DE10258904A1

DE10258904A1 - Schwingungs- und geräuschgedämpftes stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe

Info

Publication number: DE10258904A1
Application number: DE2002158904
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Sahl; Andreas Dipl.-Ing. Thiel
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Es wird ein stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) gezeigt, bei dem ein Leistungsfluss aufgeteilt wird in zwei Leistungsflüsse, von denen einer über einen stufenlosen Wandler (4) fließt und beide Leistungsflüsse in einem Summationsgetriebe (3) wieder aufsummiert werden. Dabei umfasst das stufenlose Leistungsverzweigungsgetriebe (1) in einer Übertragungsstrecke zwischen dem Wandler (4) und dem Summationsgetriebe (3) wenigstens ein schwingungsdämpfendes Dämpfungselement (23; 24).

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe, bei dem ein Leistungsfluss aufgeteilt wird in zwei Leistungsflüsse, von denen einer über einen stufenlosen Wandler fließt und beide Leistungsflüsse in einem Summationsgetriebe wieder aufsummiert werden. Solche Leistungsverzweigungsgetriebe sind aus landwirtschaftlichen Kraftmaschinen, insbesondere Traktoren, bekannt.

Ein grundlegendes Problem stufenloser Leistungsverzweigungsgetriebe ist deren vergleichsweise große Geräuschentwicklung, was sie unattraktiv für den Einsatz in Personenkraftwagen und Omnibussen macht. Man ist daher schon seit längerer Zeit bemüht, die Geräuschentwicklung stufenloser Leistungsverzweigungsgetriebe zu reduzieren. So wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 38 43 272 A1 vorgeschlagen, spezielle geräusch- und schwingungsmindernde Elemente zwischen einem Gehäuse des stufenlosen Wandlers und einem Gesamtgehäuse des Leistungsverzweigungsgetriebes vorzusehen, um den stufenlosen Wandler und das Gesamtgehäuse schwingungsmechanisch voneinander zu isolieren.

Dagegen wird in der WO 92/01176 das Gehäuse des stufenlosen Wandlers von quer zu einer Antriebswelle verlaufenden Stangen getragen, die im Gesamtgehäuse eingesetzt sind. Die Stangen verfügen endseitig über in Durchgangsbohrungen des Gesamtgehäuses des Leistungsverzweigungsgetriebes eingesetzte ringförmige, körperschallentkoppelnde Dämpfungselemente und sind fest mit dem Gehäuse des stufenlosen Wandlers verbunden.

Im Stand der Technik werden jedoch zur Schwingungs- und Geräuschminderung stets statische Bauelemente, wie z. B. das Gehäuse des stufenlosen Wandlers und das Gesamtgehäuse des Leistungsverzweigungsgetriebes, mittels Dämpfungselementen voneinander isoliert. Dagegen bleibt die Anbindung des stufenlosen Wandlers an das Summationsgetriebe unberücksichtigt. Aufgrund der Hin- und Herbewegung von axial orientierten Hydraulikkolben des stufenlosen Wandlers werden im Wandler jedoch Schwingungen in axialer Richtung erzeugt, die darüber hinaus die für die Geräuschentwicklung des stufenlosen Wandlers dominanten Schwingungen sind. Bei allen bekannten Getrieben werden diese axialen Schwingungen und damit auch Körperschall ungedämpft in axialer Richtung übertragen. Aus diesem Grund haben die im Stand der Technik vorgesehenen Dämpfungsvorrichtungen nur eine eingeschränkte Wirkung.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe bereit zu stellen, das über eine wirkungsvolle und effektive Schwingungsdämpfung verfügt.

