DE10113177C1 - Planetary cogwheel gearing, for continuously variable hydrostatic transmission, has drive shaft, coupling shaft, high-speed and low-speed coupling shafts and connection shaft for variable hydrostatic drive - Google Patents
Planetary cogwheel gearing, for continuously variable hydrostatic transmission, has drive shaft, coupling shaft, high-speed and low-speed coupling shafts and connection shaft for variable hydrostatic driveInfo
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Abstract
Description
Stufenlose hydrostatische Getriebe mit Planetengetrieben und Lastschaltgän gen, kurz SHL-Getriebe genannt, haben einen relativ großen stufenlosen Ver stellbereich der Übersetzung und verhältnismäßig gute Wirkungsgrade. Sie eignen sich daher für den Einsatz in Fahrzeugen.Stepless hydrostatic transmission with planetary gears and powershift gears gen, SHL gearbox for short, have a relatively large stepless Ver range of translation and relatively good efficiency. she are therefore suitable for use in vehicles.
Die Erfindung geht vom Stand der Technik aus, den die Schriften EP 0 392 188 A1, WO 89/09899 A1, DE 43 23 358 C1 und DE 39 29 209 A1 offenbaren und den die Merkmale des Oberbegriffes der vorliegenden Erfindung beinhalten.The invention is based on the prior art, which the documents EP 0 392 188 A1, WO 89/09899 A1, DE 43 23 358 C1 and DE 39 29 209 A1 disclose and the features of the preamble of the present invention include.
Fig. 1 zeigt entsprechend dem Stand der Technik beispielhaft das Konzept ei nes SHL-Getriebes. Von dem fünfwelligen Planetengetriebe P bilden die Welle D eine Einheit mit der Antriebswelle an, die Welle C die Anfahrkoppelwelle, die Welle A die schnellaufende Koppelwelle, die Welle E die langsamlaufende Koppelwelle und schließlich die Welle B eine Anschlußwelle für das hydrostati sche Getriebe, von dem die Zahnräder b1 und b2 die volumenkonstante Ver drängermaschine b mit dieser Welle B und die Zahnräder a1 und a2 die volu menverstellbare Verdrängermaschine a mit der Antriebswelle an verbinden. Die Schaltkupplungen K1, K2, K3 und K4 vermögen jeweils die leistungsübertra gende Koppelwelle über die zugehörige Stirnradstufe c-d, e-f, g-h oder i-j an die Abtriebswelle ab des SHL-Getriebes anzuschließen. Es funktionieren c-d als 1., e-f als 2., g-h als 3. und schließlich i-j als 4. Gang. In jedem Gang ver mag das hydrostatische Getriebe die Übersetzung des SHL-Getriebes stufenlos zu verstellen. Die Gangwechsel erfolgen bei synchronen Drehzahlen ohne Zug kraftunterbrechung. Die Schaltkupplungen lassen sich daher als Zahnkupplun gen ausführen. Die Leistung fließt von der Abtriebswelle ab über eine Hypoid stufe H mit Differentialgetriebe, d. h. über das Achsgetriebe, zu den treibenden Vorderrädern des Fahrzeuges. Fig. 1 shows an example of the concept of an SHL gearbox according to the prior art. Of the five-shaft planetary gear P, the shaft D form a unit with the drive shaft, the shaft C the starting coupling shaft, the shaft A the high-speed coupling shaft, the shaft E the slow-running coupling shaft and finally the shaft B a connecting shaft for the hydrostatic transmission, of which the gears b1 and b2 connect the volume constant displacement machine b to this shaft B and the gear wheels a1 and a2 connect the volume adjustable displacement machine a to the drive shaft. The clutches K1, K2, K3 and K4 are each able to connect the power-transmitting coupling shaft via the associated spur gear stage cd, ef, gh or ij to the output shaft from the SHL gearbox. It works cd as 1st, ef as 2nd, gh as 3rd and finally ij as 4th gear. In every gear, the hydrostatic transmission can continuously adjust the ratio of the SHL transmission. The gear changes take place at synchronous speeds without interruption of traction. The clutches can therefore be designed as toothed clutches. The power flows from the output shaft via a hypoid stage H with differential gear, ie via the axle gear, to the driving front wheels of the vehicle.
