DE19757329A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe mit Einwegkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einem hydrostatisch-mechanischen Leistungs­ verzweigungsgetriebe, das aus einer verstellbaren Hydrostateinheit, einem mehrwelligen Summierungsplanetengetriebe mit zwei Eingangswellen und mindestens zwei Ausgangswellen und zugehörigen Stufengetrieben zur Bildung von in Synchronpunkten aneinander anschließenden Schaltbereichen besteht, welche Schaltbereiche mittels Verstellung der aus Hydropumpe und Hydromotor bestehenden Hydrostateinheit durchfahren werden, wobei in den Synchronpunkten die Drehzahlen von mindestens zwei Ausgangswellen gleich sind und eine Kupplung für den neuen Bereich geschlossen und eine Kupplung für den alten Bereich geöffnet wird. Das Stufengetriebe kann sowohl ein Planetengetriebe als auch ein festachsiges Getriebe sein.

Die Gleichheit der Drehzahlen in den Synchronpunkten ist wesentliche Vor­ aussetzung für die Bereichsschaltung. Sie werden durch die Steuerung des Hydrostaten angefahren und sollen möglichst genau angefahren werden. Das aber ist regelungstechnisch schwierig, weil das dafür nötige Ansteuersignal vom Lastzustand abhängig ist, weil die Verstellung des Hydrostaten mittels eines hydraulischen Stellgliedes erfolgt und weil die Genauigkeit der Sen­ soren - auch der Drehzahlsensoren - begrenzt ist und mit der Lebensdauer abnimmt.

Bei der Bereichsschaltung besteht ein weiteres Problem: weil das vom Hy­ drostaten abzugebende Drehmoment vor und nach der Bereichsschaltung wegen des Übersetzungsunterschiedes, und damit auch die Leckölverluste im Hydrostaten verschieden sind, ist zusätzlich eine Leckölkorrektur erforderlich, um ruckfreie Bereichsschaltungen zu ermöglichen. Schaltrucken ist vor allem in den unteren Bereichen störend und schädlich.

Es ist daher Ziel der Erfindung, gattungsgemäße Getriebe so auszugestalten, daß der Synchronzustand genau erreicht werden kann und ein ruckfreies Schalten gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß zwischen zwei Wellen des Summierungsplanetengetriebes eine Einwegkupplung vorgesehen ist.

Durch die an der richtigen Stelle angeordnete Einwegkupplung kann der Synchronlauf erzwungen werden. Dabei macht man sich die Tatsache zu nutze, daß der Synchronpunkt immer von derselben Seite angefahren wird, dank der Einwegkupplung kann er nicht überschritten werden. Das Greifen der Einwegkupplung wird durch Verstellung des Hydrostaten über den Syn­ chronzustand hinaus sichergestellt. Dadurch verspannt sich das Getriebe so, daß sich auch der Unterschied der Leckölverluste vor und nach der Bereichs­ schaltung nicht bemerkbar macht. Bei den Bereichsgrenzen, an denen das Summierungsplanetengetriebe als Block umlauft, ist der Blockumlauf durch Anordnung der Einwegkupplung zwischen zwei Wellen des Summierungs­ planetengetriebes sichergestellt. Bei Verzweigungsgetrieben, die nicht rein hydrostatisch anfahren, ist das an der Grenze zwischen den beiden untersten Bereichen - in denen sich Schaltstöße besonders bemerkbar machen, der Fall.

Je nach baulichen Gegebenheiten ist die Einwegkupplung mit Vorteil ent­ weder zwischen den beiden Eingangswellen bzw mit diesen drehfest ver­ bundenen Gliedern (Anspruch 2) oder zwischen zwei Ausgangswellen bzw mit diesen drehfest verbundenen Gliedern angeordnet (Anspruch 3). Ersteres ist vorteilhaft, wenn die in Frage kommenden Ausgangswellen nach verschie­ denen Seiten aus dem Summierungsplanetengetriebe herausgeführt sind oder wenn die beiden Eingangswellen weiter außen liegen und so für die Montage der Einwegkupplung besser zugänglich sind. Zweiteres im sinngemäß analo­ gen Fall.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann eine weitere Einwegkupp­ lung zwischen einer Ausgangswelle und dem Gehäuse vorgesehen sein, wobei die Einwegkupplung die Drehrichtungsumkehr der jeweiligen Ausgangswelle unterbindet (Anspruch 4). Die zusätzliche Einwegkupplung wirkt an den Be­ reichsgrenzen, an denen gemäß Geschwindigkeitsplan die Ausgangswelle im Synchronpunkt stillsteht. Damit sind bei entsprechender Gangstufung insge­ samt alle weiteren Bereichsgrenzen abgedeckt.

