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Die Erfindung betrifft eine hydrodynamisch-mechanische Kraftübertragungsvorrichtung, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft insbesondere eine hydrodynamisch-mechanische Kraftübertragungsvorrichtung zum Antrieb einer drehzahlvariablen Arbeitsmaschine.
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Hydrodynamisch-mechanische Kraftübertragungsvorrichtungen zum Antrieb einer drehzahlvariablen Arbeitsmaschine sind in unterschiedlichen Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt.
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Eine gattungsgemäße Kraftübertragungsvorrichtung umfasst dabei einen Eingang zum wenigstens mittelbaren Verbinden mit einem Antriebsaggregat mit konstanter Drehzahl und zumindest einen Ausgang zum Verbinden mit einer Arbeitsmaschine mit variabler Drehzahl. Ferner ist ein hydrodynamischer Wandler und zumindest ein als Planetengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe, umfassend ein Hohlrad, ein Sonnenrad sowie einen Planetenträger mit mehreren Planeten als Elemente des Planetengetriebes, vorgesehen. Die Leistung wird über einen mechanischen und einen hydrodynamischen Leistungszweig übertragen. Dabei ist der Eingang mit einem Pumpenrad des hydrodynamischen Wandlers und einem ersten Element des Überlagerungsgetriebes verbunden. Ein Turbinenrad des hydrodynamischen Wandlers ist mit einem zweiten Element des Überlagerungsgetriebes und der Ausgang ist wenigstens mittelbar mit einem dritten Element des Überlagerungsgetriebes verbunden.
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Bei einer in
DE 34 41 877 A1 beschriebenen Ausführung verläuft der hydrodynamische Leistungszweig über einen hydrodynamischen Wandler in Form eines Gleichlaufwandlers und ist durch Verstellung der Beschaufelung des Leitrades des Wandlers hinsichtlich der Drehzahl regelbar. Dieser wird mit dem mechanisch übertragenden Leistungszweig im Überlagerungsgetriebe wieder vereint und treibt so die Arbeitsmaschine mit der an dieser gewünschten Drehzahl an, obwohl das Antriebsaggregat, welches das Kraftübertragungsaggregat an der Eingangswelle antreibt, mit konstanter Drehzahl läuft. Basierend auf diesem Aufbau beschreibt die
DE 10 2008 034 607 einen ähnlichen Aufbau, bei welchem jedoch die dort zum Einsatz kommende Hohlwelle durch parallel zur zentralen Achse des Kraftübertragungsaggregats verlaufende Koppelwellen ersetzt ist.
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Der hydrodynamische Wandler hat in derartigen Kraftübertragungsvorrichtungen zwischen einer Antriebsmaschine und einer anzutreibenden Maschine, insbesondere Arbeitsmaschine unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen. Wesentliche Kriterien sind der erzielbare Wirkungsgrad, das Leistungsaufnahmeverhalten sowie die Änderung des Momentes und der Drehzahl am Abtrieb, d.h. am Turbinenrad. Bei den bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen werden die Betriebszustände durch eine Einstellung des Leitrads und/oder des Füllungsgrads des hydrodynamischen Wandlers mit Arbeitsmedium beeinflusst.
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Aus der Druckschrift
WO2012143123 A1 ist eine Kraftübertragungsvorrichtung vorbekannt, welche anstelle eines hydrodynamischen Gleichlaufwandlers einen hydrodynamischen Gegenlaufwandler aufweist. Der Gegenlaufwandler ist zwar durch einen schlechteren Wirkungsgrad als ein Gleichlaufwandler charakterisiert, erlaubt jedoch insgesamt einen sehr einfachen und kompakten Aufbau der gesamten Kraftübertragungsvorrichtung. Das erste Element des Planetengetriebes des Überlagerungsgetriebes wird vom Planetenträger gebildet, während das zweite Element vom Sonnenrad des Planetengetriebes und das dritte Element vom Hohlrad des Planetengetriebes gebildet werden. Dieser Aufbau, bei welchem das Hohlrad mit der Ausgangswelle direkt oder über ein weiteres Getriebe, vorzugsweise ein Stirnradgetriebe, verbunden ist und bei welchem der hydrodynamische Leistungszweig über das Sonnenrad eingetragen wird, hat dabei den entscheidenden Vorteil, dass das Planetengetriebe aufgrund der günstigen Drehzahlen sehr kompakt ausgeführt werden kann.