Das fünfwellige Planetengetriebe hat mehrere miteinander gekoppelte Plane tenstufen. Es verfügt über zwei kinematische Freiheitsgrade. Dies bedeutet, daß zwei unabhängig voneinander vorgegebene Drehzahlen den gesamten Drehzahlzustand festlegen. Die Drehzahlen der fünf Wellen sind linear mitein ander verknüpft. The five-shaft planetary gear has several tarpaulins coupled together tenstufen. It has two kinematic degrees of freedom. This means, that two independently specified speeds cover the entire Define speed status. The speeds of the five shafts are linear other linked.
Fig. 2 zeigt das Drehzahlleiterdiagramm mit den Leitern der Wellen A, B, C, D und E. Die Schnittpunkte einer beliebigen Geraden mit den Leitern markieren die Drehzahlen der einzelnen Wellen. Fig. 2 bezieht die Drehzahlen n auf die konstant angenommene Drehzahl nD der Antriebswelle an. Fig. 2 shows the speed ladder diagram with the conductors of the shafts A, B, C, D and E. The intersections of any straight line with the conductors mark the speeds of the individual shafts. Fig. 2 refers to the rotational speeds n constant speed adopted at n D of the drive shaft.
Der Zustand 1 kennzeichnet das Anfahren bei eingelegtem 1. Gang. Das Volu men der Verdrängermaschine a weist einen solchen Extremwert auf, bei dem die Welle B mit negativer Antriebsdrehzahl läuft. Die Welle C steht. Es haben die Drehzahl der Welle A ihren größten und die der Welle E ihren kleinsten Wert. Durch Volumenveränderung der Maschine a in Richtung ihres anderen Extremwertes verringert die Welle B betragsmäßig ihre Drehzahl, wobei die leistungsübertragende Koppelwelle C schneller, die leer laufende Welle E ebenfalls schneller und die leer laufende Welle A langsamer dreht.State 1 indicates the start when 1st gear is engaged. The volume of the displacement machine a has such an extreme value at which the shaft B runs at a negative drive speed. Wave C stands. The speed of shaft A has its greatest value and that of shaft E its smallest. By changing the volume of the machine a in the direction of its other extreme value, the shaft B reduces its speed in terms of amount, the power-transmitting coupling shaft C rotating faster, the idling shaft E also faster and the idling shaft A rotating more slowly.
Im Betriebszustand 2 steht die Welle B. Es fließt keine hydrostatische Leistung. Das Verdrängungsvolumen der Maschine a hat den Wert Null erreicht. Die Maschine a muß die Verdrängermaschine b abstützen.Shaft B is in operating state 2. No hydrostatic power flows. The displacement volume of machine a has reached zero. Machine a must support displacement machine b.
Fig. 8 der EP 0 302 188 A1 zeigt ein SHL-Getriebe mit einem fünfwelligen Pla netengetriebe, das aus drei gekoppelten Planetenstufen besteht, die drei ne beneinander angeordnete Räderzüge ergeben. Die Stufe mit dem Sonnenrad 1', den Teilplaneten p' von Stufenplaneten und mit dem Hohlrand 2' sowie die Stufe mit dem Sonnenrad 1", den Stufenplaneten mit den Teilplaneten p" und p' sowie dem Hohlrad 2" = 2' haben einen gemeinsamen Steg s' = s". Die Stufe mit dem Sonnenrad 1''', den Planetenrädern p''', dem Steg s''' und dem Hohl rad 2''' erfährt eine Koppelung durch ihre Glieder s''' mit dem Hohlrad 2' = 2" und ferner 1''' mit dem Sonnenrad 1". Es fungieren die gekoppelten Glieder 2', 2" und s''' als Antriebswelle D, s' und s" als langsamlaufende Koppelwelle E, das Hohlrad 2''' als schnellaufende Koppelwelle A, die verbundenen Son nenräder 1" und 1''' als Anfahrkoppelwelle C und schließlich das Sonnenrad 1' als Welle B für den Anschluß der volumenkonstanten Verdrängermaschine b. Fig. 8 of EP 0 302 188 A1 shows a SHL transmission with a five-shaft planetary gear, which consists of three coupled planetary stages, which result in three wheel trains arranged next to each other. The step with the sun gear 1 ', the partial planet p' of step planet and with the hollow rim 2 'as well as the step with the sun wheel 1 ", the step planet with the partial planet p" and p' and the ring gear 2 "= 2 'have a common one Bridge s' = s ". The stage with the sun wheel 1 ''', the planet gears p''', the web s '''and the hollow wheel 2' '' undergoes a coupling by their limbs s '''with the ring gear 2' = 2 ", and further 1 '''with the sun gear 1 ". The coupled links 2 ', 2 "and s''' act as drive shaft D, s 'and s" as slow-running coupling shaft E, the ring gear 2 ''' as high-speed coupling shaft A, the connected sun gears 1 "and 1 "'as starting coupling shaft C and finally the sun gear 1 ' as shaft B for the connection of the constant volume displacement machine b.