Bei Leistungsverzweigungsgetrieben mit zwei Ausgangswellen mit jeweils mehreren Festrädern, die mit auf einer Getriebeausgangswelle sitzenden und mit schaltbaren Kupplungen mit ihr verbindbaren Losrädern kämmen, steht keine der Ausgangswellen still. Bei solchen Getrieben ist in Weiterführung des Erfindungsgedankens eine weitere Einwegkupplung zwischen zwei von verschiedenen Ausgangswellen aus angetriebenen Losrädern vorgesehen, und zwar so, daß das Losrad für den niedereren Bereich sich nicht schneller als das Losrad für den nächst höheren Bereich drehen kann (Anspruch 5). Damit ist eine weitere Bereichsgrenze abgedeckt.

Schließlich handelt die Erfindung auch von einem Steuerverfahren zur Be­ reichsschaltung in gattungsgemäßen Getrieben. Es besteht in den in Anspruch 6 angegebenen Schritten a), b) und c).

• a) Der Hydrostat etwas über die dem Synchronpunkt entsprechende Stellung hinaus gesteuert wird, wodurch die jeweilige Einwegkupplung aktiviert wird und sich das Getriebe innerlich verspannt,
• b) in diesem verspannten Zustand die Kupplung für den neuen Bereich geschlossen und der Hydrostat entsprechend dem neuen Bereich verstellt wird,
• c) sobald die Verspannung aufgehört hat, die Kupplung für den alten Be­ reich geöffnet wird.

Bei dieser Vorgangsweise wird der Synchronpunkt ohne großen Steuerauf­ wand sicher erreicht und die jeweiligen Bereichsschaltungen können ruckfrei vollzogen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 das Getriebeschema einer ersten Ausführungsform des Erfin­ dungsgegenstandes,

Fig. 2 den Drehzahlplan zu Fig. 1,

Fig. 3 das Getriebeschema einer zweiten Ausführungsform des Erfin­ dungsgegenstandes,

Fig. 4 den Drehzahlplan zu Fig. 3.

Fig. 1: die Motorwelle 1 eines erfindungsgemäßen Getriebes wird von einem Motor 2 angetrieben, der hier als Verbrennungsmotor angedeutet ist. Die Motorwelle treibt über Zahnräder 3, 4 eine Hydrostateinheit 5, die aus einer verstellbaren und aus einer nicht verstellbaren Motor/Pumpe-Einheit besteht, und über Zahnräder 6, 7 eine erste Motorwelle 1 über Zahnräder 10, 11 eine zweite Eingangswelle 12 des Summierungsgetriebes 9 antreibt.

Das Summierungsgetriebe 9 ist ein fünfwelliges Planetengetriebe, mit ersten Planetenrädern 14 und zweiten Planetenrädern 15, die jeweils miteinander kämmen, mit einem ersten Sonnenrad 16 auf der ersten Eingangswelle 8 und einem zweiten Sonnenrad 17, weiters von einem mit dem Zahnrad 11 an­ triebsverbundenen ersten Hohlrad 18 und einem zweiten Hohlrad 19 und schließlich mit einem Steg 20. Eine Ausgangswelle 21 ist mit dem zweiten Hohlrad 19 verbunden, eine zweite Ausgangswelle 22 mit dem zweiten Sonnenrad 17 und eine dritte Ausgangswelle 23 mit dem Steg 20.

Die drei Ausgangswellen 21, 22, 23 werden in ein Bereichsgetriebe geführt, das aus einer ersten Planetenstufe 25 und einer zweiten Planetenstufe 26 besteht. Entsprechend ist ein Sonnenrad 27 der ersten Planetenstufe und ein Sonnen­ rad 28 der zweiten Planetenstufe, ein Hohlrad 29 der ersten Planetenstufe und ein Hohlrad 30 der zweiten Planetenstufe, Planetenräder 32 der ersten Stufe und Planetenräder 33 der zweiten Stufe sowie ein gemeinsamer Steg 31 vor­ handen. Die Hohlräder 29 bzw 30 sind mittels einer ersten Kupplung 34 bzw einer zweiten Kupplung 35 mit dem feststehenden Gehäuse 36 oder einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Teil kuppelbar. Das Sonnenrad 27 der ersten Planetenstufe mit der zweiten Ausgangswelle 22. Die dritte Ausgangswelle 23 ist einfach durch die Planetenstufen hindurchgeführt.

