DE2757191C2 - Stufenlos einstellbares hydrostatisch-mechanisches Verbundgetriebe - Google Patents
Stufenlos einstellbares hydrostatisch-mechanisches VerbundgetriebeInfo
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Description
a) daß das Sununierungsgetriebe (21) als Vierwellen-Umlaufrädergetriebe ausgebildet ist
b) daß die zwischen dem Summierungsgetriebe (2t) und der zweiten Hydrostateinheit (13)
vorgesehenen beiden schaltbaren Kupphingen (19, 20) koaxial zu dem Summierungsgetriebe «
(21) angeordnet sind,
c) daß die beiden schaltbaren Kupplungen (19,20)
ein gemeinsames mit der zweiten Hydrostateinheit (IZ) verbindfeares A uriebsglied aufweisen
und unmittelbar nebeneinander auf der Antriebswelle (7) des Summi· ungsgetriebes (21)
gelagert sind und
d) daß die Kupplungen (19,20) sowohl gleichsinnig
als auch gegensinnig belastbar und einzeln oder gemeinsam schaltbar sind.
40
2. Verbundgetriebe nach Anspruch I, gekennzeichnet durch Folgende Einstellungen im erster.
Schaltbereich:
45
a) bei maximal negativer Endverstellung des Verbundgetriebes (1) bzw. bei maximal möglicher negativer Abtriebsdrehzahl für Rückfahrgeschwindigkeit ist das Hydrostatgetriebe (11)
auf maximal negative Verstellgröße eingestellt; so
b) bei Stellung »Leerlauf« ist das Hydrostatgetriebe (U) auf eine niedrigere zwischen der
maximalen Verstellung und der Nullstellung liegende negative Verstellgröße eingestellt, z. B.
0.6 der maximalen negativen Hydrostat-Ver-Stellgröße.
J. Verbundgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur unmittelbaren
Verbindung der Eingangswelle (6) des Verbundge- μ
Iriebes (1) mit dessen Abtriebswelle (7) diese über eine öder mehrere Getriebestufen (31; 41), z. B. ein
Vorgelegegetriebe und eine Schaltkupplung (40) mit der Eingangswelle (6) verbindbar ist.
4. Verbundgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebestufe (31) als mit
der vierten Welle (Steg 23) des Summierungsgetriebes (21) verbindbares Planetenradgetriebe ausgebil
det ist, dessen Steg (34) an die das Sonnenrad (32) und die mit diesem fest verbundene vierte Welle
(Steg 25, Welle T) durchgreifende Abtriebswelle (T) des Verbundgetriebes (1) angeschlossen ist,
5. Verbundgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
Hydrostat-Ejnheit (13) bei Stellung »Leerlauf« oder bei unmittelbarer Verbindung der Antriebswelle (7)
des Verbundgetriebes (I) mit dessen Antriebswelle (6) über beide Schaltkupplungen (19, 20) -von dem
Summierungsgetriebe (21) gelöst ist
Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos einstellbares hydrostatisch-mechanisches Verbundgetriebe, bei dem der hydraulische und der mechanische
Leistungszweig in einem als mehrwelliges Umlauf-Rädergetriebe ausgebildeten Summierungsgetriebe zusammengefaßt werden, dessen dem hydraulischen
Leistungszweig zugeordnete Getriebeglieder über Schalt-Kupplungen mit der zweiten Hyu.ostateinheit
mit vorzugsweise konstantem Volumen eines aus dieser und einer ersten stufenlos veränderbaren Hydrostateinheit gebildeten hydrostatischen Getriebe verbunden
sind und wobei die Eingangswelle des Verbundgetriebes mit der ersten Hydrostateinheit und mit einer ersten
Welle des Summierungsgetriebes in ständiger Triebverbindung steht und die zweite Hydrostateinheit über
zwei schaltbare Kupplungen mit einer zweiten oder dritten Welle des Summierungsgetriebes verbindbar ist,
wobei außer bei Blockumlauf des Summierungsgetriebes jeweils nur drei Wellen dieses Getriebes belastet
sind.
