DE102006061116A1

DE102006061116A1 - Hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigtes, stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE102006061116A1
Application number: DE102006061116A
Authority: DE
Inventors: Christian Pfaller
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-06-26
Also published as: ITMI20072401A1; FR2910581A1; US20080280718A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigtes, stufenloses Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Antriebswelle, die einerseits mechanisch und andererseits über eine hydrostatische Pumpeneinheit, ein Mengenregelventil und einen Hydraulikmotor auf ein Summierungsgetriebe abtreibt, wobei das Summierungsgetriebe ein Planetenradgetriebe ist, dessen Getriebeelemente mit der Antriebswelle, dem Hydraulikmotor und einer Abtriebswelle trieblich verbunden sind. Zur Erzielung eines baulich und fertigungstechnisch besonders günstigen Getriebes wird vorgeschlagen, dass die hydrostatische Pumpeneinheit (14) mit dem einen Pumpenelement (24) mit der Antriebswelle (12) und mit dem anderen Pumpenelement (26, 28) mechanisch mit dem einen Getriebeelement (46) des Summierungsgetriebes (20) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigtes, stufenloses Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Getriebe beschreibt beispielsweise die DE 36 22 045 C2 , bei dem neben der hydrostatischen Pumpeneinheit und einem Hydraulikmotor zwei Planetenradsätze als Summierungsgetriebe und eine Anfahrkupplung vorgesehen sind, um den Anforderungen insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen Rechnung zu tragen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigtes Getriebe anzugeben, das neben den bekannten Vorteilen einer großen Getriebespreizung und einer hohen Leistungsübertragung baulich und fertigungstechnisch besonders günstig ausgeführt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die hydrostatische Pumpeneinheit mit dem einen Pumpenelement mit der Antriebswelle und mit dem anderen Pumpenelement mechanisch mit dem einen Getriebeelement des Summie rungsgetriebes verbunden ist. Diese einfache Anordnung ermöglicht eine voll variable Leistungsverteilung zwischen direkt mechanisch und hydrostatischmechanisch auf das Summierungsgetriebe, bei dem die geteilten Leistungsflüsse mit dem eingesteuerten Übersetzungsverhältnis wieder zusammengeführt werden; zusätzlich kann die hydrostatische Pumpeneinheit als Anfahrkupplung gesteuert werden, so dass eine separate Anfahrkupplung entfallen kann.
In fertigungstechnisch günstiger Weise kann die hydrostatische Pumpeneinheit durch ein einfaches, gekapseltes Planetenradgetriebe gebildet sein, dessen Planetenräder im Zusammenwirken mit dem Außenrad und dem Sonnenrad Zahnradpumpen bilden, wobei in der Kapselung Ansaug- und Druckkanäle ausgebildet sind, die mit dem Mengenregelventil kommunizieren. Daraus resultiert eine kostengünstige, besonders robuste und leistungsfähige Pumpeneinheit.
Dabei kann bevorzugt die Antriebswelle des Getriebes das Sonnenrad des Planetenradgetriebes (als das eine Pumpenelement) antreibt und dass der Planetenradträger mit den Planetenrädern (als das andere Pumpenelement) auf ein Getriebeelement des Summierungsgetriebes abtreibt.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann auch der axial der Pumpeneinheit benachbarte Hydraulikmotor als gekapseltes Planetenradgetriebe ausgeführt sein, dessen Planetenräder im Zusammenwirken mit dem Außenrad und dem Sonnenrad Zahnradpumpen bilden, wobei in der Kapselung mit dem Mengenregelventil kommunizierende Druckkanäle und Ablaufkanäle vorgesehen sind.
Dazu kann ferner in baulich besonders einfacher und kostengünstiger Weise das Außenrad des als Hydraulikmotor ausgeführten Planetenradgetriebes unverdrehbar angeordnet sein, während das Sonnenrad mit dem Summierungs getriebe trieblich verbunden ist und wobei zudem zumindest drei Planetenräder ohne Planetenradträger fliegend zwischen Außenrad und Sonnenrad angeordnet sind.