Der beiden Planetenstufen 25, 26 gemeinsame Steg 31 ist unter Bildung eines Kupplungsteiles mit einer Abtriebswelle 40 verbunden. Dieser Kupplungsteil gehört zu einer dritten Kupplung 42 und einer vierten Kupplung 41, wobei die zweite Abtriebswelle 22 mittels der vierten Kupplung 41 mit der Abtriebswel­ le 40, und die dritte Ausgangswelle 23 mittels der dritten Kupplung 42 mit der Abtriebswelle verbindbar ist.

In dem fünfwelligen Summierungsplanetengetriebe 9 sind nun erfindungs­ gemäß zwei Einwegkupplungen vorgesehen: die erste Einwegkupplung kann an drei verschiedenen Stellen vorgesehen sein, entweder als Einwegkupplung 43 zwischen der zweiten Ausgangswelle 22 und der dritten Ausgangswelle 23, oder als Einwegkupplung 44 zwischen der ersten Ausgangswelle 21 und der zweiten Ausgangswelle 22, oder als Einwegkupplung 45 zwischen der ersten Eingangswelle 8 und der zweiten Eingangswelle 12. Die zweite Einwegkupp­ lung 46 ist zwischen dem zweiten Hohlrad 19 bzw. der ersten Ausgangswelle 21 und dem Gehäuse 36 angeordnet.

Die Wirkungsweise dieser Einwegkupplungen wird nun anhand des Drehzahl­ planes in Fig. 2 erläutert. Auf diesem sind über der Geschwindigkeit als Ordinate die Drehzahlen verschiedener Getriebeglieder auf der Abszisse eingetragen, unter der Annahme konstanter Drehzahl des Antriebsmotors 2. Weiters sind die aufeinanderfolgenden Fahrbereiche B1, B2, B3 und B4 sowie die Bereichsgrenzen zwischen diesen G12, G23 und G34 als vertikale Linien eingetragen. Die einzelnen Linienzüge sind in verschiedenem Strich gemäß Legende in Fig. 2 gezeichnet. Da die Drehzahl des Antriebsmotors konstant ist, ist auch die Drehzahl der zweiten Eingangswelle 12 und des ersten Hohl­ rades 18 eine durchlaufende Horizontale. Die Drehzahl der ersten Eingangs­ welle 8 und somit der ersten Sonne 16 ist entsprechend der Aussteuerung des Hydrostaten 5 von maximaler positiver zu maximaler negativer Drehzahl ein Zickzack-Zug, der die Ordinate in jedem Bereich einmal schneidet. Ebensol­ che Züge sind die der drei Ausgangswellen 21, 22, 23 und somit des zweiten Hohlrades 19 der zweiten Sonne 17 und des Steges 20. Auch diese haben an den Bereichsgrenzen Knickpunkte.

Es ist zu erkennen, daß an der Bereichsgrenze G12 in einem Synchronpunkt S12 die Drehzahlen aller Glieder des Summierungsplanetengetriebes 9 mit der gleichen Drehzahl rotieren, also Blockumlauf vorliegt und daß die Kurven al­ ler Glieder des Summierungsplanetengetriebes in diesem Punkt ihr Maximum bzw. ihr Minimum erreicht haben. Dem entnimmt man den erforderlichen Wirkungssinn der jeweiligen Einwegkupplung. So hat etwa die Einwegkupp­ lung 45 zwischen den beiden Eingangswellen dafür zu sorgen, daß sich die erste Eingangswelle 8 nicht schneller drehen kann als die zweite Eingangs­ welle 12 bzw die erste Sonne 16 nicht schneller als das erste Hohlrad 18. Genauso verhält es sich an der Bereichsgrenze G34 in dem Synchronpunkt S34.

An der Bereichsgrenze G23 zwischen zweiten und dritten Bereich wird die Geschwindigkeit des zweiten Hohlrades 19 gleich null, in einem Synchron­ punkt S23. Für die Anordnung der Einwegkupplung 46 die zwischen dem zweiten Hohlrad 19 und dem Gehäuse 36 wirkt bedeutet das, daß sie keine Drehzahlumkehr gestatten kann.