Ein Getriebe dieser Art ist durch die US-PS 35 80 107
bekannt. Bei dieser Ausgestaltung können zwar die beiden, den Eingangsgetriebegliedern des Summierungsgetriebes zugeordneten Kupplungen, durch die
diese mit der zweiten Hydrostater theit zu verbinden
sind, gleichzeitig geschaltet werden, um einen Blockumlauf des Summierungsgetriebes herzustellen, dabei sind
aber hohe Verspannungskräfte zwischen den beiden Sonnenrädern und den diesen nachgeschalteten Stirnradstufen zu überwinden. Dies bedingt somit nicht nur
einen hohen Wälzleistungsverlust. da die Stirnradstufen jeweils zwischen dem Summierungsgetriebe und den
Kupplungen angeordnet sind, sondern es ist auch die aufsummierte hydraulische und mechanische Leistung
über zusätzlichen Stirnradstufen weiterzuleiten.
Durch die DE-PS 24 15 002 ist ebenfalls ein derartiges
Getriebe bekannt. Dem mechanischen Getriebezweig ist hierbei jedoch ein Wendegetriebe vorgeschaltet, so
daß bei Wendebetrieb alle mit der Eingangswelle in Verbindung stehenden Teile des mechanischen Getriebeteils, das nur eine Antriebswelle aufweist, in ihrer
Drehrichtung und den Drehmassen umgekehrt werden müssen. Ferner ist gleichzeitig eine Anpassung des
Verdrängungsverhältnisses der beiden Hydrostataggregate erforderlich; dies erfordert eine Hydrostatverstellung über dem vollen negativen und positiven
Verstelibereich. Des weiteren bedingt eine zuverlässige Umschaltung mit einer formschlüssigen Kupplung, wie
es diese bekannte Getriebeausführung aufweist, ein zusätzliches Öffnen beider Bereichskupplungen. Für
Reversierfahrzeuge ist demnach dieses Getriebe nicht verwendbar. Ferner iritt aus diesen Gründen auch ein
hoher Verschleiß auf.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruches 1 zu schaffen, bei dem in den Betriebszuständen mit Synchronlauf der einzelnen
Elemente des Summierungsgetriebes durch Schalten von Kupplungen ein Blockumlauf des Summierungsgetriebes
ermöglicht wird, wobei sowohl bei Biocjturnlauf
als auch in den übrigen Betriebszuständen zusätzliche Wälzleistungsverluste durch weitere, dem Summierungsgetriebe
zugeordnete Getriebestufen vermieden werden, das aber in einfacher Weise die Möglichkeit der
Erweiterung auf ein Nachschaltgetriebe bietet
Gevnäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht,
a) daß das Summierungsgetriebe als Vierwellen-Umlaufrädergetriebe
ausgebildet ist,
b) daß die zwischen dem Summierungsgetriebe und der zweiten Hydrostateinheit vorgesehenen beiden
schaltbaren Kupplungen koaxial zu dem Summierungsgetriebe angeordnet sind,
c) daß die beiden schaltbaren Kupplungen ein gemeinsames mit der zweiten Hydrostateänheit
verbindbares Antriebsglied aufweisen L^id unmittelbar
nebeneinander auf der Antriebswelle des Summierungsgetriebes gelagert sind und
d) daß die Kupplungen sowohl gleichsinnig als auch gegensinnig belastbar und einzeln oder gemeinsam
schaltbar sind.
Zweckmäßigerweise sollte hierbei das Verbundgetriebe, insbesondere für Fahrzeuge geringer Rückfahrgeschwindigkeit,
durch folgende Einstellungen im ersten Schaltbereich gekennzeichnet sein:
a) bei maximal negativer Endverstellung des Verbundgetriebes bzw. bei maximal möglicher negativer
Abtriebsdrehzahl für Rückfahrgeschwindigkeit ist das Hydrostatgetriebe auf maximal negative
Verstellgröße eingestellt;
b) bei Stellung »Leerlauf« ist das Hydrostatgetriebe auf ei* ε niedrigere zwischen der maximalen
Verstellung und der Nullstellung liegende negativen Verstellgröße eingestellt, z. B. 0,6 der maximalen
negativen Hydrostat-Verstellgröße.
