DE2904572C2

DE2904572C2 - Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe

Info

Publication number: DE2904572C2
Application number: DE2904572A
Authority: DE
Inventors: Faus Dipl.-Ing. 8000 München Hagin
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1979-02-07
Filing date: 1979-02-07
Publication date: 1984-04-05
Also published as: DE2904572A1

Description

dadurch g e k e η η ze i ch η e t, daß

h) im zweiten Betriebsbereich die zweite Hydrostaieinheit (Koppelkraflmaschine (15)) über die Wechsel-Schaltkupplung (23) mit dem kleinen Sonnenrad (105) verbunden ist und daß ein Bremsenergiespeicher-Schwungrad (38, 138) mit dem kleinen Sonnenrad (105) und/oder eine Bremsenergie-Hvdrospeichereinrichtung (60, 61) mit dem hydrostatischen Getriebeteil verbindbar ist.

2. Leistungsverzwcigungsgeiriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Wedisel-Schahkupplung (23) und dem kleinen Sonnenrad (105) über ein Zahnrad (22) führt, das auf einer die Getriebeeingangswelle (2) umgebenden, mit dem kleinen Sonnenrad (105) drehfest verbundenen Hohlwelle (102) sitzt.

3. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es im Zusammenhang mit der Wechsel-Schaltkupplung (23) ein Drucksteuerventil (26), an das die Steuerkraftmaschine (14) und die KoppelkraftmaschHe (15) miteinander energetisch koppelnde Verbindungsleitungen (16,17) angeschlossen sind, aufweist

4. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Umschaltvorrichtung (27) aufweist, die mit diesen Verbindungsleitungen (16, 17) verbunden ist und selbsttätig jeweils die unter Druck befindliche Verbindungsleitung (16, 17) mit dem Drucksteuerventil (26) verbindet.

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das durch die DE-AS 11 13 621 bekannte hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe dieser Art ist baulich und schalungsmäßig sehr aufwendig, denn es weist drei Planetensätze bzw. -stufen, eine große Anzahl trommeiförmiger Getriebeteile und Wellen und zwei schaltbare, dem abwechselnden Verbinden der Hydrostateinheiten mit den Planetenradsätzen dienende Wechselgetriebe und fünf Schaltkupplungen auf. Im zweiten Betriebsbereich ist die zweite Hydrostateinheit über eine Planetenstufe mit der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle verbunden. Es sind drei hydrostatisch-mechanische Betriebsbereiche vorgesehen. Auch sind folgende Vorteile zu verzeichnen: Negativ- bzw. Blindleisten können vermieden werden, die hydrostatische Leistung kann im Vergleich zur insgesamt übertragenen Leistung klein sein, und die Umschaltung von einem Betriebsbereich zum nächsten Betriebsbereich kann stoßfrei sein. Ein weiterer Vorteil ist der, daß mit den drei hydrostatisch-mechanischen Betriebsbereichen ein recht hoher Wandlungsbereich erzielbar ist.

Es ist ferner durch die DE-OS 27 16 960 ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Schwungrad als Bremsenergiespeichervorrichtung bekannt, das koaxial oder mit seiner Achse senkrecht zur Längsachse dieses Getriebes angeordnet ist und mit einem Freilauf und dem einzigen Sonnenrad eines diesem Getriebe vorgeschalteten Planetenrad-Übersetzungsgetriebes verbunden ist. Im erstgenannten Fall sitzt das Schwungrad fest auf einer Hohlwelle, die eine von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs zu diesem Planetenrad-Übersetzungsgetriebe führende Welle umgibt. Im zweitgenannten Fall ist das Schwungrad über ein Stirnradpaar und ein Kegelradpaar mit dem eben genannten Sonnenrad verbunden. Das Planetenrad-Übersetzungsgetriebe ist zusätzlich vorgesehen und dient dem Hochtreiben der Schwungmasse des Schwungsrads bei Schubbetrieb. Weiterhin ist durch »ölhydraulik und pneumatik« 22 (1978) Nr.4, insbesondere Seiten 195 bis 196, ein Stadtlinienbus mit hydrostatischer Bremsenergierückgewinnung bekannt, der ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem mechanisehen, ein Planetendiiferentialgetricbe umfassenden Teil und einem hydraulischen Teil mit zwei Hydrostateinheiten bzw. Hydrowi.ndlern, an den ein Hydrospcicher, mit vorgespannter Gasfüllung als Energiespeicher