In einer hinsichtlich der Übersetzungsverhältnisse und der Getriebespreizung besonders vorteilhaften Ausführung kann das Summierungsgetriebe durch einen Planetenradsatz gebildet sein, mit einem Außenrad, einem Sonnenrad und einem Planetenradträger mit mehreren, doppelten Planetenrädern, von denen jeweils ein radial innenliegendes Planetenrad mit dem Sonnenrad und ein radial außenliegendes Planetenrad mit dem Außenrad kämmt.
Dabei kann in einer baulich und konstruktiv einfachen Anordnung der Planetenradträger des Summierungsgetriebes über eine erste Zwischenwelle mit dem Planetenradträger der hydrostatischen Pumpeneinheit verbunden sein. Des Weiteren kann das Sonnenrad des Summierungsgetriebes über eine Hohlwelle um die erste Zwischenwelle mit dem Sonnenrad des Hydraulikmotors verbunden und schließlich das Außenrad des Summierungsgetriebes mit der Abtriebswelle gekoppelt sein.
Zur Erzielung einer vorteilhaften und präzisen Leistungsverzweigungssteuerung über das Mengenregelventil wird vorgeschlagen, dass die Druckkanäle der hydrostatischen Pumpeneinheit von voll geöffnet bis voll geschlossen variierbar sind und dass zusätzlich zur Unterbrechung einer Leistungsübertragung die Ansaugkanäle der Pumpeneinheit mit deren Druckkanäle kurzschließbar sind.
Des Weiteren kann zur Bereitstellung einer entgegengesetzten Drehrichtung der Abtriebswelle (Rückwärtsgang oder Verwirklichung eines Langsamfahrganges mit Übersetzung bis „unendlich") der Hydraulikmotor durch Umsteuern des Volumenstromes gegensinnig angetrieben sein, wobei zur Erzielung des Rückwärtsganges zusätzlich der Planetenradträger des Summierungsgetriebes festgebremst ist.
Schließlich kann kostengünstig die hydrostatische Pumpeneinheit zugleich die Grundversorgung des Getriebes bezüglich Schmierung, Kühlung, etc. bedienen. Eine separate Versorgungspumpe kann somit entfallen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 ein hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigtes, stufenloses Getriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer hydrostatischen Pumpeneinheit, einem Mengenregelventil, einem Hydraulikmotor und einem Summierungsgetriebe; und
2 eine Ansicht X gemäß 1 auf die hydrostatische Pumpeneinheit des Getriebes.
Gemäß 1 setzt sich das hydrostatisch-mechanische, stufenlose Getriebe 10 für Kraftfahrzeuge im Wesentlichen zusammen aus einer Antriebswelle 12, einer hydrostatischen Pumpeneinheit 14, einem Mengenregelventil 16, einem Hydraulikmotor 18, einem Summierungsgetriebe 20 und einer Abtriebswelle 22.
Über die Antriebswelle 12, die z. B. mit einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist, wird die Antriebsleistung in das Getriebe 10 eingespeist, während die Abtriebswelle 22 mit dem weiteren Antriebssystem des Kraftfahrzeuges in dem Fachmann geläufiger Weise verbunden ist. Die genannten Getriebeelemente 12, 14, 18 bis 22 sind in nicht dargestellter Weise in einem Getriebegehäuse koaxial und drehbar gelagert.
Die hydrostatische Pumpeneinheit 14 ist im wesentlichen als ein einfaches Planetenradgetriebe mit einem Sonnenrad 24, einem Planetenradträger 26 mit vier drehbar gelagerten Planetenrädern 28 (vgl. auch 2) und einem Außenrad 30 (Hohlrad) ausgeführt, deren Verzahnungen miteinander im Eingriff sind. Das Planetenradgetriebe 14 ist aber zusätzlich durch Anordnung von innenliegenden Strömungsleitkörpern 32 (2), einer äußeren Kapselung 34 (1) und entsprechenden Dichtungen (nicht dargestellt) als Zahnradpumpe ausgeführt, die mittels Saugkanäle 36 und Druckkanäle 38 den Hydraulikmotor 18 in noch zu beschreibender Weise antreibt. Dabei zweigen wie aus 2 ersichtlich je Planetenrad 28 zwei Saugkanäle 36 und zwei Druckkanäle 38 ab, die jeweils zu einem gemeinsamen Saugraum und Druckraum im Mengenregelventil 16 zusammengeführt sind.