Zur unmittelbaren Verbindung der Eingangswelle des Verbundgetriebes mit dessen Antriebswelle ist es
angebracht, diese über eine oder mehrere Getriebestufen, z. B. ein Vorgelegegetriebe und eine Schaltkupplung
mit der Eingangsweile zu verbinden, wobei die Getriebestufe als mit arr vierten Welle des Summierungsgetriebes
verbindbares Planetenradgetriebe ausgebildet s-Sn kann, desset. Steg an die das Sonnenrad
und die mit diesem fest verbundene vierte Welle durchgreifende Abtriebswelle des Verbundgetriebes
angeschlossen ist.
Urr. das Hydrostat-Getriebe in einen lastlosen Zustand zu bringen, ist es des weiteren vorteilhaft, die
zweite Hydrostat-Einheit bei Stellung »Leerlauf« oder bei unmittelbarer Verbindung der Antriebswelle des
Verbundgetriebes mit dessen Antriebswelle fiber beide Schaltkupplungen von dem Summierungsgetriebe zu
lösen.
Das gemäß der Erfindung ausgebildete stufenlos einstellbare hydrostatisch-mechanische Verbundgetriebe
is'i nicht nur einfach in seinem konstruktiven Aufbau
und damit wirtschaftlich zu fertigen, sondern auch sehr vorteilhaft im Betriebsv-^halten und in der Anwendung.
In jedem der zwei Schaltbereiche wird nämlich die Hydrostat-Emheit einmal in ihrem negativen und
positiven Verstellbereich voll durchfahren und in jedem Bereich wird die Leistung hydrostatisch-mechanisch,
& h. leistnngsverzweigt, übertragen.
Die eingeleitete Leistung wird somit in einen hydraulischen und einen mechanischen Zweig über alle
Geschwindigkeitsbereichc hinweg aufgeteilt, wobei die
hydraulische Leistung fiber das hydrostatische Getriebe und eine der Kupplungen je nach geschaltetem
Fahrbereich \a das Summierungsgetriebe geleitet wird.
Die mechanische Leistung dagegen fließt unmittelbar in das Summierungsgetriebe ein. Durch die damit möglich
gewordene Ausschöpfung des vollen negativen und positiven Drehzahlbereiches der ersten Hydrostateinheit
innerhalb eines jeden einzelnen Bereiches ist eine optimale Steigerung der Getriebe-Eckleistung — das ist
das Produkt aus maximalem Abtriebi-Drehmomenl und
maximaler Abtriebs-Drehzahl bzw. das Produkt aus maximaler Anfahi-Zugkraft und maximaler Endgeschwindigkeit
des Fahrzeugs — mf · 'ich. Des weiteren
ist dadurch die Voraussetzung gegeben, stoßfreie Schaltübergänge zu schaffen, indem die hydraulische
Blindleistungsspitze am Bereichsbeginn, die vom Bereichs-Größenverhältnis
abhängig ist, so bemessen werden kann, daß ein annähernd kontinuierlicher
Wirkungsgradübergang am Bereichswechsel gegeben ist.
An allen Schaltpunkten haben die zu schaltenden Kupplungsglieder Synchrondrehzanl. Bei jedem Bereichswechsel
tritt ein Lastwechsel im Summierungsgetriebe ein, der dazu führt, daß die hydraulische Leistung
bei jeder Hochschaltung nach dem Schaltwechsel negativ wird und somit als Blindleistung umläuft.