angeschlossen ist. aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, das anfangs genannte Leistungsverzweigungsgetriebe bei Erhaltung genannter Vorteile in ähnlicher Größe, ba'ilich weniger aufwendig und schaltungsmäßig vorteilhaft zu gestalten, aber mit Mitteln, die auch bei Anschluß einer Bremsenergiespeichereinrichtung, z. B. bei Fahrzeugen, an dieses Getriebe möglichst wenig Aufwand für den Anschluß und Betrieb dieser Speichereinrichtung ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Durch das erstgenannte Merkmal der Erfindung kann das Planetendiiferentialgetriebe in einstufiger Bauart ausgeführt werden bzw. auf die beim erstgenannten bekannten Leistungsverzweigungsgetriebe vorgesehenen zusätzlichen zwei Planetenradstufen verzichtet 'verden. Die Anzahl der trommeiförmigen Getriebeieile und Wellen und der Schalieinrichtung-jn kann viel geringer werden. Es kann viel Platz und Gewicht gespart werden. Die Baulänge des Leistungsverzweigungsgetriebes zwischen einem Anschlußflansch an einer Antriebsmaschine bzw. einem Motor und einem Abtriebsflansch kann kurz werden. Trotz allem sind genannte Vorteile in ähnlicher Größe erzielbar. Die beiden über die Wechsel-Schaltkupplung schaltbacn Betriebsbereiche reichen aus. Es lassen sich über den gesamten Funktions- bzw. Betriebsbereich günstige Wirkungsgrade erzielen. Es wird aber nicht nur dies alles erreicht, sondern es wird durch die Erfindung die gesamte genannte Aufgabe der Erfindung gut gelöst. Die Teilmerkmale der Erfindung sind durch die Wechsel-Schaltkupplung und das kleine Sonnenrad innigst miteinander verknüpft. Dazu gehört auch die im erstgenannten Merkmal der Erfindung genannte Ver-, bindung im Fall der weiteren Merkmale der Erfindung, daß ein Bremsenergiespeicher-Schwungrad mit dem kleinen Sonnenrad verbindbar ist.

Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen des Gegenstands gemäß der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich. Bei den Ansprüchen 3 und 4 handelt es sich um echte Unteransprüche.

Wird gemäß dem Anspruch 2 vorgegangen, so ermöglicht das dort genannte Zahnrad einen besonders einfachen, praktisch unmittelbaren Anschluß an ein Bremsenergiespeicher-Schwungrad. — Im Hinblick auf den Anspruch 3 ist festzustellen, daß das genannte Drucksteuerventil mit der Wechsel-Schaltkupplung derart zusammenwirkt, daß Schaltstöße und Momentenschwankungen vermieden bzw. auf ein Mindestmaß verringert werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Ausführung der Wechsel-Schaltkupplung trotz der Belastungen durch die Bremsenergiespeichereinrichtung. — Die Steuerkraftmaschine ist als Motor und die Koppelkraftmaschine als Pumpe betreibbar und umgekehrt. Dadurch wird jeweils der mit der Steuerkraftmaschine oder mit der Koppelkrafimaschine verbundene Kreis zum Niederdruckkreis. Die im Anspruch 4, einfache Umschaltvorrichtung stellt selbsttätig auf besonders einfache Weise stets sicher, daß das hydraulische Strömungsmittel in den jeweiligen Niederdruckkreis eingespeist wird, und somit ist das An- und Abschalten der Bremsenergie-Hydrospeichereinrichtung auf besonders einfache Weise ermöglicht.