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Zur Übertragung hoher Leistungen bauen die bekannten Ausführungen sehr groß oder es sind zusätzliche Drehzahl-/Drehmomentübertragungseinrichtungen erforderlich.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftübertragungsvorrichtung zu entwickeln, die zum Übertragen sehr hoher Leistungen eingesetzt werden kann, bei gleichzeitig sehr einfachem und kompaktem Aufbau. Ferner soll das Gesamtsystem derart konzipiert sein, dass eine Vielzahl von Anforderungen hinsichtlich Übersetzung und Anordnung Eingang und Ausgang zueinander mit diesem einfach realisierbar sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Eine hydrodynamisch-mechanische Kraftübertragungsvorrichtung, umfassend
eine Eingangswelle zum wenigstens mittelbaren Verbinden mit einem Antriebsaggregat mit konstanter Drehzahl und zumindest eine Ausgangswelle zum Verbinden mit einer Arbeitsmaschine mit variabler Drehzahl;
eine Grundgetriebekonfiguration mit einem hydrodynamischen Wandler und einem als Planetengetriebe ausgebildeten Überlagerungsgetriebe, umfassend ein Hohlrad, ein Sonnenrad sowie einen Planetenträger mit mehreren Planeten als Elemente des Planetengetriebes, wobei die Eingangswelle mit einem Pumpenrad des hydrodynamischen Wandlers und einem ersten Element des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, ein Turbinenrad des hydrodynamischen Wandlers mit einem zweiten Element des Überlagerungsgetriebes und die Ausgangswelle wenigstens mittelbar mit einem dritten Element des Überlagerungsgetriebes verbunden ist;
ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element des Überlagerungsgetriebes vom Hohlrad, das zweite Element des Überlagerungsgetriebes vom Sonnenrad und das dritte Element des Überlagerungsgetriebes vom Planetenträger gebildet werden und in Leistungsübertragungsrichtung zwischen Überlagerungsgetriebe und Ausgangswelle eine weitere Getriebestufe angeordnet ist, umfassend einen Eingang und einen Ausgang, wobei der Eingang der Getriebestufe mit dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes verbunden ist und der Ausgang der Getriebestufe mit der Ausgangswelle der Kraftübertragungsvorrichtung verbunden ist oder diese bildet.
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Unter einem hydrodynamischen Wandler wird dabei eine Einrichtung zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung verstanden. Diese umfasst mindestens drei, einen mit Betriebsmedium befüllbaren Arbeitsraum bildende Schaufelräder, welche die Strömung eines Betriebsmediums umlenken.
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Der Begriff „Welle“ ist funktional zu verstehen und beinhaltet jegliche Ausführung um eine Drehachse rotatorisch ausgebildeter und drehbarer Bauteile, die geeignet sind, Drehmoment zu übertragen.
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Grundgetriebekonfiguration im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere eine grundlegende Anordnung von Wandler und Überlagerungsgetriebe in Form des Planetengetriebes. Diese kann als modulare Einheit aus beiden Baueinheiten vorgefertigt bereitgestellt werden oder ist aus Einzelmodulen Wandler und Überlagerungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes zusammenfügbar.
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Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, der Schaffung einer Grundgetriebekonfiguration aus hydrodynamischem Wandler und Planetengetriebe, welche mit der beschriebenen Anbindung eine Leistungsübertragung in zwei Leistungszweigen erlaubt, die einen Abtrieb über den Träger ermöglicht und für hohe Leistungsbereiche konzipiert ist, wobei die Anpassung an die konkreten Einsatzerfordernisse hinsichtlich Übersetzungsverhältnis und Ausrichtung des Abtriebs durch eine zusätzliche nachgeordnete Getriebestufe realisiert wird. Dabei kann die Grundgetriebekonfiguration als vorgefertigte modulare Einheit bereitgestellt werden, die durch Ergänzung mittels der weiteren Getriebestufe, welche vorzugsweise ebenfalls als modulare Einheit ausgeführt ist, auf einfache Art und Weise zum Zweck der Anpassung an unterschiedlichste Anforderungen komplettiert werden kann.
