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Stufenlos regelbares hydrostatisches Getriebe mit nachgeschaltetem
mechanischem Wechselgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos regelbares
hydrostatisches Getriebe mit nachgeschaltetem mechanischem Wechselgetriebe, das
mindestens einen kleinen und einen großen Gang aufweist, wobei die beiden Getriebeteile
des hydromechanischen Verbundgetriebes durch einen einzigen Hebel geschaltet werden
können. Unter dem kleinen Gang wird im folgenden die Schaltstufe mit dem größeren
übersetzungsverhältnis und unter dem großen Gang die Schaltstufe mit dem kleineren
übersetzungsverhältnis verstanden.
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Es sind hydromechanische Verbundgetriebe mit Leistungsverzweigung,
d. h. mit zueinander parallelem hydraulischem und mechanischem Zweig, bekannt, bei
denen das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes und die Gänge des
mechanischen Wechselgetriebes durch einen einzigen Stellhebel eingestellt bzw. eingerückt
werden. Dieser Stellhebel ist jedoch nur in einem Sinn bewegbar, wodurch sich die
Notwendigkeit ergibt, die Bewegung des Hebels durch Schalttrommeln, Kurvenbahnen
u. dgl. in zwei Steuerbewegungen, eine für das hydrostatische Getriebe und eine
für das mechanische Wechselgetriebe aufzuteilen. Eine derartige Steuereinrichtung
eines Verbundgetriebes ist aufwendig und durch die Vielzahl der erforderlichen übertragungselemente
störanfällig und schwierig zu justieren. Außerdem ist bei diesen bekannten Einrichtungen
eine oftmals erwünschte individuelle übersetzungsänderung der einzelnen Getriebeteile
nicht möglich.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Bedienung eines Verbundgetriebes
der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln zu ermöglichen, wobei die geschilderten
Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden sind. Zur Lösung dieser Aufgabe ist
erfindungsgemäß der beispielsweise in an sich bekannter Art um zwei zueinander senkrecht
stehende Achsen verschwenkbare Hebel in einem Sinn zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses
des hydrostatischen Getriebes und in einem anderen Sinn zum Einrücken der Gänge
des Wechselgetriebes bewegbar. Durch diese Zuordnung werden alle bewegungsaufteilenden
Mittel, wie Schalttrommeln, Kurvenbahnen u. dgl. vermieden. Überdies erleichtert
diese Zuordnung dem Benutzer das Erkennen der jeweils eingestellten Übersetzungsverhältnisse,
da ein bestimmter Ausschlag des Hebels im einen Sinn ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis
des hydrostatischen Getriebes und ein bestimmter Ausschlag des Hebels im anderen
Sinn eine bestimmte Gangstufe kennzeichnet. Schließlich läßt sich eine individuelle
Einstellung des Übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Getriebes und das
Einrücken eines beliebigen Ganges unabhängig voneinander ermöglichen. In der Praxis
kann es jedoch vorteilhaft sein, dieser Freizügigkeit gewisse Beschränkungen aufzuerlegen,
beispielsweise um eine Überlastung des Getriebes oder der Antriebsmaschine zu vermeiden.
Zu diesem Zweck sind nach einem Vorschlag der Erfindung Anschläge für den Hebel
vorgesehen, die eine Bewegung desselben im Sinne einer Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses
des hydrostatischen Getriebes über einen bestimmten Wert bei eingerücktem großem
Gang des Wechselgetriebes verhindern.
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Um ein einwandfreies Schalten der Gänge des Wechselgetriebes zu ermöglichen,
ist eine gewisse Synchronisierung wünschenswert. Zu diesem Zweck kann der Stellhebel
in einer Kulisse geführt werden, die bei zweistufigem Wechselgetriebe zwei parallele
Strecken aufweist, von denen die eine dem kleinen und die andere dem großen Gang
zugeordnet ist und wobei eine Verschiebung des Hebels entlang dieser Strecken lediglich
eine Veränderung des übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Getriebes bewirkt,
und eine Querverbindung zwischen den beiden parallelen Strecken, wobei eine Verschiebung
des Hebels entlang dieser Strecke einen Gangwechsel im Wechselgetriebe und eine
Änderung des übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Getriebes hervorruft,
die im umgekehrten Verhältnis zu dem im
Wechselgetiebe durch den
Gangwechsel bewirkten Übersetzungssprung steht.