In der Zeichnung sind in F i g. 1 und 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstands schematisch und in F i g. 2 und 4 bis 7 zugehörige Diagramme dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 diesen Gegenstand ohne Bremsenergieeinrichtung, also das reine Leistungsverzweigungsgetriebe, Fig. 2 ein Diagramm, das den Wirkungsgrad η [^p,b]

ι dieses Getriebes über dem gesamten Drehzahlbereich, ausgedrückt durch die Größe /umgang :flEm_Ean_f 100 [%] ^Ausjani gleich Drehzahl der Ausgangs-, ni_mtisne gleich

Drehzahl der Eingangswelle dieses Getriebes), und zum Vergleich entsprechende Wirkungsgradkurven anderer

i" Leistungsverzweigungsgetriebe wiedergibt,

F i g. 3 jenen Gegenstand bzw. eine Antriebsbaugruppe für ein Fahrzeug unter Verwendung eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß F i g. 1 und mit Bremsenergieeinrichtung.

ij Fig.4 vektorielie Drehzahldiagramme des Planetendifferentialgetriebes des Leistungsverzweigungsgetriebesgemäß Fig. 1,

F i g. 5 ein Diagramm über die Leistungsübertragung in der Antriebsbaugn pe des Fahrzeugs ohne die :o Anwendung von Hydrospeichern bei der Beschleunigung des Fahrzeugs (N = Leistung, ν = Geschwindigkeit des Fahrzeugs, m = Meter, s = Sekunde, t = Zeit), Fig. 6 ein Diagramm über die Leistungsübertragung in der Antriebsbaugruppe des Fahrzeugs mit Anwen- :i dung von Hydrospeichern bei der Beschleunigung des Fahrzeugs (p - Druck im Hydrospeicher) und

F i g. 7 die Taumelscheibenwinkel a. der als Verdrängermaschinen ausgebildeten Steuerkraftmaschine und Koppelkrahmaschine des Leistungsverzweigungs-JO getriebes der Antriebsbaugruppe bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs.

An das in seiner Gesamtheit mit 3 bezeichnete Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß Fig. 1 ist auf der Seite der Getriebeeingangswelle 2 eine Antriebsmaschine 1 angeschlossen. Die Getriebeausgangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes ist mit 10 bezeichnet. Zwischen die Getriebeeingangswelle 2 und die Getriebeausgangswelle 10 ist ein Planetendifferenzgetriebe 4 mit einem großen Sonnenrad 5, einem kleinen Sonnenrad 105, Doppelplanetenrädern 6 und 106, einer Siegwelle 7 sowie einem Hohlrad 9 und einem Getriebegehäuse 8 geschaltet. Das kleine Sonnenrad 105 ist drehfest mit einer Hohlwelle 102 verbunden, auf der wiederum drehfest ein Zahnrad 22 angeordnet ist. Das große Sonnenrad 5 ist drehfest mit der Getriebeeingangswelle 2 verbunden. Drehfest mit dem Getriebegehäuse 8 verbunden ist ein Zahnrad 11, das mit einem drehfest auf einer Welle 13 sitzenden Zahnrad 12 kämmt. Die Welle 13 stellt die mechanische Verbindung zwischen dem Planetendifferentialgetriebe 4 und einer als Verdrängermaschine ausgebildeten Steuerkraftmaschine 14 her. Die Steuerkraftmaschine 14 kann in beiden Richtungen als Pumpe oder Motor betrieben werden und ist über hydraulische Verbindungsleitungen 16 und 17 mit einer weiteren in beiden Richtungen als Pumpe oder Motor betreibbaren Verdrängermaschine, die nachfolgend als Koppelkraftmaschine 15 bezeichnet wird, verbunden.

Das auf der Hohlwelle 102 sitzende Zahnrad 22 kämmt mit einem drehbar auf einer Welle 18 angeordneten Zahnrad 21. Die Welle 18 stellt die mechanische Verbindung zwischen der Koppelkraftmaschine 15 und dem Planetendifferentialgetriebe 4 her. Weiterhin ist auf der Welle 18 ein Zahnrad 19 drehbar angeordnet, das mit einem drehfest mit der Getriebeausgangswelle 10 verbundenen Zahnrad 20 in Eingriff steht. Mit Hilfe einer Wechsel-Schaltkupplung 23 kann das Zahnrad 19 mit der Welle 18 drehfesi gekoppelt

werden (Schahstellung a,) oder das Zahnrad 21 mit der Welle 18 drehfest gekoppelt werden (Schaltstellung c). Zwischen diesen beiden Schaltstellungen befindet sich eine Nullstellung 0 der Wechsel-Schaltkupplung 23.

