.2.1 Theorie.- 8.3.2.2 Abstützung der Bremsbänder im Gehäuse.- 8.3.2.3 Herstellung.- 8.3.3 Lamellenbremsen und Lamellenkupplungen.- 8.3.3.1 Fliehkräfte der Ölfüllung bei Kupplungen.- 8.3.3.2 Lamellen.- 8.3.3.3 Wärmeentwicklung und Wärmeabfuhr.- 8.3.3.4 Stärke der Stahllamellen.- 8.3.3.5 Bauformen von Lamellen-Servoeinheiten.- 8.3.4 Verluste nicht betätigter Servoeinheiten.- Literatur.- 9 ölkreislauf.- 9.1 Aufgaben des „Maschinenelements“ Öl.- 9.1.1 Leistungsübertragung im Strömungsgetriebe.- 9.1.2 Betätigungsdruck für die Servoelemente.- 9.1.3 Informationsverarbeitung.- 9.1.4 Reibwertbeeinflussung.- 9.1.5 Schmierung.- 9.1.6 Wärmeabfuhr.- 9.1.7 Leistungsvernichtung der Strömungsbremse.- 9.2 Arbeitsgrenzen des Ölkreislaufs.- 9.2.1 Temperatur.- 9.2.2 öldruck.- 9.2.3 ölfördervolumen.- 9.3 Elemente des Ölkreislaufs.- 9.3.1 Öl.- 9.3.2 Ölsumpf.- 9.3.3 ölfilter.- 9.3.4 ölpumpen.- 9.3.4.1 Zahnradpumpen.- 9.3.4.2 Flügelzellenpumpen.- 9.3.4.3 Verstellpumpen.- 9.3.5 Abdichtungen.- 9.3.5.1 Dichtungen nach außen, rotierend.- 9.3.5.2 Dichtungen nach außen, statisch.- 9.3.5.3 Innenliegende Dichtungen, statisch.- 9.3.5.4 Innenliegende Dichtungen, hin- und hergehend.- 9.3.5.5 Innenliegende Dichtungen, rotierend.- 9.4 Ölwechsel und Getriebeentlüftung.- 9.4.1 öleinfüllung.- 9.4.2 Gehäuseentlüftung.- Literatur.- 10 Steuerung automatischer Getriebe.- 10.1 Anfahren.- 10.2 Schaltprogramm.- 10.2.1 Anforderungen.- 10.2.2 Einflußgrößen.- 10.2.2.1 Fahrgeschwindigkeit.- 10.2.2.2 Fahrleistung.- 10.2.3 Schaltprogramm „Maximale Leistung“.- 10.2.4 Schaltprogramm „Minimalverbrauch“.- 10.2.5 Geräuschgrenze.- 10.2.6 Bremsschaltungen.- 10.2.7 Schaltpendelungen.- 10.2.8 Beispiele für Schaltprogramme.- 10.3 Kriechen der Fahrzeuge mit automatischem Getriebe.- 10.4 Positionen des Wählhebels.- 10.4.1 Parken.- 10.4.2 Rückwärtsfahrt.- 10.4.3 Leergang (Neutral).- 10.4.4 Vorwärtsfahrprogramme für Pkw.- 10.4.5 Wählhebel für automatische Nkw-Getriebe.- 10.5 Erfassung des Motordrehmoments.- 10.5.1 Ottomotor.- 10.5.2 Dieselmotor.- 10.5.3 Motorbremsmoment.- 10.6 Steuerelemente der Hydraulik.- 10.6.1 Hydraulische Sensoren.- 10.6.1.1 Programmwahl.- 10.6.1.2 Beschleunigungswunsch.- 10.6.1.3 Motorzustand, Drehmoment.- 10.6.1.4 Fahrzeugzustand, Fahrgeschwindigkeit.- 10.6.2 Druckregelung.- 10.6.3 Kommandoventil.- 10.6.4 Speicher.- 10.7 Zugkraftschaltung.- 10.7.1 Gangwechsel, Steuerung der Schaltung.- 10.7.2 Selbststeuerung durch Freilauf.- 10.7.3 Steuerung der Hochschaltung mit Überschneidung.- 10.7.4 Steuerung des exakten Fassens bei Rückschaltung unter Gas.- 10.7.5 Steuerung der Bremsschaltung.- 10.8 Beispiele hydraulischer Getriebesteuerung.- 10.8.1 Wandler-Dreiganggetriebe (VW).- 10.8.2 Wandler-Vierganggetriebe MB W4A 040.- 10.8.2.1 Schaltprogramme.- 10.8.2.2 Schaltplan.- 10.8.3 Ventilgehäuse (Schaltplatte).- 10.9 Elektronische Getriebesteuerung.- 10.9.1 Zur Konstruktion elektronischer Steuerungen.- 10.9.2 Elektrische Sensoren.- 10.9.2.1 Wegmessung, Winkelmessung.- 10.9.2.2 Druck- und Kraftmessung.- 10.9.2.3 Drehzahlsensor.