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Der Hebel ist vorzugsweise, wie erwähnt, um zwei zueinander senkrecht
stehende Achsen verschwenkbar. Es sind aber auch Bewegungen des Hebels in anderer
Form möglich, beispielsweise indem der Hebel um seine Längsachse drehbar und unabhängig
davon in seiner Längsrichtung verschiebbar ausgebildet wird, wobei. eine Verschiebung
des Stellhebels entlang dieser Strecken lediglich eine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
des hydrostatischen Getriebes bewirkt, und eine Querverbindung zwischen den beiden
parallelen Strecken, wobei eine Verschiebung des Hebels entlang dieser Strecke einen
Gangwechsel des Wechselgetriebes und eine solche Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
des hydrotstatischen Getriebes hervorruft, daß die Drehzahl des Getriebemotors unter
Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des einzurückenden Ganges der Drehzahl
der Last in etwa entspricht.
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Zur Erfüllung seiner Aufgabe ist der Hebel vorzugsweise um zwei zueinander
senkrecht stehende Achsen verschwenkbar. Es sind aber auch Bewegungen des Hebels
in anderem Sinn möglich, beispielsweise, indem der Hebel um seine Längsachse drehbar
und unabhängig davon in seiner Längsrichtung verschiebbar ausgebildet wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, angewandt auf einen Kraftfahrzeugantrieb,
wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht
auf diese Ausführung und auch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt. Vielmehr
läßt sich die Erfindung auch mit Vorteil auf anderen Gebieten, insbesondere auf
dem Gebiet der Hebezeuge, verwenden. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung
des Getriebes, F i g. 2 eine Darstellung der Kulisse für den Schalthebel und F i
g. 3, 4 und 5 schematische Darstellungen des Schalthebels in verschiedenen Stellungen.
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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Anwendung in Kraftfahrzeugen
gedacht, um die Anfriebsleitung von der Fahrzeugmaschine auf die Räder zu übertragen.
Die Fahrzeugmaschine 1 treibt eine umsteuerbare hydrostatische Pumpe 2 mit veränderlicher
Fördermenge an, die über hydraulische Leitungen 3 mit einem hydraulischen Motor
4 mit unveränderlichem Schluckvermögen verbunden ist. Der Motor 4 ist an ein mechanisches
Wechselgetriebe 5 angeflanscht und treibt die Getriebeeingangswelle 6 desselben
an. Die Welle 6 trägt lose zwei Zahnräder 7 und 8, die durch eine hydraulische Kupplung
9 alternativ mit der Welle 6 drehfest verbunden werden können. Die Kupplung 9 wird
durch hydraulische Druckflüssigkeit betätigt, die durch die eine oder die andere
der Leitungen 11 und 12 zugeführt wird, um das Zahnrad 7 oder 8 mit der Welle 6
zu verbinden. Die Zahnräder 7 und 8 stehen in ständigem Eingriff mit Gegenzahnrädern
13 und 14, die drehfest auf der Getriebeausgangswelle 15 angeordnet sind.
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Zur Regelung der Zuführung der Druckflüssigkeit zu der Leitung 11
oder 12 ist ein Ventil 16 vorgesehen, das im einzelnen in F i g. 3 bis 5 gezeigt
ist. Das Ventil 16 enthält einen Schieber 17, der durch eine Feder 20 nach
außen gedrückt wird und entweder eine innere oder eine äußere Stellung einnehmen
kann, wodurch Druckflüssigkeit entweder der Leitung 11 oder der Leitung 12 zugeführt
wird. Dem Ventil 16 wird Druckflüssigkeit durch die Leitung 28 zugeführt und der
Rückfluß gelangt durch eine Leitung 29 zu einem Reservoir. Die Druckflüssigkeit
kann von einer Niederdruck-Füllpumpe stammen, die dazu dient, das hydraulische Getriebe
gefüllt zu halten. Der Schieber 17 wird durch einen Stellhebel 19 in die eine oder
die andere Endlage gebracht. Der Hebel 19 ist in einer Gabel 21 mittels eines Drehzapfens
23 drehbar gelagert. Die Gabel 21 ist ihrerseits drehbar in einem Träger 22 gelagert.