Die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 10 summiert sich aus den Drehzahlen des großen Sonnenrades 5 und des Hohlrades 9, welche die Umlaufgeschwindigkeit der Planetenräder 6 bzw. der Stegwelle 7 festlegen. Die Steuerkraftmaschine 14 bewirkt durch ihre Drehzahl und Drehrichtung über die Zahnräder 12 und 11 und das Getriebegehäuse 8 die Drehzahl und Drehrichtung des Hohlrades 9.

Soll die Getriebeausgangswelle 10 und eine daran angeschlossene Arbeitsmaschine in einem ersten Betriebsbereich (jjAmpnj : /7Emg₂ng S 50%: siehe Fig. 2) beschleunigt werden, so arbeitet die Steuerkraftmaschine 14 bei einer Drehrichlung des Hohlrads 9 umgekehrt zur Drehrichtung des Sonnenrads 5 als Pumpe und liefert diese die umgesetzte Leistung an die Koppelkraftmaschine 15. Die Koppelkraftmaschine 15 arbeitet als Motor und treibt die Welle 18 an, wobei sich die Wechsel-Schaltkupplung 23 in der Schaltposition a befindet. Hierdurch wird die Leistung auf die Getriebeausgangswelle 10 übertragen.

In einem zweiten Betriebsausgleich (TjAussang: "Emgang S 50%) arbeitet bei gleicher Drehrichtung des Hohlrads 9 und des Sonnenrades 5 die Steuerkraftmaschine 14 als Motor, der seine Leistung über die Verbindungsleitungen 16 und 17 von der Koppelkraftmaschine 15 erhält, die in diesem Bereiche als Pumpe arbeitet. Die Wechsel-Schaltkupplung 23 befindet sich dementsprechend in der Schaltposition c. Die Antriebsleistung für die Koppelkraftmaschine 15 wird also aus der Hohlwelle 102 entnommen.

Steht die Steuerkraftmaschine 14 still, so wird die gesamte vom Leistungsverzweigungsgetriebe 3 übertragene Leistung praktisch vollkommen mechanisch übertragen. In dieser Situation erfolgt die Umschaltung der Wechsel-Schalikupplung 23 von der Position a zu c bei steigender, von der Position c zu a bei sinkender *o Drehzahl der Getriebeausgangswelie 10. Dadurch wird eine Negativ- bzw. Blindleistung vermieden.

Der Wirkungsgradveriauf der erfindungsgemäßen Anordnung wird durch die dick ausgezogene Kurve cim Diagramm nach F i g. 2 dargestellt. Die dünn ausgezogene Kurve A charakterisiert ein Leistungsverzweigungsgetriebe mil Anschluß der Koppelkraftmaschine 15 nur an die Getriebeeingangswelle 2 über dem gesamten Betriebsbereich, während die gestrichelte Kurve 8 ein Leistungsverzweigungsgetriebe charakterisiert, bei dem so die KonnplWraftrriBschine 15 über dem gesamten Betriebsbereich mit der Getriebeausgangswelle 10 verbunden ist.

Die in Fig.4 als Fig.4.1, 4.2, 4.3, 4.4 dargestellten Vektordiagramme dienen der Erläuterung der Funktion des Planetendifferentialgetriebes in verschiedenen Betriebszuständen. Von dem Planetendifferentialgetriebe 4 gemäß F i g. 1 sind in F i g. 4 jeweils die Sonnenräder 5 und 105 und die Planetenräder 6 und 106 dargestellt, und zwar in Blickrichtung Y gemäß F i g. 1. Die Steuerkraftmaschine 14 ist in den Diagrammen mit der Bezeichnung H\ versehen, die Koppelkraftmaschine 15 mit der Bezeichnung Hi. Die Abkürzung P steht für Pumpe, die Abkürzung M für Motor, so daß z. B. die Kurzbezeichnung H\ = P bedeutet daß die Steuerkraftmaschine 14 in diesem Betriebszustand als Pumpe arbeitet. Der Betriebszustand gemäß Fig.
4.1 zeigt die Rückwärtsstellung,

4.2 die Vorwärtsstellung im ersten Betriebsbereich,

4.3 die Vorwärtsstellung im zweiten Betriebsbereich und

4.4 einen Direktgang entsprechend der Stellung nach 4.3,

jedoch unter Berücksichtigung einer Schaltkupplung 24, wie sie gemäß Fig. 3 vor dem Planetendifferentialgetriebe 4 angeordnet ist, wobei in dieser Schaltstellung die Schaltkupplung 24 sich in der Position m befinden soll.