Das bei hydrostatischen Getrieben bekannte ungünstige Anfahrverhalten aufgrund des bestehenden Losbrechmomentes
des Hydromotors ist bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verbundgetriebe dadurch
beseitigt, daß der Hydrostat am Anfahrpunkt bereits in Drehbewegung ist. Das Ergebnis hieraus ist, daß der
Nachteil des aus dem Losbrechmoment resultierenden Zu :kraftverlustes von ca. 15% entfällt. Vielmehr wird
bei der vorgeschlagenen Getriebeausführung der weitere Vorteil erhielt, daß die Anfahr-Zugkraft
4:> gegenüber der im Eckleistiingsfaktor (= Geiriebe-Eckleistung
durch Hydrostat-Eckleistunt) enthaltenen theoretischen Getriebe-Eckleistung größer ist, weil die
mechanischen Wirkungsgradverluste des Hydromotors und des mechanischen Triebstranges des hydraulischen
)0 l.i'istungszweiges bis hin zum Summierungsgetriebe
zugkrafterhöhend wirken, da im Anfahrbereich der Hydrostat keine Trieb-, sondern Abstützfunktion ausübt
und somit die hydraulische Übertragung um die genannten mechanischen Wirkungsgradwerie begün-
" siigl wird.
Am Ende des ersten Fahrbereiches ist es möglich, bei
Synchronlauf aller Glieder des Summierungsgetriebes beide Bereichskupplungen zu schließen, wobei der
hydraulische Leistungszweig ausgeschaltet wird. Damit
ist also eine dire' te Leistungsübertragung schaltbar,
auch treten in diesem Betriebszustand keine Wälzlei stungsverluste auf, da keine Zwischenglieder an der
Kraftübertragung beteiligt sind. Dies ist insbesondere für Arbeitsmaschinen, die bevorzugt in diesem Ge-
schwindigkeitsbereich arbeiten, von Vorteil.
Des we'icren ist e\?2 konzentrische Anordnung der in
Planetentriebbauweise ausgebildeten nachgeschalteten Getriebe möglich. Dies ergibt eine sehr kompakte und
fahrzeugfreundliche Bauform.
Für Fahrzeuge, dessen bevorzugter Betriebsbereich bei Endübersetzung des Getriebes liegt, ist in einer
weiteren Ausführungsform ein Triebstrang in konzentrischer oder achsversetzter Anordnung mit einer
eigenen Schaltkupplung vorgesehen, der eine Verbindung der Abtriebswelle mit der Antriebswelle ermöglicht,
wodurch ein Direktbetrieb unter Ausschaltung des hydraulischen Zweiges sowie aller übrigen Getriebeelemente
bei gutem Wirkungsgrad gegeben ist. Dieser Betriebszustand ist vorzugsweise automatisch schaltbar.
Für Fahrzeuge mit geringer Rückfahrgeschwindigkeit kann das Verbundgetriebe ohne eigene Wendegetriebeeinrichtung
als selbständiges Fahrgetriebe verwendet werden. Dabei is' die Rückfahrgeschwindigkeit
im ersten Fahrbereich mit beinhaltet und wahlweise bis zu gewissen Grenzen den Fahrzeugforderungen anpaßbar.
Der Betriebspunkt »Leerlauf« wird hierbei innerhalb des negativen Drehzahlbereiches der zweiten
hydrostatischen Konstanteinheit bzw. des negativen Verstellbereiches festgelegt. Beispielsweise kann der
Leerlaufpunkt bei —0,6 der maximalen Negativdrehzahl der Konstanteinheit liegen; dies entspricht einem
Verdrängungsverhältnis von —0,6 zwischen der Verstelleinheit und der Konstanteinheit. Die Übersetzungen im
Summierungsgetriebe sowie dessen Aufbau sind hierbei
derart zu wählen, daß die Abtriebswelle des Verbundgetriebes in diesem Betriebszustand stillsteht Die
hydrostatische Konstanteinheit hat dabei eine negative Drehzahlgröße, die bei weiterer Erhöhung eine
Negativdrehzahl an der Abtriebswelle für Rückfahren und bei Drehzahlrücknahme eine Positivdrehzahl der
Abtriebswelle für Vorwärtsfahren ergibt.