Die Kombination aus Wandler und Überlagerungsgetriebe mit der dargelegten Anbindung kann ferner auf eine zusätzliche hydrodynamische Kupplung zum Anfahren verzichten, da die Funktion des lastfreien Anfahrens allein in Abhängigkeit des Füllzustandes des Wandlers über diesen realisiert werden kann.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Turbinenrad des Wandlers auf der zum Wandler weisenden Seite des Überlagerungsgetriebes mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, wobei die maximale radiale Ausdehnung der die Verbindung zwischen Turbinenrad und Sonnenrad realisierenden Bauteile in radialer Richtung betrachtet kleiner als der Durchmesser des Überlagerungsgetriebes ist. Mit anderen Worten, erfolgt die Verbindung zwischen Turbinenrad und Sonnenrad direkt, d.h. ohne diese um das Überlagerungsgetriebe herumzuführen und damit auf in axialer Richtung zwischen Eingang und Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung betrachtet kürzestem Weg. Die mit hoher Drehzahl rotierenden Bauteile sind durch einen erheblich geringen Durchmesser gegenüber dem Außendurchmesser des Überlagerungsgetriebes selbst charakterisiert, wodurch die Getriebegrundkonfiguration aus Wandler und Überlagerungsgetriebe insgesamt sehr kompakt bauen und auf eine aufwendige Einhausung des Umlaufgetriebes durch Herumführen der Verbindungswelle zwischen Turbinenrad und Sonnenrad verzichtet werden kann. Die Verbindung zwischen Turbinenrad und Sonnenrad, als mit hoher Drehzahl rotierendes Bauteil auf geringem Durchmesser, ist hinsichtlich der Leistungsdichte vorteilhaft und die Lagerung der einzelnen Wellen des Überlagerungsgetriebes gestaltet sich einfacher.
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Bezüglich der Realisierung der Verbindung selbst zwischen Turbinenrad und Sonnenrad besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese beinhaltet jedoch insbesondere rotationssymmetrisch ausgeführte Bauteile, insbesondere in Form von Hohlwellen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung werden zum verschleißarmen Betrieb die üblicherweise bei Planetenradgetrieben zur Lagerung der Planetenräder verwendeten Wälzlager bei dieser Ausführung durch Gleitlager ersetzt.
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Dazu kann gemäß einer ersten Ausbildung der Planetenträger des Überlagerungsgetriebes mit feststehenden Planetenradbolzen ausgeführt sein, wobei dann die Planetenräder auf den Planetenradbolzen gleitgelagert sind. In einer zweiten alternativen Ausbildung sind die Planetenräder einteilig mit den Planetenradbolzen ausgebildet oder drehfest mit diesem verbunden und die Planetenradbolzen werden im Planetenträger gleitgelagert.
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Entsprechend den Anforderungen des Einsatzfalles können gemäß einer ersten Ausführung der Eingang und der Ausgang der hydrodynamisch-mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung koaxial zueinander und gemäß einer zweiten Ausführung exzentrisch zueinander angeordnet sein. Dies wird insbesondere durch die Ausbildung der zusätzlichen Getriebestufe realisiert.
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Die zusätzliche Getriebestufe kann dabei entsprechend des gewünschten Übersetzungsverhältnisses vielgestaltig ausgeführt sein. Vorzugsweise wird jedoch eine Konfiguration gewählt, welche neben einer kompakten, nach Möglichkeit wenige Bauteile aufweisenden auch noch eine geringe Baugröße aufweist.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausbildung mit koaxialer Ausführung von Eingang und Ausgang bzw. An- und Abtrieb ist die Getriebestufe als Planetenradvorrichtung ausgeführt, umfassend zumindest einen feststellbaren oder gehäusefesten Planetenträger, Planetenräder und ein mit den Planetenrädern kämmendes Zahnrad, welches mit dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes wenigstens mittelbar, vorzugsweise direkt gekoppelt ist und ein mit den Planetenrädern der Getriebestufe kämmendes Sonnenrad welches mit dem Ausgang der Kraftüberragungsvorrichtung gekoppelt ist oder integral mit diesem ausgebildet ist. Diese Ausbildung ist durch geringen Bauraumbedarf sowohl in axialer als auch radialer Richtung charakterisiert.
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In einer ersten Variante dieser ersten Ausbildung ist die Planetenradvorrichtung der Getriebestufe als einfache Planetenradstufe ausgebildet, wobei das mit den Planetenrädern der Getriebestufe kämmende Zahnrad von einem Hohlrad der Planetenradstufe gebildet ist. Diese erlaubt ausreichende Übersetzungen zwischen Überlagerungsgetriebe und Abtrieb ins Schnelle und damit die Bereitstellung kleiner Momente am Abtrieb bei gleichzeitig kompakter Bauweise in radialer und axialer Richtung. Der Einsatz einfacher Planetenradsätze in der nachgeordneten Getriebestufe erlaubt ferner die Verwendung standardisierter vorgefertigter Planetenradsätze. Diese Lösung bietet neben Bauraumvorteilen auch erhebliche Kostenvortei le.
