DE2237085B2

DE2237085B2 - Leistungsverzweigendes hydraulischmechanisches verbundgetriebe

Info

Publication number: DE2237085B2
Application number: DE19722237085
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Slotosch, Joachim, 5100 Aachen
Priority date: 1972-07-28
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1976-09-02
Also published as: DE2237085A1

Description

8. Verbundgetriebe nach einem der Ansprüche 1 fto bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem hydrodynamisch-hydrostatischen Antriebszweig (D)

in bekannter Weise eine Strömungs-Sperrvorrichtung (20) und/oder eine Vorrichtung zur Umkehr der Stromrichtung (y\, y₂) in der hydrostatischen Einheit (G,) angeordnet ist.

9. Verbundgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise Planetenradgetriebe (E), hydrodynamische Einheit (F)nna hydrostatische Einheit (G;gleichachsig zueinander angeordnet sind.

10 Verbundgetriebe nach einem der Ansprüche 1 hW 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Sonntnrad M₀) des Planetenradgetriebes auf gleicher Welle (16) wie ein Läuferglied einer hydrodynamischen Pumpe Sund der Radkranz (13) des Planetengetriebes auf Sicher Welle (17) wie ein Verdrangergl.ed eines hydrostatischen Drehkolbenmotors (G) angeordnet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigendes hydraulisch-mechanisches Verbundgetriebe mit finem eingangsseitigen dreigliedrigen Planetenrader-Verzweigungsgetriebe, bei dem eines der Abtnebsglieder mechanisch (mechanischer Leistungszweig) und das zweite über ein hydraulisches Getriebe (hydraulischer Leistungszweig) mit der Getriebeausgangswelle ver-

bunden ist. . ,

Bei einem solchen bekannten le.stungsverzwe.genden Getriebe mit einem eingangsseitigen dreigliedrigen Planetenräder-Verzweigungsgetnebe (FR-PS

12 09 435) können im hydraulischen Leistungszweig Getriebe angeordnet sein, bei denen die Pumpeneinheit und die Motoreinheit beide nach dem Verdrangerpnnzip (hydrostatische Getriebe) bzw. nach dem hydrodynamischen Prinzip (hydrodynamischer Wandler) arbeiten Bei Verwendung eines hydrostatischen Getriebes is, es notwendig, zusätzlich Stellorgane für die Übersetzungseinstellung vorzusehen. Bei hydrodynamischen Getrieben ändern sich die Übersetzungsverhältnisse selbsttätig in Abhängigkeit von den jeweiligen Belastungsverhältnissen an den Getnebewellen Bc. Verwendung eines eingangsseitigen Planetenrader-Verzweigungsgetriebes mit einer hydrodynamischen Pumpe besteht die Tendenz, daß bei niedrigen Ausgangsdrehzahlen durch die Übersetzung im Verzweigungsgetriebe eine hohe Drehzahl des Pumpenrades, verbunden mit einer großen Leistungsaufnahme, hervorgerufen wird und folglich die Drehzahl einer Antriebsmaschine stark gedruckt wird. Eine volle Ausnutzung der bei hohen Drehzahlen liegenden maximalen Leistung der Antriebsmaschine ist somit nicht möglich.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung besteht darin, ein einfach aufgebautes Verbundgetriebe zu schaffen, dessen Drehmoment- und Leistungsverhalten sich selbsttätig den jeweiligen Forderungen anpaßt, und das eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Leistung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Getriebe der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß

a) das hydraulische Getriebe aus einer hydrodynamischen Pumpe und einem hydrostatischen Motor besteht, die in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf in Reihe geschaltet sind, und

b) die hydrodynamische Pumpe von dem zweiten Abtriebsglied des Planetenrädergetriebes getrieben wird und die Verdrängerelemente des hydrostatischen Motors mit einer Welle des mechanischen Leistungszweigs gekoppelt sind.

Hydraulische Getriebe nach den vorgenannten Merkmalen a) sind bereits bekannt (US-PS 26 45 086, GB-PSl 84 455).

Weiterhin ist es bekannt, bei einem leistungsverzwei

«enden hydraulisch-mechanischen Verbundgetriebe mit ausgangsseitigem dreigliedrigen Planetenrädergetriebe im hydraulischen Zweig eine hydrostatische Pumpe und eine als Motor wirkende Freistrahlturbine zu benutzen (DL-PS 63 939). Die Verdrängereinheit ist hierbei als Pumpe ausgebildet und der freistrahlturbine vorgeschaltet, die ihrerseits auf die Antriebswelle des Planetengetriebes arbeitet. Zum Antrieb der Freistrahlturbine dient eine verstellbare Freistrahldüse. Infolge der Drehmomentrückführung auf die Antriebswelle ₎₀ muß das Getriebe eine relativ hohe Leistung übertragen, was eine stance und teure Getriebeausführung erfordert und andererseits den Wirkungsgrad verschlechtert, weil die Verluste der Kraftübertragung auf den zurückgeführten Teil des Drehmomentes doppelt wirksam werden.