Die Aufgabe wird durch eine stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Im Gegensatz zum Stand der Technik sind beim erfindungsgemäßen Getriebe Dämpfungselemente zwischen beweglichen Bauteilen in der Übertragungsstrecke zwischen dem Wandler und dem Summationsgetriebe vorgesehen. Auf diese Weise werden axial verlaufende Schwingungen abgedämpft. Insgesamt wird dadurch die Schwingungs- und Geräuschentwicklung des stufenlosen Wandlers erheblich reduziert. Darüber hinaus wird in Folge der reduzierten Schwingungen Reibung zwischen insbesondere kraftschlüssigen Bauteilen erniedrigt und die Qualität und die Lebensdauer des stufenlosen Wandlers als auch des stufenlosen Leistungsverzweigungsgetriebes, in dem er enthalten ist, erhöht.

Bevorzugterweise handelt es sich bei dem stufenlosen Wandler um einen hydrostatischen Wandler. Bei einem solchen hydrostatischen Wandler werden mittels Taumelscheiben Kolben in Zylindern bewegt und eine Flüssigkeit zwischen den Zylindern umgepumpt, wobei der Kolbenhub und damit der Flüssigkeitsdurchsatz anhand des Neigungswinkels der Taumelscheiben stufenlos einstellbar ist.

Ebenso bevorzugt wird ein Planetengetriebe als Summationsgetriebe eingesetzt.

Bei einer bevorzugten Ausführung greift eine Welle des hydrostatischen Wandlers an einem Hohlrad des Planetengetriebes an, und eines der Dämpfungselemente ist zwischen dem Hohlrad und der Welle vorgesehen. An die Welle ist beispielsweise eine Taumelscheibe des hydrostatischen Wandlers gekoppelt. Infolge des Dämpfungselementes zwischen dem Hohlrad und der Antriebswelle sind das Hohlrad und die Antriebswelle, und damit das Summationsgetriebe und der statische Wandler, schwingungstechnisch voneinander entkoppelt.

Vorteilhafterweise weisen das Hohlrad und die Antriebswelle zur Übertragung eines Drehmoments Verzahnungen auf, über die sie gegenseitig ineinander greifen. Diese Ver zahnungen können wie bei einer Klauenkupplung ausgeführt sein, so dass die Verzahnung des Hohlrades und die Verzahnung der Welle gegeneinander greifen. Über eine solche Klauenverzahnung wird zwar Drehmoment übertragen, aber keine Kraft in axialer Richtung der Welle und damit auch kein Körperschall des hydrostatischen Wandlers, der wie oben gesagt weitgehend auf axiale Schwingbewegungen zurückgeht. Das Dämpfungselement wird dadurch mechanisch entlastet und vor Beschädigungen bewahrt, während gleichzeitig seine Dämpfungswirkung erhöht wird.

Zweckmäßig ist auch, ein Dämpfungselement zwischen einem Sonnenrad des Planetengetriebes und der Welle anzubringen.

Dabei weist die Welle vorteilhafterweise einen Flansch auf, der am Sonnenrad über ein Dämpfungselement abgestützt ist. Eine solche Ausgestaltung erlaubt es, im Wandler auftretende hohe axiale Kräfte aufzufangen und zu kompensieren.

Ebenfalls vorteilhaft ist ein Wälzlager zwischen dem Sonnenrad und dem Flansch der Antriebswelle. Ein Wälzlager vermindert aufgrund der mechanischen Kräfte auftretende Reibungskräfte und erlaubt eine freie Drehung des Sonnenrades gegenüber der Welle bzw. der Welle gegenüber dem Sonnenrad.

Bevorzugt ist der Wandler von einem ersten Gehäuse umschlossen, und das Leistungsverzweigungsgetriebe ist von einem zweiten Gehäuse umschlossen, wobei das zweite Gehäuse auch das erste Gehäuse umschließt.

Dabei sind zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse angeordnete Dämpfungselemente von Vorteil. Sie bewirken eine Schwingungs- und Geräuschdämpfung zwischen den beiden Gehäusen.