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In einer zweiten Variante ist die hydrodynamisch-mechanische Kraftübertragungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradvorrichtung der Getriebestufe als Stufenplanetenradsatz ausgebildet ist. Dieser umfasst dabei erste und zweite als Stufenplanetenräder ausgebildete Planetenräder mit unterschiedlichen Verzahnungsdurchmessern, wobei das mit dem Ausgang des Überlagerungsgetriebes verbundene Zahnrad der Planetenradvorrichtung der Getriebestufe mit den ersten Stufenplanetenrädern kämmend ausgebildet ist, und das Sonnenrad der Planetenradvorrichtung der Getriebestufe mit den zweiten Stufenplanetenrädern kämmend ausgebildet ist.
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Je nach Ausbildung des mit dem Ausgang des Überlagerungsgetriebes verbundenen Zahnrades der Planetenradvorrichtung als Hohlrad oder Sonnenrad und des mit dem Abtrieb verbundenen oder diesen bildenden Zahnrades als Sonnenrad können durch die Abstufung und die Einleitung des Momentes in die Getriebestufe über das Hohlrad auf der Ausgangsseite der Getriebestufe mit immer noch relativ kompaktem Aufbau kleine Drehzahlen und große Momente erreicht werden. Eine erste Unterausbildung, bei welchem das mit dem Ausgang des Überlagerungsgetriebes verbundene und mit den ersten Planetenrädern kämmende Zahnrad der Planetenradvorrichtung der Getriebestufe von einem Hohlrad gebildet wird, erlaubt größere Übersetzungen als eine Ausführung gemäß einer zweiten Untervariante, bei welchem das mit dem Ausgang des Überlagerungsgetriebes verbundene und mit den ersten Stufenplanetenrädern kämmende Zahnrad der Planetenradvorrichtung der Getriebestufe von einem Sonnenrad gebildet wird.
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Erlauben die Ausbildungen der Getriebestufe als Planetenradvorrichtung in radialer und axialer Richtung sehr kompakte Baueinheiten mit Möglichkeit zur Realisierung großer Übersetzungen, umfasst bei gewünschter exzentrischer Anordnung zwischen Eingang und Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung die zusätzliche Getriebestufe in einer zweiten Variante zumindest eine Stirnradstufe. Bereits mit Ausbildung der Stirnradstufe als einstufige Stirnradstufe, deren Eingang mit dem Überlagerungsgetriebe verbunden ist und deren Ausgang mit dem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung gekoppelt ist oder diesen bildet, können sehr große Übersetzungsverhältnisse erzielt werden. Diese können bei begrenztem zur Verfügung stehendem Bauraum in radialer Richtung durch Ausbildung als mehrstufige Stirnradstufe, deren Eingang mit dem Überlagerungsgetriebe verbunden ist und deren Ausgang mit dem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung gekoppelt ist oder diesen bildet, noch vergrößert werden.
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Wie bereits ausgeführt, können die einzelnen Komponenten jeweils als Module vorliegen und baukastenartig zusammengefügt werden. Dies gilt insbesondere für Wandler und Überlagerungsgetriebe der Grundgetriebekonfiguration sowie auch für die zusätzliche Getriebestufe. Dabei kann die Grundgetriebekonfiguration aus den modularen Einheiten Wandler und Überlagerungsgetriebe zusammengesetzt werden oder aber die gesamte Grundkonfiguration bereits als vormontierte Einheit angeboten werden. Die Ausbildung und der Zusammenbau aus vorgefertigten und nach Möglichkeit standardisierten modularen Einheiten bietet den Vorteil der Reduzierung der Teilevielfalt bei gleichzeitiger Variantenvielfalt der Kraftübertragungsvorrichtung.
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Der hydrodynamische Wandler kann verschiedenartig ausgebildet sein, ist jedoch vorzugsweise als Stellwandler umfassend zumindest ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und zumindest ein Leitrad, wobei vorzugsweise eines der Räder verstellbare Schaufeln oder Schaufelsegmente aufweist, ausgebildet. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung sind am Leitrad Stellschaufeln vorgesehen, wodurch ein verbesserter Wirkungsgrad und eine Kennfeldspreizung erzielbar sind. Die erfindungsgemäße Lösung mit Verstellung zumindest einzelner Stellschaufeln und/oder verstellbarer Schaufelsegmente bietet den Vorteil der Regelbarkeit der Aufnahmeleistung und einer Vergrößerung des möglichen Betriebsbereiches des Wandlers innerhalb der Kraftübertragungsvorrichtung.