Demgegenüber wirken bei der Erfiudung der mechanische und der hydraulische Antriebszweig je auf den Abtrieb des Getriebes. Eine besondere Regelvorrichtung zur Leistungsregelung des erfindungsgemäßen Verbundgetriebes ist nicht erforderlich; dieses kann vielmehr in weiten Grenzen, wie sie im praktischen Betrieb vielfach allein nur in Frage kommen, auch ohne besondere Regelung mit nahezu gleichbleibendem Wirkungsgrad arbeiten. Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit steigt auch der Antrieb des mit gutem Wirkungsgrad arbeitenden mechanischen Leistungszweigs an, so daß auch im oberen Teil des Fahrbereichs ein günstiger Wirkungsgrad erreicht wird. Nennenswerte Verluste treten also nur unmittelbar im vorübergehenden Anfahrzustand auf.

Die Ausführung der hydrodynamischen Pumpe und des hydrostatischen Motors ist an sich beliebig. Im wesentlichen gilt jedoch stets die Beziehung, daß der Druck der Arbeitiflüssigkeit proportional dem Quadrat der Drehzahl der hydrodynamischen Pumpe und der Volumendurchsatz unabhängig von der Drehzahl derselben ist. Beim hydrostatischen Motor dagegen ist grundsätzlich der Volumenstrom proportional seiner Drehzahl, wobei zwischen Flüssigkeitsdruck und Drehzahl keine Beziehung besteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Durch die CH-PS 2 76 739 ist es bekannt, über ein Verzweigungsgetriebe sowohl die Vorderachse als auch die Hinterachse mechanisch anzutreiben und einen zusätzlichen Antrieb der Hinterachse auf hydrostatischem Wege vorzusehen. Demgegenüber wird durch das Verbundgetriebe nach dem Unteranspruch 4 nur die Vorderachse mechanisch angetrieben, während die Hinterachse hydrodynamisch-hydrostatisch angetrieben wird. Ein zweiter mechanischer Antrieb wird erspart. Die Kopplung der beiden An'riebszweige erfolgt bei einem solchen Fahrzeug durch die Fahrbahn, auf denen die Vorderräder und die Hinterräder abrollen.

Durch die Maßnahme des Anspruches 5 wird ein Rückwärtsdrehen der im hydraulischen Abtriebszweig angeordneten hydrodynamischen Pumpe verhindert. Gleichzeitig läßt sich eine Motorbremswirkung über den mechanischen Abtriebszweig im Schiebebetrieb erzielen. 1st der Freilauf sperrbar (Unteranspruch 6) besteht die Möglichkeit, die Automatik der Leistungsverzweigung auszuschalten, z. B. zur Erzielung eines Schnellgangs. Insbesondere in diesem Falle empfiehlt sich zugleich der Einbau eines Kurzschlußventils gemäß Unteranspruch 7 zur Senkung der Strömungsverluste. Ist der Freilauf zwischen Sonnenrad und Planetenträger angeordnet, erhält man anstelle eines Schnellgangs eine 1 :1-Übersetzung, wobei sich das vorerwähnte Kurzschlußventil erübrigt.

Durch die Anordnung einer Strömungs-Sperrvorrichtung gemäß Unteranspruch 8 kann der hydraulische Kreislauf mehr oder weniger geschlossen werden. Durch völliges Schließen der Sperrvorrichtung läßt sich üine Parksperre erreichen.

Planetengetriebe, hydrodynamische Pumpe und hydrostatischer Motor können ganz oder teilweise zu einem gemeinsamen baulichen Aggregat vereinigt werden. Durch die Maßnahme nach Unteranspruch 9 läßt sich eine besonders gedrängte Bauart erzielen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung,

F i g. 2 und 3 zwei Diagramme und

Fig.4 ein schematisches Beispiel für ein gemeinsames Gehäuseaggregat.