Die maximale Riickfahrgeschwindigkeit ist bei negativer Endverstellung (—1) der Verstelleinheit
erreicht. Es stehen also für die Rückfahrgeschwindigkeiten in diesem Beispiel die Negativdrehzahl in Größe von
0.4 der maximalen Drehzahl zur Verfügung, was einer Rückfahrgeschwindigkeit von 0.25 der maximalen
Vorwärtsfahrgeschwindigkeit des ersten .Schaltbereiches entspricht. Für Vorwärtsfahren kann demnach eine
Drehzahlgröße von 0,6 +1 der maximalen Drehzahl der Konstanteinheit im ersten Bereich ausgenutzt werden.
Das Regelorgan — das Hydrostatgetriebe — wird dabei in seinem Verdrängungsvolumenverhältnis von —0.6 bis
+1 stufenlos durchfahren.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des gemäß der Erfindung ausgebildeten stufenlos
einstellbaren hydrostatisch-mechanischen Verbundgetriebes dargestellt und nachfolgend im einzelnen
erläutert. Hierbei zeigt, jeweils in schematischer Darstellung
F i g. 1 ein aus einem Hydrostatgetriebe und einem Summierungsgetriebe gebildetes Verbundgetriebe,
F i g. 2 das Verbundgetriebe nach F i g. 1 mit einem nachgeschalteten dreiwelligen Planetenradgetriebe und einer
Überbrückungskupplung für direkte Leistungsübertragung.
Das in Fig. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Verbundgetriebe, dessen Eingangswelle 6 über eine
Kupplung 4 mit der Abtriebswelle 3 einer Antriebsma- h
schine 2 verbunden ist, besteht aus einem in einem Gehäuse 5 angeordneten hydrostatischen Getriebe 11
und einem als vierwelliges Umlauf-Rädergetriebe ausgebildeten Summierungsgetriebe 21. Die über die
Welle 6 eingeleitete Leistung teilt sich hierbei in einen ö
hydraulischen und einen mechanischen Leisningszweig
auf.
Die hydraulische Leistung wird über das hydrostatische Getriebe 11, das aus einer ersten Hydrostateinheit
12 mit stufenlos veränderbaren Volumen und einer zweiten Hydrostateinheit 13 mit kostantem Volumen
' gebildet ist, dem Summierungsgetriebe 21 zugeleitet. Über Zahnräder 14 und 15 steht dazu die Verstelleinheit
12, die mit der Konstanteinheit 13 einen geschlossenen Kreislauf 16 bildet, mit der Welle 6 ständig in
Triebverbindung. Die Leistung der Hydrostateinheiten
"' 12 und 13 wird hierbei über wahlweise zu schaltende
Kupplungen 19 und 20, die über Zahnräder 17 und 18 mit der Konstanteinheit 13 verbunden sind, einem Sonnenrad
22 oder einem Hohlrad 23 des Summierungsgetriebes 21 zugeführt.
1"' Die mechanische Leistung fließt dagegen direkt oder
über nicht gezeigte Zwischenglieder in das Summierungsgetriebe 21 ein, und zwar über ein mit der Welle 6
fest verbundenes Hohlrad 24, mit dem auf einem mit der Abtriebswelle 7 fest verbundenen Steg 25 angeordnete
-''' Planetenräder 27 kämmen. Mit dem Sonnenrad H und
dem Hohlrad 23 sowie den Planetenrädern 27 sind ebenfalls auf dem Steg 25 angeordnete Planetenräder 26
in Eingriff.
Die hydraulische Leistung wird durch Schließen einer
-'"' der beiden Bereichskupplungen 19 oder 20 über das Hohlrad 23 innerhalb des Bereiches ! oder das
Sonnenrad 22 innerhalb des Bereiches Il in das Summierungsgetriebe 21 eingebracht, mittels der
Planeterrräder 26 und 27 mit der mechanischen Leistung
in summiert und gemeinsam über den Steg 25 auf die
Abiriebsweile 7 übertragen.
