DE2144063C3 - Verbundgetriebe - Google Patents

Description

Bei einem hydrostatisch mechanischen Verbundgetriebe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung (DE-AS 11 85 444) sind einzelne Bestandteile des mechanischen Getriebes mit dem hydrostatischen Teil jeweils drehfest verbunden, um bei Direktgang den Stillstand des Planetenrädergetriebes zu erreichen. Insbesondere ist das Hohlrad des Planetenrädergetriebes als Doppelglocke ausgebildet, die eben zwei Taumelscheiben mit dazwischenliegender Verteilerscheibe aufweisenden Axialkolbenverdränger umschließt Die beiden Taumelscheiben sind bevorzugt gegenläufig eingestellt, jedoch grundsätzlich unabhängig voneinander verstellbar, was den Herstellungsaufwand vergrößert Ungünstig ist dabei, daß die Verstellbarkeit an drehbaren Teilen vorgesehen ist, obgleich die eine (sekundäre) Verdrängereinheit feststehend angeordnet ist
Ferner ist in der DE-PS 8 20 695 ein leistungsverzweigendes hydrostatisch-mechanisches Verbundgetriebe vorgeschlagen worden, dessen hydrostatisches Getriebe an die Koppelwellen von zwei miteinander gekuppelten Umlaufgetrieben angeschlossen ist Dabei beanspruchen die zwei über Kreuz geschalteten Planetenrädergetriebe nicht nur einen verhältnismäßig großen Raumbedarf mit entsprechend vielen Bauteilen, welche die Baugröße der Einheit steigern, sondern setzen auch den Wirkungsgrad aufgrund der vielen kraftübertragenden reibungsbehafteten Übertragungselemente herab.

Auch wird bei diesem bekannten Getriebe nicht immer die volle Antriebsleistung des hydrostatischen Getriebes ausgenutzt, da die Druckmittel-Fördermenge — und damit die Leistung — der hydrostatischen Pumpe variiert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einfachen, wirtschaftlichen Mitteln ein Verbundgetriebe der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die verfügbare Antriebsleistung des hydrostatischen Getriebes optimal nutzbar und eine kontinuierliche Steigerung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle von Null bis zur Drehzahl der Eingangswelle möglich wird, ohne daß eine Änderung der zeitlichen Druckmittel-Fördermenge erforderlich wäre.
Diese Aufgabe wird bei einer oben erwähnten Getriebegattung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist eine gegenüber dem Stand der Technik nicht nur andere, sondern auch sehr vorteilhafte Koppelung der Umlaufelemente des hydrostatischen Getriebes mit dem dreiwelligen Planetenrädergetriebe vorgesehen, indem die Verstellung nur an einem feststehenden Teil (Reaktionselement bzw. Taumelring) der zweiten Verdrängereinheit (Motor) vorzunehmen ist wogegen die Taumelscheibe der ersten Verdrängereinheit (Pumpe) mit der Getriebeeingangswelle und dem Sonnenrad fest verbunden ist, was den konstruktiven Aufbau stark vereinfacht. Das gesamte Verbundgetriebe läßt sich infolgedessen außerordentlich kompakt gestalten, indem die erste Verdrängereinheit (Pumpe) nahe der Ausgangswelle im Inneren des Zahnkranzes untergebracht ist, die zwischen einem Fortsatz der Eingangswelle und dem feststehenden Gehäuse in einem Drucklager gelagert ist und ausgangsseitig an eine Ventilplatte der Getriebeausgangswelle anschließt.

Während der Hub der zweiten, vorzugsweise für höhere Leistung bzw. Drehmomente ausgelegten Verdrängereinheit (Motor) mittels des Stellringes bequem veränderbar ist, bleibt der Hub des ersten Verdrängers konstant; durch Veränderung seiner Drehzahl wird der ganze Variationsbereich des Verbundgetriebes mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt Nach der Erfindung kann man schon bei kleinsten Drehzahlen maximale Anlaufmomente erreichen, ohne daß die Betriebszu-