In Fig. 1 ist mit A der Motorantrieb, mit B der Nutzantrieb bezeichnet. Der Motorantrieb A verteilt sich in einen unmittelbaren, vorzugsweise mechanischen Abtriebszweig C und in einen hydraulischen Abtriebszweig D, der sich mit dem Abtriebszweig Cwirkungs-.Tiäßig wieder zum Nutzantrieb B vereinigt. Zur Verteilung der Antriebskraft des Motorantriebes A auf die beiden Abtriebszweige C und D dient ein eingangsseitiges dreigliedriges Planetenverzweigungsgetriebe E in Form eines Planetenradgetriebes. Der hydraulische Abtriebszweig D umfaßt eine hydrodynamische Pumpe F und einen von dieser hydraulisch angetriebenen hydrostatischen Motor G in Form eines Drehkolben-Verdrängermotors.

Das Planetenradgetriebe E weist ein Sonnenrad 10, einen Planetenträger 11 mit den Planetenrädern 12 und einen Radkranz 13 auf. Das Sonnenrad 10 ist durch einen Freilauf 14 gegen einen stationären Teil, z. B. eine stationäre Achse 15, abgestützt und damit gegen Rückwärtsdrehen gesichert.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird, wie rein schematisch angedeutet ist, von der Motorantriebswelle A der Planetenträger 11, z. B. in Pfeilrichtung .v, angetrieben. Das Sonnenrad 10 ist ferner mit der Welle 16 der hydrodynamischen Pumpe Fdirekt oder indirekt verbunden, während der Radkranz 13 über den unmittelbaren (mechanischen) Abtriebszweig C mit der Welle des Nutzantriebes B sowie, z. B. über die Welle 17 des hydrostatischen Motors G und/oder über ein Übersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe, mit dem hydrostatischen Motor C gekoppelt ist.

Die hydrodynamische Pumpe Ffördert die Flüssigkeit in einem Kreislauf in Pfeilnchtung >ί durch eine Leitung 18 zum hydrostatischen Motor G, von der die Flüssigkeit weiter durch eine Leitung 19 in Pfeilrichtung y-2 zur hydrodynamischen Pumpe Fzurückkehrt. In den Leitungen 18, 19 des hydraulischen Kreislaufes kann eine Sperrvorrichtung 20 angeordnet sein, wie dieses in der schematischen Darstellung der Fig. 1 durch einen Drehschieber angedeutet ist.

Bei Antrieb des Planetenträgers 11 durch die Motorantriebswelle A verzweigt sich der Antrieb im dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits über das Sonnenrad 10 auf den hydraulischen Abtriebszweig D und andererseits über den Radkranz 13 auf den nichthydraulischen mechanischen Abtriebszweig C. Bei Beginn des Antriebes aus dem Stillstand des Nutzantriebes B heraus, d. h. auch bei stillstehendem Radkranz 13, wird zunächst die hydrodynamische Pumpe Füber den

hydraulischen ^btriebszweig D angetrieben. Der Flüssigkeitsstrom in Pfeilrichtung y, sucht hierbei die Drehkolben 17a und Mb in einer Drehrichtung zu drehen, die der Drehrichtung χ des Planetenträgers 11 und damit auch des Radkranzes 13 entspricht, wenn s Sonnenrad 10 und Radkranz 13 zusammen mit dem Planetenträger 11 gemeinsam umlaufen. Da die Drehzahl des Radkranzes 13 zunächst gleich Null ist, kann die Antriebskraft der Motorwelle A zunächst nur dadurch weitergeleitet werden, daß das Sonnenrad 10 in Pfeilrichtung χ zu laufen beginnt, indem sich die Planetenräder 12 am Radkranz 13 in gleicher Drehrichtung abzuwälzen beginnen. Andererseits kann jedoch ein Flüssigkeitskreislauf zwischen der hydrodynamischen Pumpe Fund dem hydrostatischen Motor G nur is dadurch stattfinden, daß die Drehkolben des letzteren in Bewegung gesetzt werden, so daß auch der Radkranz 13 sich entsprechend zu drehen beginnt. Das geforderte hohe Drehmoment beim Anfahren wird dadurch hauptsächlich durch das hydrodynamisch-hydrostatisehe Aggregat F. G weitergegeben, bis ein normaler Gleichgewichtszustand, bei Fahrzeugen etwa bei konstanter Geschwindigkeit in der Ebene, erreicht wird. Sobald dieser Zustand erreicht ist, Planetenträger 11, Sonnenrad 10 und Radkranz 13 also als Ganzes mit gleicher Drehzahl umlaufen, sind beide Abtriebszweige Cund Dim Verhältnis der Leistungsverzweigung an der Leistungsübertragung beteiligt.

Nachstehend sei ein Zahlenbeispiel für die Erfindung erläutert. Es bezeichnet:

η Drehzahl des Antriebsmotors bzw. der Antriebswelle A,

Πι Drehzahl des Radkranzes 13 bzw. der Welle 17 des hydrostatischen Motors,

/7; Drehzahl des Sonnenrades 10 bzw. der Welle 16 der hydrodynamischen Pumpe.