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Der Wandler der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung ist als Gleichlaufwandler ausgeführt. In diesem Fall laufen Pumpenrad und Turbinenrad gleichsinnig um und ermöglichen die einfache Anbindung des Überlagerungsgetriebes in der beschriebenen Weise.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer Kraftübertragungsvorrichtung;
- 2 zeigt eine Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 1 mit nachgeordneter Getriebestufe in Form eines einfachen Planetenradsatzes;
- 3 zeigt eine Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 1 mit nachgeordneter Getriebestufe mit einstufigem Stufenplaneten;
- 4 zeigt eine Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 3 mit nachgeordneter Getriebestufe mit alternativer Ausführung eines einstufigen Stufenplaneten;
- 5 zeigt eine Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 1 mit nachgeordneter Getriebestufe mit einfacher Stirnradstufe;
- 6 zeigt eine Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 1 mit nachgeordneter Getriebestufe mit mehrstufiger Stirnradstufe;
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Die 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß ausgeführten hydrodynamisch-mechanischen Kraftübertragungsvorrichtung 1, nachfolgend kurz als Kraftübertragungsvorrichtung bezeichnet zum Übertragen von Leistung von einer Antriebsmaschine 2 zu einer anzutreibenden Maschine, insbesondere Arbeitsmaschine 3. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 umfasst zumindest einen Eingang zum Einleiten von Drehmoment und zumindest einen Ausgang. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist insbesondere ausgebildet, geeignet zu sein, Leistung von einer Antriebsmaschine 2 mit konstanter Drehzahl zu einer mit variablen Drehzahl betreibbaren Arbeitsmaschine 3 zu übertragen. Der Eingang ist dazu als Eingangswelle E zum wenigstens mittelbaren Verbinden mit der Antriebsmaschine 2 ausgebildet. Der Ausgang wird von einer Ausgangswelle A zum wenigstens mittelbaren Verbinden mit einer Arbeitsmaschine 3 gebildet. Unter einer wenigstens mittelbaren Verbindung wird dabei sowohl die direkte Verbindung als auch eine Verbindung über weitere zwischengeordnete Komponenten, wobei darunter auch Einrichtungen zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung fallen können, verstanden.
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Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 umfasst einen hydrodynamischen Drehzahl-/ Drehmomentwandler, nachfolgend kurz hydrodynamischer Wandler 4 genannt, und ein Überlagerungsgetriebe 5 sowie eine zwischen Überlagerungsgetriebe 5 und Ausgang A angeordnete Getriebestufe 6 zur Anpassung an unterschiedlich erforderliche Übersetzungsverhältnisse und/oder Einbausituationen. Der hydrodynamische Wandler 4, das Überlagerungsgetriebe 5 und die Getriebestufe 6 sind in axialer Richtung zwischen Eingangswelle E und Ausgangswelle A betrachtet einander nachgeordnet.
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Das Überlagerungsgetriebe 5 weist dazu einen Eingang 12 und einen Ausgang 13 auf. Der Eingang 12 des Überlagerungsgetriebes 5 ist mit dem Wandler 4 und dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 1 gekoppelt. Der Ausgang 13 des Überlagerungsgetriebes 5 ist mit einem Eingang 14 der Getriebestufe 6 verbunden. Der Ausgang 15 der Getriebestufe 6 ist mit dem Ausgang bzw. der Ausgangswelle A der Kraftübertragungsvorrichtung gekoppelt oder bildet diese.
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Eingangswelle E und Ausgangswelle A der Kraftübertragungsvorrichtung 1 können gemäß einer ersten und in der 1 dargestellten Ausführung koaxial zueinander angeordnet sein oder aber exzentrisch.
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Das Überlagerungsgetriebe 5 ist als Planetengetriebe 7 ausgebildet, umfassend zumindest ein Hohlrad 8, ein Sonnenrad 9 und einen die Planetenräder 10 tragenden Planetenträger bzw. Steg 11. Die Planetenräder 10 sind drehbar am Steg 11 gelagert. Die Lagerung kann derart erfolgen, dass der Steg 12 feststehende Planetenradbolzen 22 aufweist und die Planetenräder 10 drehbar auf diesen gelagert sind. Eine alternative Ausbildung besteht in einer drehbaren Lagerung der die Planetenräder 10 drehfest tragenden Planetenradbolzen 22.
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Der hydrodynamische Wandler 4 umfasst zumindest ein Pumpenrad P, ein Turbinenrad T und ein Leitrad L.