stände von dem wie erwähnt stets konstanten Hubraum der ersten Verdrängeremheit beeinflußt würden. Am Betätigungsglied des Stellringes können sowohl Handais auch Fernsteuerungen oder auch durch den Druck im hydraulischen Kreis gesteuerte Betätigungsvorrichtungen angebracht v/erden. Insbesondere isi die Eintrittsdrehzahl konstant, die Austrittsdrehzahl von Null bis zu einem Maximum veränderlich und die im zweiten Verdränger auftretende Drehzahl von einem Maximum bis zu einem Teil der Eintrittsdrehzahl veränderlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Deren Figur zeigt eine schematisierte Schnittansicht eines stufenlos einstellbaren leistungsverzweigenden hydrostatisch-mechanischen Getriebes.

Ein Gehäuse 1 enthält hauptsächlich folgende Teile: Eine Getriebeeingangswelle 2; eine Getriebeausgangswelle 3, mit der ein zweites Umlaufelement 4 eines ersten Verdrängers (4,12) fest verbunden ist, welcher in kranzförmiger Anordnung Axialkolben 5 aufweist; ein Körper zweites Umlaufelement 6 eines zweiten Verdrängers (6,14 bis 17) mit kranzförmig angeordneten Axialkolben 7; einen mit der Ausgangswelle 3 fest verbundenen Zahnkranz 8, der mit auf Zapfen 10 gelagerten Planetenrädern 9 und einem mit der Eingangswelle 2 fest verbundenen Sonnenrad 11 ein epizyklisches Getriebe bildet; ein erstes Umlaufelement 12 in Form einer in einem Drucklager 13 gelagerten Taumelscheibe des ersten Verdrängers; ein festes erstes Reaktionselement 14 in Form eines schwenk- bzw. taumelbaren Stellringes mit Drucklager 15; Buchsen 16, in welchen Zapfen des Stellringes 14 drehbar gelagert sind; ein Betätigungsglied 17, z. B. in Form eines Bolzens zur Einstellung der Schwenk- oder Taumellage des Stellringes 14; und einen Druckmittelbehälter 18. Weitere an sich bekannte Bestandteile wie Schrauben, Teile, Lager, Rückschlagventile, Abdichtungsorgane (z. B. O-Ringe) usw. sind einfachheitshalber weggelassen.

Der erste Verdränger 4, 5, 12 wird von der Eingangswelle 2 mit konstantem Hub gesteuert und beaufschlagt eine mit dem Druckmittelbehälter 18 verbundene Saugleitung A sowie eine Druckleitung B, C zu dem mit veränderlichem Hub arbeitenden zweiten Verdränger 6, 7, 14. Dessen Eintrittsseite ist mit der Druckleitung B, C verbunden, während die Austrittsseite über eine Speiseleitung D mit dem Druckmittelbehälter 18 in Verbindung steht

Die Arbeitsweise wird im folgenden anhand der beiden extremen Betriebsfälle erläutert, nämlich einerseits bei gleichem Betriebszustand von Eingangs- und Ausgangswelle und andererseits für den Fall, daß die Eingangswelle mit normaler Drehzahl und Leistung umläuft, während die Ausgangswelle 3 stillsteht; schließlich werden die zwischen den beiden Grenzfällen liegenden Betriebszustände kurz beschrieben.

Beim Anlassen der Eingangswelle 2 mit einer vorbestimmten Leistung und unter der Voraussetzung, daß der Stellring 14 wie gezeichnet senkrecht zur Drehachse der Wellen 2, 3 liegt, beginnt das erste Umlaufelement (Taumelscheibe 12) die Kolben 5 des ersten Verdrängers zu betätigen, wobei die Ausgangswelle 3 und der mit ihr fest verbundene erste Verdränger noch stillstehen. Wegen des spitzen Winkels, den das erste Umlaufelement 12 mit der Drehachse der Wellen 2,3 bildet, führen die Kolben 5 im ersten Verdränger 4 eine hin und her gehende Bewegung aus.