Das Sonnenrad 24 als das eine (antreibende) Pumpenelement der Pumpeneinheit 14 ist mit der Antriebswelle 12 gekoppelt, während der Planetenradträger 26 als das andere (abtreibende) Pumpenelement über eine erste Zwischenwelle 40 mit dem Planetenradträger 42 des Summierungsgetriebes 20 fest verbunden ist. Das Außenrad 30 ist als freies Reaktionsglied „fliegend" auf den Planetenrädern 28 gelagert.
Über die Saugkanäle 36 und die Druckkanäle 38 ist die hydrostatische Pumpeneinheit 14 mit dem Hydraulikmotor 18 hydraulisch verbunden. Der Hydraulikmotor 18 ist wie die Pumpeneinheit 14 als Zahnradpumpe bzw. Zahnradmotor gemäß 2 mit Strömungsleitkörpern 32 und einer Kapselung 34 ausgeführt und wird durch den unter Druck stehenden Volumenstrom der Pumpeneinheit 14 mit entsprechend angepasstem Schluckvermögen angetrieben.
Dabei ist wie aus 1 ersichtlich und abweichend zur 2 das abtreibende Sonnenrad 44 des Hydraulikmotors 14 mit dem Sonnenrad 46 des Summierungsgetriebes 20 über eine Hohlwelle 48 trieblich verbunden, während das Außenrad 50 des Hydraulikmotors 18 gehäusefest angeordnet ist. Die Plane tenräder 52 sind „fliegend" zwischen dem Außenrad 50 und dem Sonnenrad 44 gelagert.
Das Summierungsgetriebe 20 bzw. dessen Planetenradträger 42 trägt trägt mehrere Planetenradsätze mit radial innenliegenden Planetenrädern 54 und radial außenliegenden Planetenrädern 56, die miteinander und mit dem Sonnenrad 46 und dem Außenrad 58 in Eingriff sind. Das Außenrad 58 ist trieblich mit der Abtriebswelle 22 gekoppelt.
In die Druckkanäle 38 und Saugkanäle 36 ist das nur mit gestrichelten Linien angedeutete, elektrohydraulische Mengenregelventil 16 (variable Blende) eingeschaltet, mittels dem die nachfolgenden Schaltzustände steuerbar sind.
Dabei sind die Druck- und Saugseiten der einzelnen Flüssigkeitspumpen (gebildet durch die Elemente der Planetenradgetriebe 14, 18) in je einem gemeinsamen Druck- und Saugraum zusammengeführt. Von dort gelangt der Flüssigkeitsstrom über das Mengenregelventil 16, das von einer nicht dargestellten Aktuatorik verstellbar ist, in den Hydraulikmotor 18. Ein Sensor (nicht dargestellt) misst den vorherrschenden Flüssigkeitsstrom im Druckraum und gibt das anliegende Drehmoment der antreibenden Brennkraftmaschine wider.
Der Flüssigkeitsaustausch aufgrund von Leckageverlusten in den Zahnradpumpen bzw. Zahnradmotoren erfolgt in geeigneter Weise auf der Saugraumseite. Auf der Druckraumseite können ggf. zur Versorgung des Getriebes 10, insbesondere zu dessen Schmierung und Kühlung, erforderliche Flüssigkeitsströme abgesteuert werden.