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Der Wandler 4 ist als einphasiger hydrodynamischer Wandler beziehungsweise Gleichlaufwandler ausgeführt, das heißt, das Pumpenrad P und das Turbinenrad T laufen gleichsinnig um.
Andere Ausführungen sind ebenfalls denkbar, beispielsweise mehrstufige Wandler.
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Der Wandler 4 ist zur zusätzlichen Veränderung der Kreislaufströmung und damit der Kennlinie als Stellwandler ausgebildet. Dazu umfasst die Beschaufelung zumindest eines der Elemente Pumpenrad P, Turbinenrad T oder Leitrad L eine oder eine Mehrzahl von Stellschaufeln oder verstellbaren Schaufelsegmenten. Im dargestellten Fall ist in besonders vorteilhafter Weise dem Leitrad L eine Verstelleinrichtung 28 zur Schaufelverstellung zugeordnet.
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Der Wandler 4 und das Überlagerungsgetriebe 5 sind in axialer Richtung zwischen Eingang E und Ausgang A betrachtet hintereinander angeordnet. Die weitere Getriebestufe 6 ist dem Überlagerungsgetriebe 5 funktional und in axialer Richtung betrachtet baulich nachgeordnet. Der Wandler 4, das Überlagerungsgetriebe 5 und die Getriebestufe 6 können als vorgefertigte und vorkonfektionierte Module vorgehalten werden und entsprechend den Einsatzerfordernissen miteinander kombiniert werden. Der modulare Aufbau hat den Vorteil, mit möglichst wenigen Grundkomponenten bzw. Baueinheiten unterschiedlichen Einsatzbedingungen schnell und mit geringem Aufwand gerecht werden zu können.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Kopplung des Pumpenrades P des Wandlers 4 mit dem Eingang E und wenigstens mittelbar drehfest mit dem Hohlrad 8 des Planetengetriebes 7, während das Turbinenrad T mit dem Sonnenrad 9 verbunden ist. Der Planetenträger bzw. Steg 11 bildet den Ausgang 13 des Überlagerungsgetriebes 5. Hydrodynamischer Wandler 4 und Planetengetriebe 7 sind koaxial zueinander angeordnet. Die derartig ausgeführte und mit dem Wandler 4 verbundene Koppelstruktur erlaubt die Übertragung großer Leistungen am Ausgang des Überlagerungsgetriebes. Zur Anpassung der Drehzahl bei Kopplung der Kraftübertragungsvorrichtung 1 mit der Arbeitsmaschine 3 bzw. zur Erzielung der erforderlichen Gesamtübersetzung ist dem Überlagerungsgetriebe 5 eine Getriebestufe 6 nachgeordnet. Die Getriebestufe 6 umfasst einen Eingang 14, welcher mit dem Ausgang 13 des Überlagerungsgetriebes 5 verbunden ist sowie einen Ausgang 15, welcher den Ausgang A der Kraftübertragungsvorrichtung 1 bildet oder aber mit diesem verbunden ist.
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Eingang E und Ausgang A der Kraftübertragungsvorrichtung 1 sind wie in der 1 dargestellt, entweder koaxial zueinander angeordnet oder aber exzentrisch. Die konkrete Ausführung erfolgt in Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzfalles.
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Bezüglich der Ausbildung der Getriebestufe 6 besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Werden koaxiale Anordnungen von Eingang E und Ausgang A gefordert, finden vorzugsweise Getriebestufen 6 in Form von Planetenradvorrichtungen Verwendung, welche als einfacher Planetenradsatz oder aber Planetenradstufenanordnungen ausgebildet sein können. Mögliche Ausführungen sind in den 2 bis 4 dargestellt, welche Ausbildungen der Kraftübertragungsvorrichtung 1 wiedergeben. Den dort gezeigten Getriebestufen 6 gemeinsam ist, dass diese eine Planetenradvorrichtung 16 mit zumindest einem feststehenden, insbesondere gestellfesten Steg bzw. Planetenträger 17 und einem Sonnenrad 18, welches den Ausgang 15 der Getriebestufe 6 bildet oder aber mit diesem verbunden ist, umfasst. Der Planetenträger 17 ist dazu entweder ortsfest, insbesondere gestellfest gelagert oder wird alternativ aktiv über eine nicht dargestellte Bremseinrichtung gehalten. Der Eingang 14 der Getriebestufe 6 wird von einem weiteren Element der Planetenradvorrichtung 16 gebildet.