Die Schrift WO 89/09899 A1 beschreibt ein SHL- Getriebe mit einem fünfwelligen Getriebe, zu dem drei nebeneinander und ge koppelte Planetenstufen gehören, und zwar die Stufe mit dem Sonnerad 17, Steg 12 und Hohlrad 20, ferner die Stufe mit dem Sonnenrad 16, Steg 19 und Hohlrad 14 sowie schließlich die Stufe mit dem Sonnenrad 22, Steg 24 und Hohlrad 25. Zur Antriebwelle D gehören die miteinander verbundenen Glieder Steg 12 und Hohlrad 14, zur langsamlaufenden Koppelwelle E die gekoppelten Glieder Hohlrad 20 und Steg 24, zur schnellaufenden Koppelwelle A die mitein ander verbundenen Sonnenräder 17 und 22, zum Anschluß der volumenkon stanten Verdrängermaschine 7 die Welle B mit dem Sonnenrad 16 und zur An fahrkoppelwelle C das Hohlrad 25.The document WO 89/09899 A1 describes an SHL transmission with a five-shaft transmission, to which three adjacent and ge coupled planetary stages belong, namely the stage with the sun gear 17 , web 12 and ring gear 20 , and also the stage with the sun gear 16 , Web 19 and ring gear 14 and finally the stage with the sun gear 22 , web 24 and ring gear 25 . The drive shaft D include the interconnected web 12 and ring gear 14 , the slow-moving coupling shaft E the coupled link ring gear 20 and web 24 , the high-speed coupling shaft A mitein other connected sun gears 17 and 22 , for connecting the volumenkon constant displacement machine 7, the shaft B. with the sun gear 16 and the drive coupling shaft C to the ring gear 25 .
Auch die Patentschrift DE 43 23 358 C1 offenbart ein SHL-Getriebe, das aus drei gekoppelten Planetenstufen mit drei nebeneinander angeordneten Räder zügen besteht. Die Planetenstufen haben einen gemeinsamen Steg s, in dem die Stufenplaneten mit den Teilplaneten p', p", und p''' lagern. Es bilden das Sonnenrad 1', die Teilplaneten p' und das Hohlrad 2' eine Stufe, das Sonnen rad 1', die Teilplaneten p' und p" sowie das Sonnerad 1" eine weitere Stufe und schließlich das Sonnenrad 1', die Teilplaneten p' und p''' sowie das Son nenrad 1''' die dritte Stufe. Es gehören der Steg s zur Antriebswelle D, das Hohlrad 2' zur schnellaufenden Koppelwelle A, das Sonnerad 1" zur Anfahr koppelwelle C, das Sonnenrad 1''' zur langsamlaufenden Koppelwelle E und schließlich das Sonnenrad 1' zur Welle B für den Anschluß der volumenkon stanten Verdrängermaschine b.The patent DE 43 23 358 C1 discloses an SHL transmission, which consists of three coupled planetary stages with three wheels arranged side by side. The planetary stages have a common web s, in which the planetary stages with the subplanets p ', p ", and p""are supported. The sun gear 1 ', the subplanets p 'and the ring gear 2 ' form a stage, the sun gear 1 ', the subplanets p' and p "and the sun gear 1 " a further stage and finally the sun gear 1 ', the subplanets p' and p "" and the sun gear 1 "" the third stage. The land belongs s to the drive shaft D, the ring gear 2 'to the high-speed coupling shaft A, the sun gear 1 "to the starting coupling shaft C, the sun gear 1 ""to the slow-running coupling shaft E and finally the sun gear 1 ' to the shaft B for connecting the volumenkon constant displacement machine b ,
Die fünfwelligen Planetengetriebe der vorstehend aufgeführten SHL-Getriebe bauen infolge der jeweils nebeneinander angeordneten drei Räderzüge relativ breit. Untersuchungen zeigen, daß auch die Außendurchmesser relativ groß ausfallen.The five-shaft planetary gear units of the SHL gear units listed above build relative to each other due to the three wheel trains arranged side by side wide. Studies show that the outside diameter is also relatively large fail.