Bei voll geschlossenem Mengenregelventil 16 sind die hydrostatische Pumpeneinheit 14 und der Hydraulikmotor 18 hydraulisch blockiert und die Pumpeneinheit 14 überträgt somit Antriebsleistung rein mechanisch über den Planetenradträger 26 und die Zwischenwelle 40 auf den Planetenradträger 42 des Summierungsgetriebes 20 und über dessen Außenrad 58 auf die Abtriebswelle 22. (Im Wesentlichen gilt: Antriebsleistung = mechanische Leistung). Es kann jedoch ggf. durch geringfügigen Kupplungsschlupf Hydrauliköl zur Versorgung des Getriebes 10 bereitgestellt sein;
Bei voll geöffnetem Mengenregelventil 16 (vgl. die eingezeichneten Pfeile der Drehrichtungen der Pumpenelemente 24, 28, 30 gemäß 2) steht aufgrund der beschriebenen Auslegung des Summierungsgetriebes 20 der Planetenradträger 26 der hydrostatischen Pumpeneinheit 14 und die Antriebsleistung wird ausschließlich in hydraulische Leistung mit entsprechendem Antrieb des Hydraulikmotors 18 überführt. Somit treibt mit entsprechend höherem (kürzeren) Übersetzungsverhältnis das Sonnenrad 44 des Hydraulikmotors 18 über die Hohlwelle 48 das Sonnenrad 46 des Summierungsgetriebes 20 an, der Abtrieb erfolgt über die Planetenräder 54, 56 und das Außenrad 58 auf die Abtriebswelle 22 (Antriebsleistung = hydraulische Leistung);
Bei Zwischenstellungen des Mengenregelventils 16 wirkt die hydrostatische Pumpeneinheit 14 quasi im Schlupf, somit kann die Antriebsleistung stufenlos zwischen der hydraulischen Leistung und der mechanischen Leistung aufgeteilt werden, mit entsprechend stufenlosen Übersetzungsänderungen des Summierungsgetriebes 20 und gemeinsamen Abtrieb über das Außenrad 58 bzw. die Abtriebswelle 22 (Antriebsleistung = mechanische Leistung + hydraulische Leistung);
Bei über das Mengenregelventil 16 kurzgeschlossenen Druck- und Saugkanälen 38, 36 der hydrostatischen Pumpeneinheit 14 läuft diese ohne Übertragung von Antriebsleistung um und wirkt somit als Trennkupplung bzw. Anfahrkupplung für das Kraftfahrzeug.
Zum Herstellen eines Kraftschlusses bzw. Einlegen der größten (kürzesten) Übersetzung bzw. zum Anfahren des Kraftfahrzeuges wird der Flüssigkeits strom der hydrostatischen Pumpeneinrichtung 14 geregelt dem Hydraulikmotor 18 zugeführt.
Zur Realisierung eines Langsamfahr-Übersetzung bis „unendlich" (Stillstand der Abtriebswelle 22) des Getriebes 10 wird der Hydraulikmotor 18 durch Umsteuern des Flüssigkeitsstromes über das Mengenregelventil 16 gegensinnig zur regulären Vorwärts-Drehrichtung des Planetenradträgers 42 angetrieben.
Zusätzlich wird zur Bereitstellung eines Rückwärtsganges des Getriebes 10 der Planetenradträger 42 über eine Bremse 60 festgehalten.
Da im letzteren Falle eine feste Übersetzung gegeben ist, die durch die hydraulische Übersetzung zwischen hydrostatischer Pumpeneinrichtung 14 und der Geometrie des Summierungsgetriebes 20 bestimmt ist, ist wie vorstehend angeführt die Kupplungsfunktion der Pumpeneinrichtung 14 und/oder die Steuerung der Festbremsfunktion der Bremse 60 maßgeblich.
Die hydrostatische Pumpeneinheit 14, das Mengenregelventil 16 und der Hydraulikmotor 18 können in der konstruktiven Ausführung in einem Gehäuse (nicht dargestellt) zusammengebaut sein. Dazu kann der mittlere Gehäuseteil ein Ventilgehäuse mit den eingearbeiteten Druck- und Saugkanälen 38, 36 und dem Mengenregelventil 16 sein. Die übrigen Gehäuseteile bilden zugleich die Kapselungen 34.