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2 zeigt dabei eine Ausführung der nachgeordneten Getriebestufe 6 als einfacher Planetenradsatz 19, dessen Eingang 14 vom Hohlrad 20 gebildet wird. Die Verbindung zwischen dem Hohlrad 20 der Getriebestufe 6 und dem Planetenträger 11 des Überlagerungsgetriebes 5 wird außerhalb des Außendurchmessers des Überlagerungsgetriebes 5 geführt. Das Sonnenrad 18 ist koaxial zum Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 1 angeordnet und bildet den Ausgang A der Kraftübertragungsvorrichtung 1 oder ist drehfest mit diesem verbunden. Die Planetenräder 21 des Planetenradsatzes 19 der Planetenradvorrichtung 16 kämmen mit dem Hohlrad 20 und dem Sonnenrad 18. Sonnenrad 18 und Hohlrad 20 sind in einer axialen Ebene angeordnet.
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Die 3 und 4 zeigen Ausführungen von Planetenradvorrichtungen 16 mit Stufenplaneten, insbesondere einem Stufenplaneten mit einer Stufung durch Verwendung von sogenannten Stufenplanetenrädern 21.1 und 21.2. Die Stufenplanetenräder 21.1, 21.2 sind vorzugsweise koaxial zueinander am Planetenträger 17 gelagert und können dabei an einem integral ausgebildeten Bauteil mit unterschiedlichen Zahndurchmessern oder aber als einzelne separate Stufenplanetenräder 21.1, 21.2, die miteinander verbunden sind, vorliegen. In diesem Fall sind diese vorzugsweise drehbar auf einem mit dem Planetenträger 17 fest verbundenen oder integral am Planetenträger 17 ausgebildeten Planetenradbolzen 22 gelagert. Denkbar ist es auch, die Stufenplanetenräder 21.1, 21.2 als separate oder miteinander verbundene Zahnräder auszubilden, die auf einem drehbar gelagerten Planetenradbolzen 22 gelagert sind.
Hydrodynamischer Wandler 4 und Überlagerungsgetriebe 5 entsprechen der in der 2 dargestellten Ausführung.
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In der 3 ist die Planetenradvorrichtung 16 der Getriebestufe 6 mit einem einstufigen Stufenplaneten ausgebildet. Der Eingang 14 der Getriebestufe 6 wird von einem Hohlrad 20 gebildet, welches mit ersten Stufenplanetenrädern 21.1 kämmt. Die ersten Stufenplanetenräder 21.1 sind mit den zweiten Stufenplanetenrädern 21.2 gekoppelt, insbesondere über den gemeinsam genutzten und gestellfesten Planetenträger 17. Der Ausgang 15 wird von einem Sonnenrad 18 gebildet, welches mit den zweiten Stufenplanetenrädern 21.2 kämmt. Die ersten Stufenplanetenräder 21.1 weisen einen kleineren Verzahnungsdurchmesser auf als die zweiten Stufenplanetenräder 21.2. Dadurch wird eine Übersetzung ins Langsamere erreicht. Über die Wahl der Verzahnungsdurchmesser der Stufenplanetenräder 21.1, 21.2 ist das gewünschte Übersetzungsverhältnis einstellbar.
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4 zeigt eine gegenüber den Ausführungen in den 2 und 3 alternative Ausführung einer Getriebestufe 6. Die Planetenradvorrichtung 16 umfasst auch hier einen Stufenplaneten mit ersten und zweiten Stufenplanetenrädern 21.1, 21.2 mit gemeinsamer Lagerachse. Gegenüber der Ausbildung in 3 wird der Eingang 14 der Getriebestufe 16 von einem Sonnenrad 23 gebildet und der Ausgang von einem mit den zweiten Stufenplanetenrädern 21.2 kämmenden Sonnenrad 18. Durch das Feststellen des Planetenträgers
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Die 5 und 6 zeigen demgegenüber Ausbildungen der Kraftübertragungsvorrichtung 1 mit Getriebestufen 6 in Form von Stirnradstufen, wobei diese hauptsächlich für Anwendungen mit gefordertem Versatz zwischen Eingang E und Ausgang A zum Einsatz gelangen.
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5 zeigt eine einfache Stirnradstufe 25, welche eine gerade Anzahl, insbesondere zwei Stirnräder 26 und 27 umfasst, welche miteinander kämmen. Dabei bildet das Stirnrad 26 den Eingang 14 der Getriebestufe 6 oder ist mit diesem verbunden und das Stirnrad 27 den Ausgang 15 der Getriebestufe 6 oder ist mit diesem verbunden. Diese Art der Getriebestufe 6 baut sehr kompakt in axialer Richtung. Um jedoch ein großes Übersetzungsverhältnis mit dieser Ausführung zu erzielen, muss das Stirnrad 26 mit entsprechend großem Durchmesser ausgebildet werden.