Die in Fig. 3 gezeigte Antriebsbaugruppe weist als Kernstück ein Leistungsverzweigungsgetriebe 3 gemäß F i g. 1 auf, wobei, wie vorstehend angedeutet ist, vor das Planetendifferentialgetriebe 4 eine Schaltkupplung 24 geschaltet ist. In der ersten Schaltstellung m werden mit Hilfe der .Schallkupplung 24 das Zahnrad 22 und die Stegwelle 7 mit der Hohlwelle 102 verbunden. In einer zweiten Position r wird nur das Zahnrad 22 mit der Hohlwelle 302 gekoppelt, und in einer Fosinon η besteht zwischen der Hohlwelle 102 und dem Zahnrad 22 keine drehfeste Verbindung mehr.

Zwischen dem Motor 1 und dem Leistungsverzweigungsgetriebe 3 ist eine Freilaufeinrichtung 52 vorgesehen, die eine höhere Drehzahl der Getriebeeingangswelle 2 als Drehzahl des Motors 1 zuläßt. Eine Brennstoffzumeßeinrichtung für den Motor 1 ist mit 50 bezeichnet.

Ein Schwungrad 38 zur Bremsenergiespeicherung ist über eine schaltbare Kupplung 37 und eine Verbindungswelle 36 mit einem Nebenabtrieb 34 des Leistungsverzweigungsgetriebes 3 verbunden, wobei der Nebenabtrieb 34 über ein Zahnrad 35 mit dem Zahnrad 21 auf der Welle 18 gekoppelt ist.

Anstelle des Schwungrades 38 oder zusätzlich zu diesem Schwungrad 38 kann auch ein Schwungrad 138 vorgesehen sein, wie es in F i g. 3 eingezeichnet ist. Das Schwungrad !38 ist mittels einer Kupplung 137 drehfest mit der Hohlwelle 102 verbindbar.

Zur Sicherstellung eines minimalen Arbeitsdrucks in dem geschlossenen Kreislauf der Verbindungsleitungen 16 und 17 und der Verdrängermaschinen 14 und 15 ist eine Pumpe 28 vorgesehen, die über Rückschlagventile 29 und 30 mit den Verbindungsleitungen 16 und 17 verbunden ist. Die Pumpe 28 liefert gegebenenfalls auch das notwendige Steuerdrucköl für einen zentralen Regler 31, der die Funktion der Antriebsbaugruppe steuert. An diesen zentralen Regler 31 sind über Wirkverbindungen angeschlossen ein Fahrpedal (F) 45, ein Bremspedal (B) 46, eine Handbremse (HB) 47, ein Wählhebel (VH) 48 für die Einstellung »vorwärts«, »rückwärts« und »neutral« und ein Ein-Aus-Schalter (R) 49. Weiterhin laufen Wirkverbindungen von verschiedenen Sensoren der Antriebsbaugruppe zu dem zentralen Regler 31. Diese Sensoren sind ein Drehzahlsensor 39 für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 2, ein Drehzahlsensor 40 für die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 10, ein Drehzahlsensor 41 für die Drehzahl des Zahnrads 35, ein Drehzahlsensor 42 oder 142 für die Drehzahl des Schwungrades 38 bzw. 138 und Drucksensoren 43 und 44 für die Drücke in den Verbindungsleitungen 17 und 16. Vom Regler 31 werden über entsprechende Steuerleitungen die Kupplungen 23, 24, 37 und 137, die Stellung der Taumelscheiben der Verdrängermaschinen 14 und 15, die Brennstoffzumeßeinrichtung 50 für den Motor 1 sowie eine Bremse 51 für die Antriebsräder des anzutreibenden Fahrzeugs betätigt. Schließlich werden vom Regler 31 noch ein Drucksteuerventil 26 und ein Steuerventil 25 betätigt.