In dem in Fig. 3 abgebildeten Getriebe ist der Antriebsmotor wieder mit 2 bezeichnet und ist mittels der Welle 112 mit dem Getriebe verbunden. Auf dieser sitzt ein Zahnrad 103, das über ein Zahnrad 104 die Pumpenseite A des Hydrostaten 105 antreibt. Dessen Motor B treibt mit durch Verstellen des Hydrostaten variierbarer Drehzahl über Zahnräder 106, 107 eine erste Ein­ gangswelle 108 des Summierungsplanetengetriebes 109. Der Antriebszug vom Zahnrad 103 bis zur ersten Eingangswelle 108 ist der hydrostatische Zweig. Die vom Motor 2 angetriebene Welle 112 bildet die zweite Ein­ gangswelle des Summierungsplanetengetriebes 109. Diese ist drehfest mit einem Steg 120 und einem ersten Hohlrad 118 verbunden. Die erste Ein­ gangswelle 108 ist drehfest mit einer ersten Sonne 117 und einer zweiten Sonne 116 verbunden. Die erste Sonne 117 kämmt mit Planetenrädern 115, die auf dem Steg 120 gelagert sind und ihrerseits mit einem ersten Hohlrad 119 kämmen, das mit der ersten Abtriebswelle 121 drehfest verbunden ist. Die zweite Sonne 116 kämmt mit zweiten Planetenrädern 114, die in einem Pla­ netenträger 123 gelagert sind und ihrerseits mit dem zweiten Hohlrad 118 kämmen. Der Planetenträger 123 ist mit der zweiten Ausgangswelle 122 drehfest verbunden.

Das nachfolgende Bereichsgetriebe besteht aus achsfesten Stirnradstufen. Auf der ersten Ausgangswelle 121 sitzen Festräder 125, 127 die mit Losrädern 126, 128 kämmen. Auf der zweiten Ausgangswelle 122 sitzen Festräder 129, 131, die mit Losrädern 130, 132 kämmen. Diese Losräder sind über Kupplungen 133, 134 mit einer Abtriebswelle 140 verbindbar. Diese treibt über ein Zahnrad 135 das Fahrzeug an.

In diesem Getriebe sind erfindungsgemäß zwei Einwegkupplungen vorge­ sehen, die erste Einwegkupplung 145 zwischen der ersten Eingangswelle 108 und dem Steg 120 des Summierungsplanetengetriebes und die zweite zwi­ schen den Losrädern 128 und 130 auf der Ausgangswelle 140. Die erste Einwegkupplung 145 stellt wieder den Blockumlauf des Summierungs­ planetengetriebes sicher, die zweite wirkt zwischen den aufeinanderfolgenden Bereichen zugeordneten Losrädern. Die Anzahl der Bereiche kann durch Hinzufügung weiterer Paare von Fest- und Losrädern beliebig erhöht werden.

Die Wirkungsweise dieser Einwegkupplungen ist im Drehzahlplan der Fig. 4 erkennbar. In diesem sind die Drehzahlen der verschiedenen Wellen wieder gemäß der in Fig. 4 angegebenen Strichart eingezeichnet. Ebenso die Bereiche B1, B2, B3 und B4 sowie die Bereichsgrenzen G12, G23 und G34.

In diesem Drehzahlplan ist zu erkennen, daß in den Bereichsgrenzen G12 und G34 die erste (121) und die zweite (122) Ausgangswelle Drehzahlgleichheit erreichen, also Synchronpunkte S12, S34, in denen die eine Welle ihr Dreh­ zahlmaximum und die andere ihr Drehzahlminimum erreicht. Gleiche Dreh­ zahl bedeutet Blockumlauf des Summierungsplanetengetriebes 109. In diesen beiden Synchronpunkten S12 und S34 stellt die Einwegkupplung 145 den Blockumlauf sicher. An der Bereichsgrenze G23 erreichen die Losräder 128 und 130 gleiche Drehzahlen, die für die eine Welle Maximal- und für die andere Welle Minimaldrehzahl ist. Zwischen diesen beiden Losrädern wirkt die Einwegkupplung 147. Sie stellt hier sicher, daß sich das Losrad 128 für den zweiten Bereich B2 nicht schneller als das Losrad 130 für den dritten Bereich B3 drehen kann.

Die wie anhand der Drehzahlpläne erläutert angeordneten Einwegkupplungen stellen somit den Synchronlauf für die Bereichsschaltungen her, was sowohl bei Reibungskupplungen als auch bei Klauenkupplungen von Vorteil ist. Um sich auch noch eine weitere Wirkung der Einwegskupplungen zunutze zu machen, weist auch das Steuerverfahren eine Besonderheit auf. Beim An­ fahren eines Synchronpunktes wird der Hydrostat über die zu dessen Er­ reichung erforderliche Stellung hinaus ausgesteuert. Damit wird einerseits erreicht, daß die jeweilige Einwegkupplung schnell und sicher greift und außerdem daß im gesamten Getriebe eine Verspannung auftritt, die auch eine ganz kurzzeitige Erhöhung des Hydrostatdruckes verursacht. Dadurch wirkt sich der Druckunterschied zwischen den beiden Bereichen nicht mehr aus. Das bedeutet, daß die aufwendige Leckölmengenkorrektur im Hydrostaten verzichtbar ist.