Fig. 9 der DE 39 29 209 A1 zeigt ein SHL-Getriebe mit einem fünfwelligen Pla netengetriebe, zu dem zwei nebeneinander angeordnete und gekoppelte Plane tenstufen gehören, und zwar einmal die Stufe mit dem Sonnenrad 82, den Pla netenrädern 86 und dem Hohlrad 81 sowie zum anderen die Stufe mit dem Son nenrad 90, den Planetenrädern 87 und dem Hohlrad 89. Beide Stufen haben einen gemeinsamen Steg 88. Die Planetenräder 86 und 87 kämmen jeweils mit einander. Es gehören das Hohlrad 81 zur Antriebswelle D, das Hohlrad 89 zur Anfahrkoppelwelle C, das Sonnenrad 90 zur schnellaufenden Koppelwelle A, der Steg 88 zur langsamlaufenden Koppelwelle E und schließlich das Sonnen rad 82 zur Welle B für den Anschluß der volumenkonstanten Verdrängerma schine. Fig. 9 of DE 39 29 209 A1 shows an SHL transmission with a five-shaft Pla neten transmission, to which two juxtaposed and coupled Plane tenstufen belong, once the stage with the sun gear 82 , the Pla netenradn 86 and the ring gear 81 and on the other hand, the stage with the sun gear 90 , the planet gears 87 and the ring gear 89 . Both stages have a common web 88 . The planet gears 86 and 87 mesh with each other. There are the ring gear 81 to the drive shaft D, the ring gear 89 to the starting coupling shaft C, the sun gear 90 to the high-speed coupling shaft A, the web 88 to the slow-running coupling shaft E and finally the sun wheel 82 to the shaft B for the connection of the constant volume displacement machine.
Bei dem fünfwelligen Planetengetriebe nach DE 39 29 209 A1 besteht nur Platz für die Unterbringung von drei jeweils miteinander im Eingriff befindlichen Pla netenpaaren. Diese Einschränkung und weitere konstruktive Gegebenheiten führen zu relativ großen Maßen für die Baubreite und den Außendurchmesser.In the five-shaft planetary gear according to DE 39 29 209 A1 there is only space for the accommodation of three pla designated mate. This limitation and other design factors lead to relatively large dimensions for the overall width and the outer diameter.
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, ein fünfwelliges Planetengetriebe für SHL-Getriebe vorzuschlagen, das im Vergleich zum beschriebenen Stand der Technik für die Breite und den Außendurchmesser kleinere Abmessungen hat, das also ein geringeres Bauvolumen aufweist.The invention now has the task of a five-shaft planetary gear Propose SHL gearbox that compared to the described state of the Technology for the width and outside diameter has smaller dimensions, which therefore has a smaller construction volume.
Die Merkmale des Patentanspruches lösen diese Aufgabe.The features of the claim solve this problem.
Fig. 3 zeigt das Konzept des erfindungsgemäßen fünfwelligen Planetengetrie bes mit angeschlossenem hydrostatischen Getriebe. Es realisiert drei Plane tenstufen mit den zwei nebeneinander angeordneten Räderzügen R1 und R2. Es bilden das Sonnenrad So1, die Stufenplaneten mit den Teilplaneten p1 und p2 sowie das Sonnenrad So2 eine Stufe, Das Sonnerad So1 die Teilplaneten p1 und das Hohlrad Ho1 eine zweite Stufe und ferner das Sonnerad So1 die Stufenplaneten mit den Teilplaneten p1 und p2, die Zwischenplaneanet 2z und das Hohlrad Ho2 die dritte Stufe. Die Planetenstufen haben einen gemeinsa men Steg s, der die Antriebswelle D darstellt. Es gehören das Sonnenrad So2 zur Anfahrkoppelwelle C, das Hohlrad Ho1 zur schnellaufendenden Koppelwelle A, das Hohlrad Ho2 zur langsamlaufenden Koppelwelle E und schließlich das Sonnerad So1 zur Welle B, die über die Zahnräder b1 und b2 mit der volumen konstanten Verdrängermaschine b des hydrostatischen Getriebes in Verbin dung steht, von dem die Zahnräder a1 und a2 die volumenverstellbare Ver drängermaschine a an die Antriebswelle an anschließen. Fig. 3 shows the concept of the five-shaft planetary gear bes with connected hydrostatic transmission. It realizes three tarpaulin steps with the two wheel trains R1 and R2 arranged side by side. The sun wheel So1, the step planet with the subplanets p1 and p2 and the sun wheel So2 form a step, the sun wheel So1 the subplanet p1 and the ring gear Ho1 a second step and also the sun wheel So1 the step planet with the subplanets p1 and p2, the intermediate planet 2 z and the ring gear Ho2 the third stage. The planetary stages have a common web s, which represents the drive shaft D. The sun gear So2 belongs to the starting coupling shaft C, the ring gear Ho1 to the high-speed coupling shaft A, the ring gear Ho2 to the slow-running coupling shaft E and finally the sun gear So1 to the shaft B, which via the gears b1 and b2 with the volume-constant displacement machine b of the hydrostatic transmission in There is a connection from which the gears a1 and a2 connect the volume-adjustable displacement machine a to the drive shaft.