Das Steuerventil 25 ist so geschaltet daß es

gleichzeitig mit der mechanischen Umschaltung der Wechsel-Schaltkupplung 23 die Verbindungsleilungen 16 und 17 zwischen den Verdrängermaschinen 14 und 15 umschaltet. Ein solches Steuerventil ist allerdings nur dann erforderlich, wenn es sich bei den Verdrängermaschinen 14 und 15 um solche mit verstellbarem Hubvolumen handelt, bei denen eine Taumelscheibe nur in einer Richtung verstellbar ist. Dadurch, daß die Dreh- und Momentenrichtung bei solchen Verdrängermaschinen nicht durch eine Plus-Minus-Schwenkung erreichbar ist, erfolgt eine Umschaltung der Saug- und Druckanschlüsse. Das Drucksteuerventil 26, das durch eine selbsttätige Umschaltvorrichtung 27 mit der unter Druck befindlichen Verbindungsleitung der Steuerkraftmaschine 14 verbunden ist, steuert das Moment der Steuerkraftmaschine 14, da die Koppelkraftmaschine 15 durch die Nullstellung ihrer Taumelscheibe keine Steuciuügsniuglichkeit bietet. Voraussetzung für die Steuerung ist, daß die Steuerkraftmaschine 14 im Augenblick der Umschaltung an der Wechsel-Schaltkupplung 23 noch eine Pumpe arbeitet bzw. gegenüber der tatsächlichen Schaltung der Wechsel-Schaltkupplung 23 theoretisch versetzt ist oder daß eine andere Quelle, wie z. B. eine zusätzliche Pumpe (nicht dargestellt) oder ein Hydrospeicher, den erforderlichen Überdruck gewährleistet. Dies kann auch durch die Steuerpumpe 28 erfolgen, wenn zusätzlich ein schaltbarer Anschluß zur Druckseite der Steuerkraftmaschine 14 vorhanden ist. Eine weitere Funktion des Drucksteuerventils 26 ist die Dauerbremsung für das Fahrzeug, wenn die beiden Verdrängermaschinen 14 und 15 als Pumpen arbeiten.

Für die Begrenzung des Steuerdrucks ist ein Druckbegrenzungsventil 32 vorgesehen. Das Drucksteuerventil 26 wird an der Druckseite der Pumpe 28 angeschlossen: das Druckbegrenzungsventil 32 und die Pumpe 28 sind auch an eine gemeinsame ölwanne 33 angeschlossen. Die Pumpe 28 wird vorzugsweise von der Getriebeeingangswelle 2 oder von der Hohlwelle 102 angetrieben.

Als zusätzliche Bremsenergiespeicher können bei der Antriebsbaugruppe gemäß Fig. 3 ein Hochdruckspeicher 60 und ein Niederdruckspeicher 61 vorgesehen sein. Die Funktion der Antriebsbaugruppe mit und ohne solche Hydrospeicher 60 und 61, die an die Verbindungsleitungen 16 und 17 zwischen den Verdrängermaschinen 14 und 15 angeschlossen sind, erfolgt mittels regelbarer Sperrventile 62 und 162 und eines Schaltventils 63, die vom zentralen Regler 31 gesteuert werden. Die Sperrventile 62 und 162 dienen dazu, Verluste von Öldruckenergie bei Stillstand der Verdrängermaschine 14 oder 15 zu verhindern, und steuern darüber hinaus die Zu- und Abschaltung der Hydrospeicher 60 und 61. Das Schaltventil 63 verbindet den Niederdruckspeicher 61 mit der Saugseite der Steuerkraftmaschine 14 und den Höchstdruckspeicher 60 mit der Druckseite der Steuerkraftmaschine 14, wobei diese Saugseite und diese Druckseite je nach Betriebssituation (Fahren oder Bremsen) unterschiedlich sind. Vom Niederdruckspeicher 61 aus führt eine Verbindungsleitung 64 mit einem Rückschlagventil 65 zum Druckbegrenzungsventil 32, um unzulässige Überdrücke zu verhindern.