- 10.9.2.4 Temperaturmessung.- 10.9.3 Schaltprogramm.- 10.9.4 öldruckregelung.- 10.9.5 Elektronische Steuerung der Zugkraftschaltung.- 10.9.6 Elektrik/Hydraulik-Umsetzer.- 10.9.7 Perspektiven für die elektronische Getriebesteuerung.- 10.9.8 Beispiel einer elektronischen Getriebesteuerung.- 10.10 Getriebesteuerung mit Motorbeeinflussung.- 10.10.1 Glättung des übergangs.- 10.10.2 Verminderung der Schaltwärme.- 10.11 Tachoantrieb.- Literatur.- 11 Parksperre.- 11.1 Aufgaben der Parksperre.- 11.2 Berechnung der Betätigungskräfte.- 11.3 Berechnung der Bewegungsverhältnisse.- 11.3.1 Sicherheit der Verriegelung.- 11.3.2 Abweisgeschwindigkeit.- 11.4 Beispiel.- 11.5 Zahnkraft beim Einrastvorgang.- 12 Gehäuse für automatische Getriebe.- 12.1 Generelle Gesichtspunkte.- 12.1.1 Leichtbau.- 12.1.2 Öldichtheit.- 12.1.3 Beanspruchung durch Servoelemente.- 12.1.4 Schraubverbindungen.- 12.2 Berechnung.- 12.3 Gehäuse für automatische Pkw-Getriebe.- 12.3.1 Wandlergehäuse.- 12.3.2 Hauptgehäuse.- 12.3.3 Abschlußgehäuse.- 12.3.4 Getriebegehäuse für Blockbauweise.- 12.4 Gehäuse für automatische Nkw-Getriebe.- 13 Getriebeverluste (Wirkungsgrad).- 13.1 Einzelverluste.- 13.1.1 Ventilationsverluste.- 13.1.2 Hydraulische Verluste im Strömungsgetriebe.- 13.1.3 Leistungsbedarf der Ölpumpen.- 13.1.4 Verluste proportional der Turbinendrehzahl.- 13.1.5 Verzahnungsverluste.- 13.2 Einfluß der Schnellgangzahl ? auf die mechanischen Verluste.- 13.3 Gesamtverluste für ausgewählte Betriebszustände.- 13.3.1 Verluste bei stationärer Fahrt, normale Betriebsbedingungen.- 13.3.2 Verluste beim Anfahren, normale Betriebsbedingungen.- 13.3.3 Verluste bei stationärer Fahrt, erschwerte Betriebsbedingungen.- 13.3.4 Verluste beim Anfahren, erschwerte Betriebsbedingungen.- Literatur.- 14 Getriebebeispiele.- 14.1 Automatische Getriebe für Pkw.- 14.1.1 Wandler-Dreiganggetriebe.- 14.1.1.1 Einsteg-Getriebekette (Ravigneaux-Satz).- 14.1.1.2 Koppelgetriebe mit Simpson-Satz.- 14.1.1.3 Dreiganggetriebe mit Freiläufen in allen Vorwärtsübersetzungen.- 14.1.1.4 Wandler-Dreiganggetriebe als Reihenschaltung.- 14.1.2 Wandler-Vierganggetriebe für Pkw.- 14.1.2.1 Wandler-Vierganggetriebe, oberster Gang direkt.- 14.1.2.2 Wandler-Vierganggetriebe, Vorgelegebauart.- 14.1.2.3 Wandler-Vierganggetriebe mit Schnellgang durch Zusatzgruppe.- 14.1.2.4 Wandler-Vierganggetriebe mit Schnellgang ohne Zusatzgruppe.- 14.1.3 Automatische Fünfganggetriebe für Pkw.- 14.1.3.1 Fünfganggetriebe mit Schnellgang durch Antriebswechsel.- 14.1.3.2 Fünfgangetriebe mit direktem obersten Gang, Pseudogruppenwechsel.- 14.1.4 Getriebeautomaten für Allradantrieb.- 14.2 Beispiele automatischer Getriebe für Nutzkraftwagen.- 14.2.1 Automatische Getriebe für Transporter und Kleinbusse mit Pkw-Motoren.- 14.2.2 Automatische Getriebe für leichte Lkw im Verteilerverkehr und mittelgroße Omnibusse, meist mit Nkw-Dieselmotor.- 14.2.3 Automatische Getriebe für Omnibusse des öffentlichen Verkehrs.- 14.2.4 Automatische Getriebe für Lkw.- 14.3 Lastschaltgetriebe für Arbeitsfahrzeuge.- Literatur.- Firmenverzeichnis.