DE102010021846A1

DE102010021846A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe

Info

Publication number: DE102010021846A1
Application number: DE201010021846
Authority: DE
Inventors: Detlef Tolksdorf
Original assignee: HYTRAC GmbH
Current assignee: HYTRAC GmbH
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-01
Also published as: WO2011147397A1

Abstract

Hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe, beinhaltend ein Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mittel- oder unmittelbar antreibbare Antriebswelle, die über Zahnradelemente, verfügt, welche über Kupplungen wahlweise entweder mittel- oder unmittelbar auf das Hohlrad eines Planetengetriebes im CVT-Betrieb wirken oder mittel- oder unmittelbar auf die Ausgangswelle geschaltet wird, wobei das Planetengetriebe abgeschaltet und in Stillstand versetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe.
Ein hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe wird beispielsweise in der DE 10 2004 001 929 A1 beschrieben. Vorgeschlagen wird ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis, das einen hydrostatischen Getriebeteil, bestehend aus einer ersten Hydrostateinheit mit verstellbarem Volumen und einer zweiten Hydrostateinheit mit konstantem Volumen und einem mechanischen Getriebeteil, umfassend ein Summierungsgetriebe und ein Bereichsgetriebe aufweist, bei dem das Summierungsgetriebe und das Bereichsgetriebe achsversetzt zu den Hydrostateinheiten angeordnet sind.
Ein weiteres hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe ist in der WO 2009/071060 A2 beschrieben, bestehend aus einem Gehäuse, respektive einem aus einzelnen Gehäuseteilen zusammengesetztem Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, antreibbare Antriebswelle, die über Zahnradelemente, nach Art eines Pumpenverteilergetriebes, auf mindestens zwei Hydropumpen einwirkt und über mindestens ein weiteres Zahnrad verfügt, das mittel- oder unmittelbar auf ein Abtriebselement eines Lastschaltgetriebes einwirkt, wobei zumindest im Bereich des Zahnrades mindestens ein Kupplungselement positioniert ist, und wobei das Lastschaltgetriebe zumindest eine über mindestens eine, im hydrostatischen Kreislauf antreibbare Welle verfügt, im Bereich derer Kupplungen, Bremsen, Bauteile eines einstufigen Planetengetriebes und dergleichen Bauteile vorgesehen sind, wobei das Abtriebselement des Lastschaltgetriebes auf mindestens eine Ausgangswelle geschaltet ist.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein alternatives hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe bereit zu stellen, das geeignet ist, Verbrennungsmotoren drehzahloptimiert zu betreiben und gleichzeitig verbesserte Wirkungsgrade zu erzielen, indem über Kupplungen solche Antriebselemente abgeschaltet und in Stillstand versetzt werden, die in bestimmten Betriebsbereichen funktionell nicht eingesetzt werden, aber den Gesamtwirkungsgrad verschlechtern könnten.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe, beinhaltend ein Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mittel- oder unmittelbar antreibbare Antriebswelle, die über Zahnradelemente, verfügt, welche über Kupplungen wahlweise entweder mittel- oder unmittelbar auf das Hohlrad eines Planetengetriebes im CVT-Betrieb wirken oder mittel- oder unmittelbar auf die Ausgangswelle geschaltet wird, wobei das Planetengetriebe abgeschaltet und in Stillstand versetzt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Getriebe kann mittel- oder unmittelbar von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, über eine mit mindestens zwei Kupplungen versehene Antriebswelle angetrieben werden, die mittel- oder unmittelbar wahlweise entweder für einen CVT-Betrieb (Continuous Variable Transmission) auf das Hohlrad des Planetengetriebes geschaltet, oder wahlweise mittel- oder unmittelbar auf die Ausgangswelle des Leitungsverzweigungsgetriebes geschaltet werden kann, wobei das Planetengetriebe zumindest eine über mindestens eine, im hydrostatischen Kreislauf antreibbare Welle verfügt, und wobei das Planetengetriebe wahlweise über mindestens eine Kupplung abgeschaltet und still gesetzt werden kann.
Die im Bereich des Leistungsverzweigungsgetriebes, respektive des Planetengetriebes vorgesehenen Kupplungen, können so betätigt werden, dass das Getriebe wahlweise