Funktionsablauf
Im Leerlaufzustand ist das Hydrostatgetriebe 11 auf
eine bestimmte negative Verstellgröße und somit die zweite Hydrostateinheit 13 konstanten Volumens auf
eine entsprechende negative Drehzahlgröße eingestellt, die zwischen dem Maximalwert und Nullstellung liegt.
Um einen sicheren Stillstand zu gewährleisten, wird
dabei ein Kurzschluß in dem hydraulischen Kreislauf 16 mittels eines in die Leitung 16' eingesetzten Kurzschluß-/entils
16" hergestellt oder beide Bereichskupplungen 19 und 20 geöffnet. Zur Übersetzungsänderung bis Ende
'"' des ersten Fahrbereiches wird das Hydrostat-Getriebe 11 bis Null und darüber hinaus bis zu dessen maximalen
positiven Endverstellung ausgeschwenkt. In dieser Stellung haben nun alle Glieder des Summierungsgetriebes
21 Synchrondrehzahl. Nun erfolgt der Bereichswechsel in den zweiten Fahrbereich durch Schließen der
zweiten Bereichskupplung 20 und öffnen der ersten
Bereichskupplung 19. Bei nun folgender Verstellung des Hydrostatgetriebes 11 zurück auf Null und weiter bis
maximal negativer Endverstt llung hat das Verbundgetriebe 1 die Endübersetzung bzw. das Fahrzeug seine
Maximalgeschwindigkeit bei maximaler Motordrehzahl erreicht
Im Rückwärtsbereich wird das Hydrostat-Getriebe 11 von seiner festgelegten negativen Einstellung im
fl Leerlaufzustand verstellt bis zu seiner maximalen
negativen Endverstellung, in der die maximale Rückwärtsgeschwindigkeit erreicht wird.
Das Verbundgetriebe Γ nach Fig.2 unterscheidet
sich von der Ausgestaltung gem. F i g. 1 dadurch, daß ein
Übersetzungsgetriebe 31 als dreiwelliges Umlaufrädergetriebe
dein Sffinrnäeniiigsgetricbe 21' nachgeschaket
ist Das Abtriebsglied des Getriebes 31, und zwar der die Planetenräder 35 tragende Steg 34 ist hierbei mit der
7 8
Abtriebswelle 7 sowie einer Kupplung 40 verbunden, in Triebverbindung.
mittels der eine unmittelbare Verbindung zwischen der Bei Getriebeendübersetzung hat die Welle 7 Syn-
Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 des Verbund- chronlauf mit der Antriebswelle 6, so daß durch
getriebes I herste'lbar ist. Das Hohlrad 33 des Getriebes Schließen der Kupplung 40 eine Überbrückung des
31 ist hierbei drehfest angeordnet, das Sonnenrad 32 5 hydraulischen Leistungszweiges und somit eine direkte
steht mit dem Steg 25 des Summierungsgetriebes 21 Leistungsübertragung möglich ist.
über dessen als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle T
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Stufenlos einstellbares hydrostatisch-mechanisches Verburalgettiebe, bei dem der hydraulische
und der mechaBiscbe Leistungszweig in einem als
mebrwelliges Umlauf- Rädergetriebe ausgebildeten
Summierimgsgetriebe zusammengefaßt werden, dessen dem hydraulischen Leistungszweig zugeordnete Getriebeglieder über ScbaH-Kupplungen mit
der zweiten Hydrostateinheit mit vorzugsweise konstantem Volumen eines aus dieser und einer
ersten stufenlos veränderbaren Hydrostateinheit gebildeten hydrostatischen Getriebe verbunden sind
und wobei die Eingangswelle des Verbundgetriebes mit der ersten Hydrostateinheit und mit einer ersten
Welle des Summierungsgetriebes in ständiger Triebverbindung steht und die zweite Hydrostateinheit über zwei schaltbare Kupplungen mit einer
zweiten oder dritten Welle des Summierungsgetriebes verbindbar ist, wobei außer bei BlockumJauf des
Summieru^sgetnebes jeweils nur drei Wellen
dieses Gtuiebes belastet sind, dadurch gekennzeichnet.
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