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Um den Bauraum in radialer Richtung möglichst kompakt zu halten, wird gemäß 6 eine Ausbildung der Getriebestufe 6 als Stirnradgetriebe 29 mit zwei hintereinander geschalteten Stirnradstufen 30 und 31 vorgeschlagen, wobei der Ausgang 32 der ersten Stirnradstufe 30 mit dem Eingang 33 der zweiten Stirnradstufe 31 verbunden ist und diese koaxial zueinander angeordnet sind. Die erste Stirnradstufe 30 umfasst dabei ein erstes Stirnrad 36, welches den Eingang 34 der ersten Stirnradstufe und damit auch den Eingang 14 der Getriebestufe 6 bildet. Dieses kämmt mit einem Stirnrad 37, welches den Ausgang 32 der ersten Stirnradstufe 30 bildet. Der Ausgang 37 ist mit dem Eingang 33 der zweiten Stirnradstufe 31 gekoppelt, Dieser wird von einem ersten Stirnrad 38 gebildet. Beide Stirnräder 37 und 38 sind auf einer gemeinsamen Welle gelagert. Der Ausgang 15 der Getriebestufe 6 wird vom Zahnrad 39 der zweiten Stirnradstufe 31 gebildet und ist auf der Ausgangswelle A gelagert.
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Bezüglich der in für die Ausführung gemäß der 1 bis 6 auszubildenden Stellvorrichtungen 28 für die Beschaufelung des Wandlers 4 besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese können in unterschiedlichster Art und Weise ausgeführt sein und unterscheiden sich hinsichtlich der Umsetzung einer Mehrzahl von Teilfunktionen, zu denen die Art der Erzeugung der Verstellkraft, die Einleitungsrichtung für die Verstellkraft, die Art der Verstellung der einzelnen Stellschaufel oder des verstellbaren Schaufelsegmentes und die Art der Schaufelansteuerung gehören. Dabei kann hinsichtlich der Ansteuerungsart in zentrale Ansteuerung, d.h. Verstellung aller Stellschaufeln und/oder verstellbaren Schaufelsegmente oder aber der Einzel- oder Gruppenansteuerung der Stellschaufeln und/oder verstellbaren Schaufelsegmente unterschieden werden. Die konkrete Auswahl erfolgt entsprechend den Erfordernissen des Einsatzfalles.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftübertragungsvorrichtung
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Arbeitsmaschine
- 4
- Wandler
- 5
- Überlagerungsgetriebe
- 6
- Getriebestufe
- 7
- Planetengetriebe
- 8
- Hohlrad
- 9
- Sonnenrad
- 10
- Planetenräder
- 11
- Steg, Planetenträger
- 12
- Eingang Überlagerungsgetriebe
- 13
- Ausgang Überlagerungsgetriebe
- 14
- Eingang Getriebestufe
- 15
- Ausgang Getriebestufe
- 16
- Planetenradvorrichtung
- 17
- Planetenträger; Steg
- 18
- Sonnenrad
- 19
- Planetenradsatz
- 20
- Hohlrad
- 21
- Planetenräder
- 21.1, 21.2
- Stufenplanetenzahnrad
- 22
- Planetenradbolzen
- 23
- Sonnenrad
- 25
- Stirnradstufe
- 26
- erstes Stirnrad
- 27
- zweites Stirnrad
- 28
- Stellvorrichtung
- 29
- Stirnradgetriebe
- 30
- Stirnradstufe
- 31
- Stirnradstufe
- 32
- Ausgang erste Stirnradstufe
- 33
- Eingang zweite Stirnradstufe
- 34
- Eingang erste Stirnradstufe
- 35
- Ausgang zweite Stirnradstufe
- 36
- erstes Stirnrad
- 37
- zweites Stirnrad
- 38
- erstes Stirnrad
- 39
- zweites Stirnrad
- E
- Eingang; Eingangswelle der Kraftübertragungsvorrichtung
- A
- Ausgang; Ausgangswelle der Kraftübertragungsvorrichtung
- P
- Pumpenrad
- T
- Turbinenrad
- L
- Leitrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3441877 A1 [0004]
- DE 102008034607 [0004]
- WO 2012143123 A1 [0006]