Die Dämpfungselemente können aus einem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, oder aus Gummi gefertigt sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1: einen Querschnitt durch ein besonders bevorzugtes stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe;
2: eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes des stufenlosen Leistungsverzweigungsgetriebes aus 1.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen stufenlosen Leistungsverzweigungsgetriebes 1 ist in 1 im Querschnitt dargestellt. Darin sind die wesentlichen Komponenten des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 erkennbar. Alle Komponenten des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 sind innerhalb eines Getriebegehäuses 2 angeordnet und sind von diesem umschlossen. Das Getriebegehäuse 2 wird von einer Zentralwelle 5 durchlaufen. An dieser sind sowohl ein zweistufiges Planetengetriebe 3 als auch ein stufenloser Wandler 4 angeordnet.
Bei dem stufenlosen Wandler 4 handelt es sich um einen hydrostatischen Wandler, auch Hydrostat genannt. Der Hydrostat 4 umfasst zwei Gruppen von parallel zur Zentralwelle 5 orientierten Hydraulikzylindern 7. Eine erste dieser Gruppen ist mit der Zentralwelle 15 fest verbunden und gemeinsam mit dieser drehbar. In den Hydraulikzylindern 7 sind Kolben 8 verschiebbar aufgenommen. Die aus den Hydraulikzylindern 7 ragenden Enden der Kolben 8 be rühren eine Taumelscheibe 9, die nicht mit den Kolben rotiert. Die Taumelscheibe 9 bewirkt in Verbindung mit der Drehung der Zylinder eine Bewegung der Kolben 8 innerhalb der Flüssigkeitszylinder 7, wodurch eine Flüssigkeit zwischen den Zylindern 7 der ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe von Zylindern 7 umgepumpt wird. Diese zweite Gruppe von Zylindern 7 ist fest an einer Hohlwelle 10 montiert, die auf der Zentralwelle 5 aufgezogen und um die Zentralwelle 5 drehbar ausgeführt ist. Die Zylinder der zweiten Gruppe wirken mit einer zweiten Taumelscheibe zusammen und werden von der umgepumpten Hydraulikflüssigkeit drehangetrieben. Die Verkippung der Taumelscheiben bestimmt das Verhältnis der Drehzahlen der zwei Zylindergruppen und ermöglicht einen stufenlosen Schaltvorgang. Der Hydrostat 4 ist von einem Wandlergehäuse 6 umschlossen.
Zwischen dem Wandlergehäuse 6 und dem Getriebegehäuse 2 sind Gummielemente 11 vorgesehen, um die beiden Gehäuse schwingungsmechanisch voneinander zu isolieren. Die Gummielemente 11 tragen somit zur Schalldämmung des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 bei.
Zu einer ersten Stufe des zweistufigen Planetengetriebes 3 gehört ein Hohlrad 14, ein über eine Verzahnung mit der Zentralwelle 5 im Eingriff stehendes Sonnenrad 12 und lange Planetenräder 16. Das Hohlrad 14 ist über einen Verbindungsflansch 19 mit der Hohlwelle 10 des Hydrostaten 4 verbunden. Dies wird weiter unten in der vergrößerten Detaildarstellung der 2 näher erläutert. Zwischen dem Sonnenrad 12 und dem Hohlrad 14 stehen die langen Planetenräder 16 mit beiden im Eingriff und sind an einem Planetenträger um die Zentralwelle 5 drehbar gehalten. Ein auf die Zentralwelle 5 aufgezogenes und um die Zentralwelle 5 drehbar gelagertes Sonnenrad 13 und kurze Planetenräder 15 bilden eine zweite Stufe des Planetenge triebes. Die zwei Stufen sind gekoppelt über die langen Planetenräder 16, die mit den am gleichen Planetenträger gehaltenen kurzen Planetenrädern 15 kämmen. In der ersten Stufe steht der Planetenträger über eine Klauenkupplung 18a mit einem Abtrieb 17 in Verbindung, über den ein vom Leistungsverzweigungsgetriebe 1 gewandeltes Drehmoment abgeführt wird. In der zweiten Stufe steht das Sonnenrad 13, welches über die kurzen Planetenräder 15 angetrieben wird, mit dem Abtrieb 17 über die Klauenkupplung 18b in Verbindung. Die Federn 18 im Kupplungszusammenbau dienen hauptsächlich zum Öffnen der beiden Klauenkupplungen 18a und 18b.