Die Drehachsen des Zapfens 23 und der Gabel 21 stehen zueinander senkrecht. Der
Arm 18 des Hebels 19 ist so bemessen, daß er über den ganzen Bewegungsbereich des
Hebels 19 an dem Schieber 17 anliegt. Eine Bewegung des Hebels 19 um die Drehachse
der Gabel 21 verursacht keine Verschiebung des Schiebers 17. Bei einer Bewegung
des Hebels 19 um die Achse des Zapfens 23 jedoch wird der Schieber 17 verschoben.
Der Hebel 19 ist in einem Schlitz 24 einer Kulisse 25 geführt. Die Form des Schlitzes
24 ist aus F i g. 2 ersichtlich. Der Hebel 19 ist außerdem mit der Regelstange
26 der Pumpe 2 verbunden, deren Fördermenge durch Längsverschiebung der Stange 26
veränderbar ist. Die Länge der Stange 26 ist in bezug auf die Drehachsen des Hebels
19 so gewählt, daß eine Verschiebung der Stange 26 im wesentlichen nur bei Verschwenken
des Hebels 19 um die Achse der Gabel 21 eintritt.
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Die Form des Schlitzes 24 bestimmt die Wirkungsweise des Getriebes.
Der Schlitz besteht aus einer Mehrzahl von geraden Strecken, die sich schneiden
und die der Einfachheit halber durch Buchstaben an den Enden des Schlitzes und an
den Schnittpunkten der Strecken definiert sind. Der mittlere gerade Bereich der
Strecke B-B. ist so angeordnet, daß eine Bewegung des Hebels entlang dieser Strecke
eine Verschwenkung desselben um die Achse der Gabel 21 verursacht, wodurch die Fördermenge
der Pumpe 2 durch Verschieben der Stange 26 verändert wird, ohne jedoch den Schieber
17 zu verschieben. In: der Mitte A der Strecke B-Bi ist die Stange 26 in
der Stellung Fördermenge Null, wodurch der Motor 4 gegen Drehung gesperrt ist. In
dieser Stellung befindet sich der Schieber 17 in seiner inneren Endstellung (F i
g. 3), in der Druckflüssigkeit der Leitung 12 zugeführt wird, wodurch die Kupplung
9 das Zahnrad 8 mit der Welle 6 verbindet. Die Getriebestufe 8, 14 bildet den kleinen
Gang des Wechselgetriebes 5, die Getriebestufe 7, 13 den großen Gang. Demnach kann
in der Mittelstellung A des Hebels 19 nur der kleine Gang des Getriebes 5 eingerückt
sein. Eine Bewegung des Hebels 19 von A nach B verursacht eine Erhöhung
der Pumpenfördermenge und damit eine Erhöhung der Drehzahl der Welle 6. In der Stellung
B ist der Hebel 19 in einer Lage, die der maximalen Fördermenge der Pumpe 2 in Vorwärtsfahrtrichtung
entspricht, wodurch das kleinste Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes
und damit die höchstmögliche Drehzahl der Getriebeausgangswelle 15 im kleinen Gang
erreicht ist. Zur weiteren Erhöhung der Vorwärtsfahrtgeschwindigkeit wird der Hebel
19 entlang der Strecke B-C verschoben, die rechtwinklig von der Strecke A-B
ausgeht. Dabei wird der Schieber 17 so weit nach auswärts bewegt, daß im Punkt C
(s. F i g. 4) beide Leitungen 11 und 12 mit der Rücklaufleitung 29 verbunden
sind,
während die Zufuhrleitung 28 vollständig geschlossen ist, mit der Folge, daß beide
Zahnräder 7 und 8 von der Welle 6 abgekuppelt sind. Dann wird der Hebel 19 entlang
der Strecke C-D verschoben, die schräg zu der Strecke A-B verläuft. Diese Verschiebung