– rein hydraulisch mit abgeschalteter mechanischer Antriebswelle
– leistungsverzweigt im CVT-Betrieb, d. h. hydraulisch angetrieben und mit mechanisch zugeschalteter Antriebswelle
– rein mechanisch bei wahlweiser Abschaltung und Stillsetzung des Planetengetriebes

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 bis 3 Prinzipskizzen mit unterschiedlichem Aufbau der Antriebselemente des erfindungsgemäßen hydrostatisch mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes.
Die 1 bis 3 zeigen Prinzipskizzen mit unterschiedlichem Aufbau der Antriebselemente des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 1. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 beinhaltet ein Gehäuse 2 das über eine Welle 8 mechanisch angetrieben wird. Ein Antriebsmotor 3 treibt dabei eine Antriebswelle 4 an, auf der ein Zahnradelement 5 unmittelbar befestigt ist und mit einem weiteren Zahnradelement 24 kämmt, das wiederum die Welle 8 antreibt. Das Zahnrad 5 steht darüber hinaus mit einem Zahnrad 12 in Wirkverbindung, wobei die Zahnradelemente 5, 12 Hydropumpen 9, 10 und 14 und die Hydropumpen 9, 10 die am Leistungsverzweigungsgetriebe 1, respektive dessen Gehäuse 2, montierten Hydromotore 16, 17 antreiben. Innerhalb des Leistungsverzweigungsgetriebes 1, respektive dessen Gehäuse 2, befindet sich ein Planetengetriebe 31, im Wesentlichen bestehend aus Hohlrad 11, Planeten 30, Sonnenrad 42 und dem Steg 32. Weiterhin beinhaltet das Leistungsverzweigungsgetriebe 1, respektive dessen Gehäuse 2, die Antriebswellen 40, 41 für einen hydrostatischen Betrieb über die Hydromotore 16, 17.
In der Phase eines ersten Fahrbereichs mit üblicherweise niedrigen Geschwindigkeiten und hohem Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf treiben beide Hydromotore 16, 17 auf das Sonnenrad 42, wobei eine Bremse 34 kraftschlüssig geschaltet wird, um das Hohlrad 11 gegen das Gehäuse 2 zu klemmen, eine weitere Kupplung 29 geöffnet und eine weitere Kupplung 24 geschlossen wird und der Steg 32 als Abtrieb über eine weitere geschlossene Kupplung 33 wiederum über Zahnräder 18, 19 auf eine Ausgangswelle 20 treibt. In diesem Betriebsbereich sind die gleichfalls im Leistungsverzweigungsgetriebe 1 eingebrachten Kupplungen 13, 15 geöffnet, so dass kein mechanischer Leistungsfluss über die Antriebswelle 8 bzw. Welle 25, z. B. einer Gelenkwelle, auf die ebenfalls im Leistungsverzweigungsgetriebe 1 vorhandenen Zahnräder 21, 23, 26 erfolgen kann. In diesem ersten Fahrbereich, mit niedrigen Geschwindigkeiten und hohem Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf, wird das hohe Drehmomentvermögen der Hydrostaten 9, 10, 16, 17 ausgenutzt, sowie deren Möglichkeit der hohen Kraftentfaltung auch bei Drehzahlen im Bereich von n = 0 U/min. Die gute Regelbarkeit der Hydrostaten 9, 10, 16, 17 erlaubt es dabei, den Antriebsmotor 3 drehzahl- und leistungsoptimiert zu betreiben. Aus diesem Grunde treten die bekannten Wirkungsgradnachteile der Hydrostatik, im Vergleich zur Mechanik, im Sinne einer gesamtheitlichen Betrachtung für diesen Geschwindigkeitsbereich in den Hintergrund. Zur Erhöhung der Wirkungsgrade wird, abhängig von der benötigten Leistung bzw. des benötigten Drehmoments, bzw. der benötigten Drehzahl, der Hydromotor 16 über die Kupplung 43 abgeschaltet und zur Vermeidung von Schleppverlusten stillgesetzt.
Mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit und daraus resultierendem eingeschränkten Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf wird das hohe Drehmomentvermögen der Hydrostaten 9, 10, 16, 17 stetig weniger benötigt, so dass die Hydrostaten 9, 10, 16, 17, abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit, zurückgeregelt und entkoppelt werden können. Dabei wird zunächst im mittleren Geschwindigkeitsbereich eine Phase der hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigung eingestellt und im hohen Geschwindigkeitsbereich wird, zur Optimierung der Wirkungsgrade, in einen ausschließlich mechanischen Betrieb übergegangen.