Im Betrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 wird eine von der Zentralwelle 5 eingegebene Leistung zwischen dem Hydrostaten 4 und dem Planetengetriebe 3 aufgeteilt. Im Hydrostaten 4 wird der an den Hydrostaten 4 abgegebene Teil des Leistungsflusses stufenlos umgewandelt. Er wird anschließend an das Planetengetriebe 3 und dort mit dem an das Planetengetriebe 3 abgegebenen Teil des Leistungsflusses vereinigt, um schließlich wieder als ein Leistungsfluss über das Planetengetriebe 3 an den Abtrieb 17 abgegeben und ausgeführt zu werden.
In der vergrößerten Detaildarstellung der 2 ist zu sehen, dass ein zum Planetengetriebe 3 gerichteter Endabschnitt der Hohlwelle 10 in einen Flansch 20 ausläuft. Mit dem Flansch 20 liegt die Hohlwelle 10 am Sonnenrad 12 an, wobei zwischen Sonnenrad 12 und Hohlwelle 10 ein Wälzlager 21 vorgesehen ist. Das Wälzlager 21 weist zwei Lagerringe auf, von denen einer am Sonnenrad 12 und der andere am Flansch 20 der Hohlwelle 10 anliegt und zwischen denen Rollzylinder 22 abrollt. Zwischen dem Wälzlager 21 und dem Flansch 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 23 angeordnet. Das Dämpfungselement 23 ist aus Gummi gefertigt und elastisch. Es fängt axiale Schwingun gen auf, die durch die Taumelscheiben 9 und Hydraulikzylinder 7 des Hydrostaten 4 erzeugt werden, und absorbieren diese.
Mit dem Flansch 20 ist der tiefgezogene Verbindungsteller 19 verbunden, der in einem äußeren Randbereich eine klauenförmige Verzahnung 26 aufweist. Mit dieser klauenförmigen Verzahnung 26 steht er im Eingriff mit Verzahnungen 27 eines Hohlradträgers 25, der wiederum über Verzahnungen 28 mit dem Hohlrad 14 im Eingriff steht und von dem das Hohlrad 14 getragen wird. Der Eingriff der Verzahnungen 27 des Hohlradträgers 25 mit den Verzahnungen 26 des Verbindungstellers 19 ist wie bei den Verzahnungen einer Klauenkupplung ausgebildet.
An der Verbindungsstelle der beiden Verzahnungen 26, 27 ist ein Dämpfungsring 24 vorgesehen, der aus einem elastischen Gummi besteht. Der Dämpfungsring 24 wird entweder zwischen dem Hohlradträger 25 und dem Verbindungsteller 19 eingelegt, er kann aber auch angespritzt oder aufvulkanisiert werden.
Zur Halterung des Hohlrades 14 ist ein von den Klauen des Hohlradträgers hintergriffener Ring 29 zwischen Hohlrad 14 und Hohlradträger 25 vorgesehen, gegen den das Hohlrad 14 durch einen Vorsprung des Dämpfungsrings 24 elastisch angedrückt ist.
Zweck des Dämpfungsringes 24 ist wiederum die Aufnahme axialer Schwingungen, um deren Übertragung vom Hydrostaten 4 auf das Planetengetriebe 3 zu unterbinden. Dies wird durch die elastischen Eigenschaften des Dämpfungsringes 24 gefördert. Durch die gegenseitige Verzahnung 26, 27 des Hohlradträgers 25 mit dem Verbindungsteller 19 in der Art einer Klauenverzahnung werden bei der Übertragung von Drehmomenten vom Planetengetriebe 3 auf den Hydrostaten 4 oder vom Hydrostaten 4 auf das Planetengetriebe 3 Scherkräfte vermieden. Dadurch wird eine mechanische Belastung des Dämpfungsringes 24 reduziert und eine mechanische Beschädigung desselben vermieden.
Alternativ zur dargestellten Ausführung ist möglich, die Hohlwelle 10 mit dem Verbindungsteller 19 einstückig auszubilden, z. B. als ein zusammenhängendes Gussteil oder Drehteil.
Mittels des Dämpfungselementes 23 und des Dämpfungsrings 24 werden beim gezeigten stufenlosen Leistungsverzweigungsgetriebe 1 axial auftretende Schwingungen wirksam aufgefangen und vom Planetengetriebe 3 fern gehalten. Darüber hinaus wird dadurch insbesondere eine Reibung zwischen den kraftschlüssig miteinander wirkenden Teilen Verbindungsteller 19 und Hohlradträger 25 reduziert, wodurch sich die Lebensdauer des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 erhöht und seine Schadensanfälligkeit verringert.