Auf diese Weise beginnt die Förderung von Druckmittel aus dem Behälter 18 durch die Leitungen A, B₁CtXl dem zweiten Verdränger 6 hin. Dieser Zustand dauert bis zur vollständigen Füllung des hydraulischen Systems an. Da in der gezeichneten Lage des Stellringes 14 das Lager 15 keine hin und her gehende Bewegung der Kolben 7 im zweiten Verdränger 6 erlaubt, läßt dieser zu der Speiseleitung D des Behälters 18 kein Druckmittel durchfließen. Weil nun die Kolben 5 keine Flüssigkeit durch die Leitungen B, C fördern können, kann das erste Umlaufelement 12 wegen seiner Neigung zur Längsachse des ersten Verdrängers 4 nicht um die Ausgangswelle 3 rotieren. Infolgedessen vermögen die Kolben 5 ihre hin und her gehende Bewegung nicht weiter fortzusetzen; sie stellen deshalb über das erste Umlaufelement 12 eine kinematische Verbindung zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 her.

In diesem Zustand laufen die Wellen 2,3 im direkten Gang, d. h. mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1, und zwar rotiert der ganze Wandler als in sich geschlossener Körper in bezug auf das Gehäuse 1. Denn da das mit der Eingangswelle 2 fest verbundene Sonnenrad 11 sich synchron zu dem mit der Ausgangswelle 3 fest verbundenen Zahnkranz 8 dreht können die Planetenräder 9 nicht um die Zapfen 10 laufen, und weil sie mit dem zweiten Verdränger 6 fest verbunden sind, nehmen sie diesen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit der Wellen 2,3 im Leerlauf mit.

Ein jedes auf die Antriebswelle 3 wirkendes

Widerstandsmoment bewirkt einen Schlupf zwischen den beiden Wellen 2, 3. Dann steigert das erste Umlaufelement 12 über die Kolben 5 den im hydraulischen System herrschenden Druck und folglich auch die kinematische Kupplung zwischen den Wellen 3 und 2. Man erkennt, daß es auf diese Weise möglich ist die Ausgangswelle 3 unter einer der Antriebsleistung entsprechenden Belastung anfahren zu lassen.

Im anderen Betriebsfall, d.h. im entgegengesetzten Zustand, soll die Ausgangswelle 3 bei normal laufender Antriebswelle 2 stillstehen. Hierzu muß die Winkelgeschwindigkeit des Sonnenrades 11 von den Planetenrädem 9 ausgeglichen werden, damit der Zahnkranz 8 keine Drehung auf die Ausgangswelle 3 überträgt. Wenngleich in diesem Fall der erste Verdränger 4 stillsteht, so beaufschlagt das mit der Eingangswelle 2 synchron rotierende erste Umlaufelement 12 doch die Kolben 5 mit maximaler Fördermenge, da die Realtivgeschwindigkeit zwischen dem ersten Verdränger 4 und dem ersten Umlaufelement 12 jetzt ihren Höchstwert erreicht. Damit nun der Satellitenkranz 9 unter Ausgleich der Winkelgeschwindigkeit des Sonnenrades 11 um die gemeinsame Drehachse der Wellen 2, 3 rotiert, muß der zweite Verdränger 6 mit einer entsprechenden Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Indem der erste Verdränger 4 den zweiten Verdränger 6 weiter mit maximaler Fördermenge beschickt, wird die erzeugte Leistung über die auf den Zapfen 10 gelagerten Planetenräder 9 übertragen. So wirkt eine ständige Drehmoment-Regelung auf den Zahnkranz 8, der

' dadurch ein auf die Ausgangswelle 3 wirkendes Gleichgewichts-Belastungsmoment ausübt.

Damit der zweite Verdränger 6 wie beschrieben wirken kann, muß die Winkellage des Stellringes 14 so geändert werden, daß die Kolben 7 sich mit maximalem Hub bewegen können und somit das unter Druck durch

die Leitung C eintretende Druckmittel über die Speiseleitung D zum Behälter 18 fördern.

Das Planetenrädergetriebe 8 bis 11 ist je nach Bedarf unter- oder übersetzt. Liegt eine Untersetzung vor, z. B. im Verhältnis 1:7, so wird der Gesamthubraum des zweiten Verdrängers 6 ein Mehrfaches, z. B. das Siebenfache des konstanten Gesamthubraumes des ersten Verdrängers 4, d. h. der zweite Verdränger 6 versiebenfacht das Drehmoment der Eingangswelle 2 und läuft mit einem Siebentel ihrer Drehzahl um.