Im mittleren Geschwindigkeitsbereich werden die Leistungsverzweigung und der CVT-Betrieb zur optimalen Drehzahl- und/oder Leistungseinstellung des Antriebsmotors 3 eingestellt, indem die Bremse 34 und eine weitere Kupplung 43 gelöst sowie die Kupplung 13 und wahlweise die Kupplung 29 geschlossen werden. In diesem Betriebszustand wird die Leistung des Antriebsmotors 3 einerseits über den mechanischen Strang Antriebswelle 4, Zahnräder 5 und 24, Welle 8 und Welle 25, Kupplung 13 und Zahnrad 23 auf das Hohlrad 11 des Planetengetriebes 31 geleitet und anderseits wird Leistung des Antriebsmotors 3 hydrostatisch über die Hydropumpen 9 und 10 gewandelt und auf die Hydromotore 16 und 17 geleitet, wobei der Hydromotor 17 das Sonnenrad 42 antreibt und wahlweise der Hydromotor 16 das Hohlrad 11 antreibt. Die Leistung des mechanischen Stranges und die hydrostatische Leistung werden dabei im Planetengetriebe 11 summiert und auf den Steg 32 geleitet. Die Drehzahlen des Hohlrades 11 und des Sonnenrades 42 werden hierbei nach Art eines Überlagerungsgetriebes addiert und die Summe beider Drehzahlen ergibt die Planetengetriebe-Ausgangsdrehzahl am Steg 32, die direkt proportional die Drehzahl der Ausgangswelle 20 bzw. die daraus resultierende Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Die Einstellung der Drehzahl des Sonnenrades 42 wird dabei über den gut regelbaren Hydromotor 17 so vorgenommen, dass mit Blick auf die erforderliche Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehzahl des Hohlrades 11 und damit die direkt proportionale Drehzahl des Antriebsmotors 3 im CVT-Betrieb Wirkungsgrad- und/oder leistungsoptimal eingestellt wird.
Im letzten und hohen Geschwindigkeitsbereich wird ausschließlich mechanisch angetrieben, indem die Hydrostaten 9, 10, 16, 17 und das Planetengetriebe 31 komplett über die Kupplungen 13 und 33 abgeschaltet werden und die Hydrostaten 9, 10, 16, 17 auf Drehzahl n = 0 U/min eingestellt werden. Um die Sicherheit des Stillstandes der Hydrostaten 16, 17 sowie der Elemente des Planetengetriebes 31, d. h. des Hohlrades 11, der Planeten 30, des Sonnenrades 42 und des Stegs 32, zu erhöhen werden in diesem hohen Geschwindigkeitsbereich die Bremse 34 und die Kupplungen 29, 43 aktiviert, so dass das Planetengetriebe 31 im Blockierungsbetrieb gegen das Gehäuse 2 geklemmt wird. In diesem Betriebsfall werden die Hydropumpen 9, 10, nicht für das Fahren eingesetzt und wahlweise zur Vermeidung von Schleppverlusten über die Kupplung 27 abgekuppelt. Entsprechend 1 wird damit auch zwangsweise die Hydropumpe 14 abgekuppelt. Um die Hydropumpe 14 nicht zwangsweise abzukuppeln, wird für diese Pumpe wahlweise eine nicht dargestellte weitere separate Kupplung vorgesehen. In gleicher Weise kann durch den Einsatz einer weiteren nicht dargestellten Kupplung wahlweise auch separat nur eine der Hydropumpen 9, 10 abgekuppelt werden.
2 zeigt eine andere Konfiguration der Antriebselemente, wobei die ersten beiden Fahrbereiche in gleicher Weise erfolgen, wie mit 1 beschrieben. Der letzte und hohe Geschwindigkeitsbereich wird ausschließlich mechanisch betrieben. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 wird hierbei realisiert, indem die Hydrostaten 9, 10, 16, 17 über Kupplungen 38, 39 abgeschaltet werden und das Planetengetriebe 31 über Kupplungen 29, 43 in einen Blockierungsbetrieb gebracht wird und der ausschließlich mechanische Antrieb dann wahlweise über die Zahnräder 21, 23 oder Zahnräder 35, 37 bzw. deren Kupplungen 13, 36 erfolgt.
Eine weitere nicht dargestellte Variante besteht darin, dass zur Vereinfachung eine der beiden Zahnradpaarungen, also entweder die Zahnräder 21, 23 oder die Zahnräder 35, 37, bzw. eine der beiden Kupplungen 13, 36 komplett entfällt.
3 zeigt eine weitere und auch gegenüber 2 vereinfachte Konfiguration der Antriebselemente, wobei die ersten beiden Fahrbereiche wiederum in gleicher Weise erfolgen, wie mit 1 beschrieben. Der letzte und hohe Geschwindigkeitsbereich wird ausschließlich mechanisch betrieben. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 wird hierbei so wie in 2 realisiert, aber die Hydrostaten 9, 10, 16, 17 werden nicht entkuppelt, sondern ohne die Beaufschlagung von Last mitgeschleppt.
Bezugszeichenliste