Soll die Antriebsbaugruppe ohne die Hydrospeicher 60 und 61 betrieben werden, d. h. also nur mit dem Schwungrad 38 als Energiespeicher, so gilt folgendes:

Die Aufladung des Schwungrads 38 bei Stillstand des Fahrzeugs erfolgt hydrostatisch. Bei angezogener Handbremse des Fahrzeugs und einer Schaltstellung η der Schaltkupplung 24 wird die Steuerkraftmaschine 14 vom Motor 1 angetrieben. Die Leistung wird von der Koppelkraftmaschine 15 über die Zahnräder 21 und 35 bei geschlossener Kupplung 37 an das Schwungrad 38 übertragen oder bei der Anordnung mit einem Schwungrad 138 über die Zahnräder 21 und 22 bei geschlossener Kupplung 137 an das Schwungrad 138 übertragen.

Ferner ist bei der vorliegenden Antriebsbaugruppe ίο bei Konstantfahrt des Fahrzeugs der Motor 1 direki mit der Getriebeausgangswelle 10 mechanisch verbunden, und zwar durch die Schaltstellung m der Schaltkupplung 24. Diese Schaltung wird bei Synchrondrehzahl und ohne Kraftflußunterbrechung durchgeführt. Dadurch wird das kleine Sonnenrad 105 mit der Stegwelle 7 zusammengekuppelt, und das Planetendifferentialgetriebe 4 wird zu einer drehsteifen Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 2 und der Getriebeausgangswelle 10.

Auch ein Betrieb der Antriebsbaugruppe ausschließlich mit Hydrospeicher und ohne Schwungrad 38 oder 138 ist möglich. Das Schwungrad 38, der Nebenantrieb 34 und die zugehörigen Komponenten könnten für diesen Fall dann entfallen. Die Beschleunigung des Fahrzeugs mit Hydrospeicher erfolgt in der Weise, daß die Koppelkraftmaschine 15 von Anfang an mit der Getriebeeingangswelle 2 entsprechend der Schaltstellung c der Wechsel-Schaltkupplung 23 verbunden ist und die Schallkupplung 24 sich in der Stellung m befindet, so daß die Getriebeeingangswelle 2 und die Getriebeausgangswelle 10 starr gekoppelt sind. Die beiden Verdrängermaschinen 14 und 15 sind bei der Beschleunigung des Fahrzeugs dann als Motoren wirksam. Am Ende der Beschleunigungsphase werden die Sperrventile 62 und 162 geschlossen, und es folgt eine normale Betriebsweise des Getriebes.

Die vorliegende Antriebsbaugruppe kann auch mit Schwungrad und einem sogenannten Pufferspeicher betrieben werden. Der Hochdruckspeicher 60 nimmt in einer ersten Phase Drucköl auf und führt dieses Drucköl in einer zweiten Phase einer Verdrängermaschine zu. Bei dieser Betriebsart befindet sich die Koppelkraftmaschine 15 in Nullstellung, d. h. der Stellwinkel ihrer Taumelscheibe ist gleich Null.

Wird die Antriebsbaugruppe gemäß Fig.3 in der Weise betrieben, daß als Energiespeicher sowohl das Schwungrad 38 als auch die Hydrospeicher 60 und 61 eingesetzt werden, d. h. daß am Ende einer Bremsphase des Fahrzeugs der Hochdruckspeicher 60 einen höheren Energieinhalt hat als am Anfang der Bremsphase, so ergeben sich gegenüber dem Betrieb mit dem Schwungrad 38 bzw. 138 als Energiespeicher und dem Niederdruckspeicher 61 als Pufferspeicher Vorteile, die durch einen Vergleich zwischen F i g. 5 und 6 darzustellen sind. In F i g. 5 ist ein Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs ohne Hochdruckspeicher dargestellt. Die. schräg schraffierten Flächen zeigen die von den jeweiligen Maschinen 14 und 15 hydrostatisch umgesetzten Energien, welche im Vergleich zu der tatsächlich übertragenen Antriebsenergie (das ist die Fläche unter der Funktionslinie N = f(t)) beachtlich sind. Bei Anwendung des Hochdruckspeichers 60 erfolgt die Umwandlung der hydrostatischen Leistung je nach Geschwindigkeit der Steuerkraftmaschine 14. Dadurch sinkt die gesamte hydrostatisch umgewandelte Energie erheblich und entspricht diese der schräg schraffierten Fläche in Fi g. 6. Der aus der dünnen, strichpunktierten Geraden und der dünnen, gestrichelten Geraden sich

zusammensetzende Linienzug gemäß F i g. 6 zeigt im Vergleich hierzu, daß die hydrostatisch umgesetzte Energie bei einem System, das nur mit Schwungrad und Pufferspeicher arbeilet, höher liegt als die hydrostatisch umgesetzte Leistung bei Einsatz eines Schwungrads und eines Hochdruckspeichers. Um diese günstigen Werte zu erreichen, ist folgende Funktion für die erfindungsgemäße Antriebsbaugruppe vorgesehen:

Ein erster Abschnitt der Beschleunigung des Fahrzeugs erfolgt nur durch die Koppelkraftmaschine 15, und zwar rein hydrostatisch. Der Druck ρ im Hochdruckspeicher 60 sinkt. Während einer kurzen Übergangsphase wird die Leistung über die Steuerkraftmaschine 14 geführt, was eine Inbetriebnahme des Schwungradantriebes bedeutet. In einem zweiten Abschnitt der Fahrzeugbeschleunigung, in dem die

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Steuerkraftmaschine 14 als Pumpe betrieben wird, wird der Druck im Hochdruckspeicher 60 wieder auf das ursprüngliche Druckniveau gebracht. Schließlich arbeitet in einem dritten Abschnitt der Beschleunigung, und zwar nach der Umschaltung der Wechsel-Schaltkupplung 23. die Steuerkraftmaschine 14 bis zum Ende der Beschleunigungsphase als Motor; sie verbraucht dabei Energie aus dem Hochdruckspeicher 60. Dadurch sinkt der Druck im Hochdruckspeicher 60 auf ein minimales Niveau. Am Ende der Beschleunigung wird die Fahrt durch einen normalen Betrieb des Getriebes fortgesetzt. In der Bremsphase des Fahrzeugs laufen die Vorgänge spiegelbildlich zur Beschleunigungsphase ab.

In F i g. 7 ist die Änderung der Taumelscheibenwinkel α der Maschinen 14 und 15 während des vorbeschriebenen Beschleunigungsvorgangs dargestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, insbesondere für Fahrzeuge, mit mindestens zwei über Schaltkupplungen bei Synchronlauf schaltbaren Betriebsbereichen,

a) mit einem ersten, mechanischen Teil, der ein Planetendifferentialgetriebe umfaßt, welches zumindest zwei Sonnenräder unterschiedlichen Durchmessers, ein Hohlrad und eint Stegwelle, auf der Doppelplanetenräder (drehfest verbundene Planetenräder) angeordnet sind, die mit den Sonnenrädern und mit dem Hohlrad kämmen, aufweist, wobei das große Sonnenrad mit der Getriebeeingangsville und die Stegwelle mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, und

b) mit einem zweiten, hydrostatischen Teil, der zwei energetisch miteinander gekoppelte, in beiden Richtungen als Pumpe oder Motor betreibbare, verstellbare Hydrostateinheiten umfaßt, die mit dem mechanischen Teil gekoppelt sind,

c) wobei im ersten und zweiten Betriebsbereich das Hohlrad zur Steuerung der Drehrichtung und Drehzahl der Getriebeausgangswelle mit einer ersten Hydrostateinheit (Steuerkraftmaschine) gekoppelt ist,

d) wobei im ersten Betriebsbereich die zweite Hydrostateinheit über eine Wechsel-Schaltkupplung mit der Getriebeausgangswelle in Antriebsverbindung steht und die erste, mit dem Hohlrad verbundene Hydrostaieinheit als Pumpe und die zweite Hydrostateinheit als Motor arbeitet und

e) im ersten und zweiten Betriebsbereich die beiden Hydrostateinheiten jeweils gegensinnig zueinander ihren Stellbereich zwischen Minimal und Maximal durchlaufen, wobei sie

f) beim Übergang vom ersten in den zweiten Betriebsbereich und umgekehrt jeweils ihre Funktion tauschen und wobei

g) in der Endstellung des ersten Betriebsbereichs die als Pumpe arbeitende erste Hydrostateinheit auf maximales und die als Motor arbeitende zweite Hydrostateinheit auf minimales Verdrängungsvolumen eingestellt ist,