Die konstruktive Gestaltung des fünfwelligen Planetengetriebes entsprechend dem Konzept nach Fig. 3 geht aus Fig. 4 hervor. Der Entwurf sieht die Anord nung von fünf Stufenplaneten vor. Die Darstellung bringt jeweils die Planeten räder so in die Achschnittebene, daß man mit Ausnahme der Paarungen p2 mit p2z ihre Eingriffe erkennen kann. Die Planetenräder verteilen sich gleichmäßig am Umfang der Stufen.The structural design of the five-shaft planetary gear according to the concept according to FIG. 3 is shown in FIG. 4. The draft provides for the arrangement of five tiered planets. The illustration brings the planet wheels in each case in the plane of the intersection so that with the exception of the pairings p2 and p2z their interventions can be seen. The planet gears are evenly distributed over the circumference of the steps.
Es zeigen Fig. 5 die Zahnräder des Räderzuges R1 und Fig. 6 die Zahnräder des Räderzuges R2. Aus Fig. 7 geht die räumliche Anordnung der Zahnräder des erfindungsgemäßen fünfwelligen Planetengetriebes hervor, wobei zur zur besseren Verdeutlichung nur ein Satz Planetenräder dargestellt wird. Dieser Radsatz besteht aus dem Stufenplaneten mit den Teilplaneten p1 und p2 sowie dem Zwischenplaneten p2z.In the drawings Fig. 5, the gears of the gear train R1 and Fig. 6, the gears of the gear train R2. From Fig. 7, the spatial arrangement of the gears goes out of the five-shaft planetary gear unit according to the invention, wherein for the sake of clarity only one set of planet gears is shown. This wheel set consists of the stepped planet with the subplanets p1 and p2 and the intermediate planet p2z.
Die Vorteile der Erfindung verdeutlicht folgende Arbeit: Jarchow F: Fünfwellige Planetenzahnradgetriebe für stufenlose hydrostatische Getriebe mit Lastschalt gängen, erschienen am 29. März 2001 im VDI-Bericht Nr. 1592. Die hier für ein bestimmtes Kraftfahrzeug erstellten Konstruktionen fünfwelliger Planetenge triebe mit gleichen Tragfähigkeiten führen zu den nachstehenden Ergebnissen. Setzt man von dem erfindunggsgemäßen fünfwelligen die Baubreite b = 100%, den Außendurchmesser d = 100% und das Bauvolumen V = 100%, so betra gen für das fünfwellige Planetengetriebe nach DE 39 29 209 A1 b = 129%, d = 130% und V = 219% sowie für das fünfwellige Planetengetriebe nach WO 89/09899 A1 b = 147%, d = 114%, und V = 190%.The following work illustrates the advantages of the invention: Jarchow Q: Five-wave Planetary gear transmission for continuously variable hydrostatic transmissions with power shift published on March 29, 2001 in VDI Report No. 1592. The here for a certain motor vehicle created constructions of five-shaft planet drives with the same load capacities lead to the following results. If one sets the overall width b = 100% of the five-wave according to the invention, the outer diameter d = 100% and the construction volume V = 100%, so betra conditions for the five-shaft planetary gear according to DE 39 29 209 A1 b = 129%, d = 130% and V = 219% as well as for the five-shaft planetary gear WO 89/09899 A1 b = 147%, d = 114%, and V = 190%.
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