1.: Leistungsverzweigungsgetriebe
2.: Getriebegehäuse
3.: Planetengetriebe
4.: Hydrostat
5.: Zentralwelle
6.: Wandlergehäuse
7.: Flüssigkeitszylinder
8.: Kolben
9.: Taumelscheibe
10.: Hohlwelle
11.: Gummielement
12.: Sonnenrad
13.: Sonnenrad
14.: Hohlrad
15.: kurzes Planetenrad
16.: langes Planetenrad
17.: Abtrieb
18.: Federn
18a/18b: Klauenkupplungen
19.: Verbindungsflansch
20.: Flansch
21.: Wälzlager
22.: Rollzylinder
23.: Dämpfungselement
24.: Dämpfungsring
25.: Hohlradträger
26.: Verzahnung
27.: Verzahnung
28.: Verzahnung
29.: Ring

Claims

Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1), bei dem ein Leistungsfluss aufgeteilt wird in zwei Leistungsflüsse, von denen einer über einen stufenlosen Wandler (4) fließt und beide Leistungsflüsse in einem Summationsgetriebe (3) wieder aufsummiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlose Leistungsverzweigungsgetriebe (1) in einer Übertragungsstrecke zwischen dem Wandler (4) und dem Summationsgetriebe (3) wenigstens ein schwingungsdämpfendes Dämpfungselement (23; 24) umfasst.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stufenlose Wandler (4) ein hydrostatischer Wandler ist.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Summationsgetriebe (3) ein Planetengetriebe ist.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (10) des hydrostatischen Wandlers (4) an einem Hohlrad (14) des Planetengetriebes (3) angreift und eines der Dämpfungselemente (24) zwischen dem Hohlrad (14) und der Welle (10) vorgesehen ist.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (14) und die Welle (10) zur Übertragung eines Drehmoments Verzahnungen (26; 27; 28) auf weisen, über die sie gegenseitig ineinander greifen.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (3) ein Sonnenrad (12) umfasst und ein Dämpfungselement (23) zwischen dem Sonnenrad (12; 13) und der Welle (10) vorgesehen ist.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) einen Flansch (20) aufweist, der am Sonnenrad (12) über ein Dämpfungselement (23) abgestützt ist.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Wälzlager (22) zwischen dem Sonnenrad (12; 13) und dem Flansch (20) der Antriebswelle (10).
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (4) von einem ersten Gehäuse (6) umschlossen ist und das Leistungsverzweigungsgetriebe (1) von einem zweiten Gehäuse (2) umschlossen ist, wobei das zweite Gehäuse (2) auch das erste Gehäuse (6) umschließt.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Dämpfungselemente (11) zwischen dem ersten Gehäuse (6) und dem zweiten Gehäuse (2).
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11; 23; 24) aus einem Kunststoff gefertigt sind.
Stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11; 23; 24) aus Gummi gefertigt sind.