Insgesamt wird dabei so vorgegangen, daß

• a) der Hydrostat etwas über die dem Synchronpunkt entsprechende Stellung hinaus gesteuert wird, wodurch die jeweilige Einwegkupplung aktiviert wird und sich das Getriebe innerlich verspannt,
• b) in diesem verspannten Zustand die Kupplung für den neuen Bereich ge­ schlossen und der Hydrostat entsprechend dem neuen Bereich verstellt wird,
• c) sobald die Verspannung aufgehört hat, die Kupplung für den alten Be­ reich geöffnet wird.

Claims (6)

1. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, bestehend aus einer verstellbaren Hydrostateinheit (5; 105), einem mehrwelligen Sum­ mierungsplanetengetriebe (9; 109) mit zwei Eingangswellen (8, 12; 108, 112) und mindestens zwei Ausgangswellen (21, 22, 23; 121, 122) und zugehörigen Stufengetrieben (26, 27; 125, 126 bis 131, 132) zur Bildung von in Synchron­ punkten (S12, S23, S34, . . .) aneinander anschließenden Schaltbereichen (B1, B2, B3, B4, . . .), welche mittels Verstellung der aus Hydropumpe und Hydromotor bestehenden Hydrostateinheit durchfahren werden, wobei in den Synchron­ punkten die Drehzahlen von mindestens zwei Ausgangswellen gleich sind und eine Kupplung (34, 35, 41, 42; 133, 134) für den neuen Bereich geschlossen und eine Kupplung für den alten Bereich geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Wellen (8, 12, 21, 22, 22, 23; 108, 112) des Summierungs­ planetengetriebes (9; 109) bzw. mit diesen drehfest verbundenen Teilen eine Einwegkupplung (43, 44, 45; 145) vorgesehen ist.

2. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einwegkupplung (45; 145) zwischen den beiden Eingangs­ wellen (8, 12; 108, 112) beziehungsweise zwischen mit diesen drehfest verbun­ denen Gliedern angeordnet ist.

3. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einwegkupplung (43, 44) zwischen zwei Ausgangswellen (21, 22, 22, 23; 121, 122) beziehungsweise zwischen mit diesen drehfest ver­ bundenen Gliedern angeordnet ist.

4. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine weitere Einwegkupplung (46) zwischen einer Ausgangs­ welle (21) und dem Gehäuse (36) vorgesehen ist, die eine Drehrichtungs­ umkehr der jeweiligen Ausgangswelle unterbindet.

5. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, mit zwei Ausgangs­ wellen (121, 122) mit jeweils mehreren Festrädern (125, 127, 129, 131), die mit auf einer Getriebeausgangswelle (140) sitzenden und mit schaltbaren Kupp­ lungen (133, 134) mit ihr verbindbaren Losrädern (126, 128, 130, 132) kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Einwegkupplung (147) zwischen zwei von verschiedenen Ausgangswellen aus angetriebenen Losrädern (128, 130) vorgesehen ist und so eingesetzt ist, daß das Losrad (128) für den nie­ dereren Bereich sich nicht schneller als das Losrad (130) für den nächst hö­ heren Bereich drehen kann.

6. Verfahren zum Steuern eines hydrostatisch-mechanischen Leistungsver­ zweigungsgetriebes nach Anspruch 1, wobei bei der Schaltung von einem Bereich (B1, B2, B3, B4) in einen benachbarten Bereich die Kupplung für den neuen Bereich geschlossen und dann die Kupplung für den alten Bereich ge­ öffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Hydrostat (5; 105) etwas über die dem Synchronpunkt (S12, S23, S34, . . .) entsprechende Stellung hinaus ausgesteuert wird, wodurch die jeweilige Einwegkupplung (43, 44, 45, 46; 145, 147) aktiviert wird und sich das Getriebe innerlich verspannt,
• b) in diesem verspannten Zustand die Kupplung (34, 35, 41, 42; 133, 134) für den neuen Bereich geschlossen und der Hydrostat (5; 105) entsprechend dem neuen Bereich verstellt wird,
• c) sobald die Verspannung aufgehört hat, die Kupplung für den alten Be­ reich geöffnet wird.