Claims

Hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigtes, stufenloses Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Antriebswelle, die einerseits mechanisch und andererseits über eine hydrostatische Pumpeneinheit, auf ein Summierungsgetriebe abtreibt, wobei das Summierungsgetriebe, vorzugsweise ein Planetenradgetriebe, Getriebeelemente aufweist, die wenigstens mit der Antriebswelle und einer Abtriebswelle trieblich verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Pumpeneinheit (14) mit einem ersten Pumpenelement (24) mit der Antriebswelle (12) und mit einem zweiten Pumpenelement (26, 28) mechanisch mit einem Getriebeelement (46) des Summierungsgetriebes (20) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Pumpeneinheit (14) durch ein einfaches, gekapseltes Planetenradgetriebe (24, 26, 28, 30) gebildet ist, dessen Planetenräder (28) im Zusammenwirken mit dem Außenrad (30) und dem Sonnenrad (24) Zahnradpumpen bilden, wobei in der Kapselung (34) Ansaug- und Druckkanäle (36, 38) ausgebildet sind, die mit einem Mengenregelventil (16) kommunizieren.
Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (12) das Sonnenrad (24) des Planetenradgetriebes (14) antreibt, und dass der Planetenradträger (26) auf ein Getriebeelement (42) des Summierungsgetriebes (20) abtreibt.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise axial der Pumpeneinheit (14) benachbarter Hydraulikmotor (18) ebenfalls als gekapseltes Planetenradgetriebe (44, 52, 50) ausgeführt ist, dessen Planetenräder (52) im Zusammenwirken mit dem Außenrad (50) und dem Sonnenrad (44) Zahnradpumpen bzw. -motoren bilden, wobei in der Kapselung (34) mit dem Mengenregelventil (16) kommunizierende Druckkanäle (38) und Ablaufkanäle (36) vorgesehen sind.
Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrad (50) des als Hydraulikmotor (18) ausgeführten Planetenradgetriebes unverdrehbar angeordnet ist, dass das Sonnenrad (44) mit dem Summierungsgetriebe (20) trieblich verbunden ist und dass zumindest drei Planetenräder (52) ohne Planetenradträger fliegend zwischen Außenrad (50) und Sonnenrad (44) angeordnet sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsgetriebe (20) durch einen Planetenradsatz gebildet ist, mit einem Außenrad (58), einem Sonnenrad (46) und einem Planetenradträger (42) mit mehreren, doppelten Planetenrädern (54, 56), von denen jeweils ein radial innenliegendes Planetenrad (54) mit dem Sonnenrad (46) und ein radial außenliegendes Planetenrad (56) mit dem Außenrad (58) kämmt.
Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (42) des Summierungsgetriebes (20) über eine erste Zwischenwelle (40) mit dem Planetenradträger (26) der als Planetenradgetriebe (24, 26, 28, 30) ausgebildeten hydrostatischen Pumpeneinheit (14) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dasgt Sonnenrad (46) des Summierungsgetriebes (20) über eine Hohlwelle (48) um die erste Zwischenwelle (40) mit einem Sonnenrad (44) eines als Planetenradgetriebe ausgeführten Hydraulikmotors (18) verbunden ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrad (58) des Summierungsgetriebes (20) mit der Abtriebswelle (22) gekoppelt ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsverzweigungssteuerung über das Mengenregelventil (16) die Druckkanäle (38) der hydrostatischen Pumpeneinheit (14) von voll geöffnet bis voll geschlossen variierbar sind, und dass zusätzlich zur Unterbrechung einer Leistungsübertragung die Ansaugkanäle (36) der Pumpeneinheit (14) mit deren Druckkanäle (38) kurzschließbar sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung einer entgegengesetzten Drehrichtung der Abtriebswelle (22) der Hydraulikmotor (18) durch Umsteuern des Volumenstromes gegensinnig angetrieben ist, und dass ferner ein Planetenradträger (42) des als Planetengetriebe ausgebildeten Summierungsgetriebes (20) festgebremst ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Pumpeneinheit (14) zugleich die Grundversorgung des Getriebes (10) bezüglich Schmierung, Kühlung, etc. bedient.