ruft eine Drehung des Hebels 19 gleichzeitig um die Achsen der Gabel 21 und des
Zapfens 23 hervor und verursacht eine Verringerung der Pumpenfördermenge und gleichzeitig
eine Auswärtsbewegung des Schiebers 17. Im Punkt D ist der Schieber 17 in einer
solchen Lage, daß eine kleine weitere Auswärtsbewegung die Zufuhr von Druckflüssigkeit
aus der Leitung 28 in die Leitung 11 zur Folge hat. Gleichzeitig hat der Hebel 19
im Punkt D die Fördermenge der Pumpe 2 im umgekehrten Verhältnis zu dem Übersetzungssprung
vom kleinen zum großen Gang des Wechselgetriebes 5 verringert. Hat beispielsweise
der kleine Gang ein übersetzungsverhältnis von 3,5: 1 und der große Gang ein solches
von 1: 1, so ergibt eine Bewegung des Hebels 19 von C nach D eine Verringerung der
Pumpenfördermenge im Verhältnis von 1: 3,5.
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Die Bewegung des Hebels 19 entlang der Strecke D-E bewirkt keine Änderung
der Pumpenfördermenge, sondern lediglich eine Auswärtsbewegung des Schiebers 17.
Dies hat zur Folge, daß der Leitung 11 Druckflüssigkeit zugeführt wird, wodurch
die Kupplung 9 derart betätigt wird, daß sie das Zahnrad 7 mit der Welle 6 verbindet.
Da die Fördermenge der Pumpe 2 im Punkt E im obenerwähnten Verhältnis gegenüber
ihrem Wert im Punkt B verringert ist, läuft die Welle 6 beim Einrücken der Kupplung
9 im wesentlichen mit der gleichen Drehzahl um wie das Zahnrad 7, vorausgesetzt,
daß sich während des Verschiebens des Hebels 19 von C nach D die Fahrgeschwindigkeit
nicht wesentlich geändert hat, was kaum zu befürchten ist, da die Bewegung des Hebels
19 von C nach D in sehr kurzer Zeit erfolgen kann. Die Strecke E-F des Schlitzes
24 erstreckt sich wieder parallel zur Strecke A-B und eine Bewegung des Hebels 19
von E nach F verschiebt die Regelstange 26 im Sinne einer Vergrößerung der Pumpenfördermenge,
ohne den Schieber 17 zu bewegen. Wenn der Hebel 19 den Punkt F erreicht hat, ist
die Pumpenfördermenge wieder auf ihrem Höchstwert. In dieser Stellung des Hebels
19 läuft die Getriebeausgangswelle 15 somit mit höchster Drehzahl um.
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Für Rückwärtsfahrt wird der Hebel von der Stelle A nach F, bewegt.
Die Auswirkungen der Verschiebung des Hebels 19 entlang den Strecken A-Bi Ci-Di-Ei-Fi
auf die Pumpenfördermenge, das Getriebe 5 und das Ventil 16 sind genau dieselben
wie vorstehend in bezug auf die Strecken A-B-C-D-E-F beschrieben mit dem einzigen
Unterschied, daß die Förderrichtung der Pumpe 2 und damit die Fahrtrichtung umgekehrt
ist.
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Die Stellen E und Ei liegen nicht auf gleicher Höhe mit der Stelle
A und bilden dadurch Anschläge für den Hebel 19, die die Verschwenkung des Hebels
19 im großen Gang um die Achse der Gabel 21 derart begrenzen, daß die Pumpenfördermenge
nicht unter einen bestimmten Kleinstwert verringert werden kann. Dadurch wird verhindert,
daß das Getriebe übermäßig belastet wird. Durch den zickzackförmigen Verlauf des
Schlitzes 24 wird ein großer Verstellweg für den Hebel 19 und damit eine feinfühlige
Regelung bei geringem Platzbedarf ermöglicht.