In den Betriebszuständen zwischen den beschriebenen Grenzfällen kann der Stellring 14, der den Gesamthub des zweiten Verdrängers 6 regelt, zwischen den erwähnten Endpositionen alle Zwischenlagen einnehmen. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl die

Winkelgeschwindigkeit als auch das Drehmoment der Ausgangswelle 3 kontinuierlich zu variieren, wobei zwischen dem jeweils verfügbaren Drehmoment an der Ausgangswelle 3 und der Drehzahl des zweiten Verdrängers 6 folgende Beziehung besteht:

worin Mdas Drehmoment (in Nm) an der Abtriebswelle 3 ist, P die Leistung (in W) an der Eingangswelle 2 und η die Drehzahl (in s~') des zweiten Verdrängers 6. Dieses auf die Drehachse der Welle 3 bezogene Abtriebsdrehmoment ist in der Praxis sowohl durch die hydraulischen als auch durch die mechanischen Wirkungsgrade des Verbundgetriebes beschränkt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Stufenlos einstellbares leistungsverzweigendes hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit einem dreiwelligen einstellbaren hydrostatischen Umlaufgetriebe und einem dreiwelligen Planetenrädergetriebe (8, 10, 11), wobei die Getriebeeingangswelle (2) mit einem Sonnenrad (11) des Planetenrädergetriebes und mit einem ersten Umlaufelement (12) einer ersten hydrostatischen Verdrängereinheit (4, 12) gekoppelt ist und die Getriebeausgangswelle (3) von einem zweiten Glied (8) des Planetenrädergetriebes angetrieben ist, wobei ein erstes Reaktionselement (14) einer zweiten Verdrängereinheit (6,14 bis 17) drehfest angeordnet ist und wobei ein zweites Umlaufelement (4) der ersten Verdrängereinheit sowie ein zweites Umlaufelement (6) der zweiten Verdrängereinheit (6, 14 bis 17) mit Teilen des Plcnetenrädergetriebes gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Umlaufelement (4) der ersten Verdrängereinheit (4, 12) mit einem die Getriebeausgangswelle (3) treibenden Zahnkranz (8) des Planetenrädergetriebes (8 bis 11) gekoppelt ist, daß das zweite Umlaufelement (6) der zweiten Verdrängereinheit (6, 14 bis 17) an den die Ausgangswelle (3) treibenden Umlaufrädersteg (10) des Planetenrädergetriebes angeschlossen ist und daß das drehfest angeordnete erste Reaktionselement (14) der zweiten Verdrängereinheit zur stufenlosen Änderung des Hubvolumens verstellbar ist

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Umlaufelement (4) der ersten Verdrängereinheit (4, 12) mit der zur Getriebeeingangswelle (2) koaxialen Getriebeausgangswelle (3) starr verbunden ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein von außen zugänglicher Teil der Getriebeeingangswelle (2\ einen zylindrischen Abschnitt aufweist, auf dem das zweite Umlaufelement (6) der zweiten Verdrängereinheit (6,14 bis 17) frei drehbar gelagert ist, und daß die Getriebeeingangswelle (2) am Sonnenrad (11) das als Taumelscheibe ausgebildete erste Umlaufelement (12) der ersten Verdrängereinheit (4,12) trägt, deren Kolben (5) den Förderstrom zu der zweiten Verdrängereinheit steuern.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeausgangswelle (3) mit dem Zahnkranz (8) starr verbunden ist, innerhalb welchem eine Anzahl von Planetenrädern

' (9) durch einen mit dem zweiten Umlaufelement (6) der zweiten Verdrängereinheit (6, 14 bis 17) starr verbundenen Flansch um die Getriebeeingangsw,elle (2) rotierbar sind.

5. Getriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verdrängereinheit (4,12) von dem Zahnkranz (8) des Planetenrädergetriebes (8 bis 11) umschlossen und insbesondere der Zahnkranz (8) mit dem Verdrängerkörper (4) einstückig ist.