1: Leistungsverzweigungsgetriebe
2: Gehäuse
3: Antriebsmotor
4: Antriebswelle
5: Zahnrad
6: Zahnrad
7: Welle
8: Welle
9: Hydropumpe
10: Hydropumpe
11: Hohlrad
12: Zahnrad
13: Kupplung
14: Hydropumpe
15: Kupplung
16: Hydromotor
17: Hydromotor
18: Zahnrad
19: Zahnrad
20: Ausgangswelle
21: Zahnrad
22: Zahnrad
23: Zahnrad
24: Zahnrad
21/23: Zahnradstufe
26/18: Zahnradstufe
25: Welle
26: Zahnrad
27: Kupplung
28: Zahnrad
29: Kupplung
30: Planet
31: Planetengetriebe
32: Steg
33: Kupplung
34: Bremse
35: Zahnrad
36: Kupplung
37: Zahnrad
38: Kupplung
39: Kupplung
40: Antriebswelle
41: Antriebswelle
42: Sonnenrad
43: Kupplung
44: Zahnrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004001929 A1 [0002]
WO 2009/071060 A2 [0003]

Claims

Hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe, beinhaltend ein Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mittel- oder unmittelbar antreibbare Antriebswelle (25), die über Zahnradelemente (21, 26), verfügt, welche über Kupplungen (13, 15) wahlweise entweder mittel- oder unmittelbar auf das Hohlrad (11) eines Planetengetriebes (31) im CVT-Betrieb wirken oder mittel- oder unmittelbar auf die Ausgangswelle (20) geschaltet wird, wobei das Planetengetriebe (31) abgeschaltet und in Stillstand versetzt wird.
Leitungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle (8) direkt, d. h. unmittelbar von dem Antriebsmotor (3) angetrieben wird.
Leitungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (8) konstruktiv als Gelenkwelle gestaltet ist.
Leitungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydromotor (16) und/oder ein Hydromotor (17) abgekuppelt und wahlweise zusätzlich in den Stillstand versetzt wird.
Leitungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (31) wahlweise abgekuppelt und wahlweise zusätzlich in den Stillstand versetzt wird.
Leitungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydropumpe (9) und/oder eine Hydropumpe (10) und/oder eine Hydropumpe (14) abgekuppelt wird und wahlweise zusätzlich in den Stillstand versetzt wird.