D] Drehmoment am Radkranz 13,

D: Drehmoment am hydrostatischen Motor G,

D:' Drehmoment am Sonnenrad 10 bzw. an der hydrodynamischen Pumpe F,

D Gesamtdrehmoment = D, + D₂,

AA Leistung am Zahnkranz 13,

,V; Leistung am hydrostatischen Motor G.

Afc' Leistung am Sonnenrad 10 bzw. an der hydrodyna- 4s mischen Pumpe F,

N Gesamtleistung ,V, 4- Afc,

η Radius des Zahnkranzes 13.

Γ2 Radius des Sonnenrades 10.

5°

Es ist alsdann (bei konstanter Dichte der Arbeitsflüssigkeit)

55

60

6s

D₂	' !'- ~	D₂	/I₂	T₁	V₂ /Ij /I₂
Ni	' II. =	N₂	■ /ι, -	."ζ ."r
D₂	— n\			«1 ' »2 ' ^rl
N₂	- π, ■	»ι		It. ■ T₂
D₂	Λ,'		-I /Ij" /!τ " ^l
D₁	"2
N₁	*-Di*
= Oi

I) = D₁ f /),

/ί,ίΙ,Γ,

Allgemein gill:

(Hier ,V₂

0»

oder

= 3 4/1

H₂ = 4/1 — 3/I₁

Unter Vernachlässigung des Wirkungsgrades μ. hydrodynamischen Pumpe ergibt sich ferner:

Unmittelbarer b:-.w. mechanischer Anlrieh: D₁ - 3/1, ■ /i₂ - 3/1, (4/1 - 3/i,l .V₁ - 3/if · ii₂ - 3/if (4/i - 3/I₁) Hydraulischer Abirieb:

D₂ - /ι: - (4/1 — 3/1,1" .V₂ - /ι, · /j; ^ ,j, |4„ - 3_(1| |^; Summe:

3/I₁ (4(i - 3/1,1 - (4/1 - 3/1, Γ

- (4/1 - 3/1,

4/1

3fjf(4n - 3/1,) - /1,(4/1 4/1 · /I₁ (4/1 - 3/ij)

Für den Normalfall der 1-zu-l-L'bcrsctzung y.ili

/1 = /I₁ = /J₂

und D, + D₂ = D ~ /r.

ferner N\ + N₂ = .V - n³ .

Im Gleichgewichtszustand (n = n\ = n₂) verhalten sich die Leistungen der Abtriebszweige C und D wie T\lr₂ zu 1, im berechneten Fall also wie 3 zu 1. Die Motorleistung wird also im Normalfall vorwiegend über den mit gutem Wirkungsgrad arbeitenden mechanischen Abtriebszweig C übertragen. Ferner kann man bei Vierradantrieb erreichen, daß normalerweise der Vorderradantrieb überwiegt, beim Beschleunigen aber der Hinterradantrieb.

In F i g. 1 und 1 ■'i g. 3 is; J ie Drehzahl « des Antriebsmotors in Abhängigkeit ν,,η der Drehzahl n, des Zahnkranzes bzw. von der hierzu proportionale:· Drehzahl des Nutzantriebes B bzw. der Geschwindigkeit ι des Fahrzeuges dargestellt, und zwar in !^T ig. 2 im Normalbetrieb bei jeweils konstanter Geschwindigkeit und in K i e. 3 bei wachsender DrehmomentverMsrkuri« und sinkendem μ,.. Für den theoretischen Kiirvenvcrlatii Γ..·, ist ei;; \ü kungsgrad 1 bei einem Fahrwiderstand --\-^; zug!t:;;c· gf. :-fTt. Diese Voraussetzung stimnu jedoch nur in uuzug auf den Luftwideistand. Die tatsächliche Drehzahlkurve π - f{n,) in Fig. 1 berücksichtigt den mit sinkender Geschwindigkeit \ anwachsenden Einfluß des Rollwiderstandes am Gesamtfahr widerstand.

Die Differenz zwischen n_:h und /;,.. resultiert aus dem sinkenden L^bei steigendem Drehzahlverhältnis πι/π;.

Im Beschleunigungs- oder Verzögerungszusiand ergeben sich Kurven, die zwischen denen nach F ι g. 2 und ί liegen, wobei je nach Fahrzustand der hydraulische Abtriebszweig oder der mechanische Abtriebs7weig überwiegt.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der alle drei Finheiteu E, F und C gleichachsig zueinandet angeordnet und z. B. innerhalb eines gemeinsamer (ielriebegehäuses untergebracht sind. Der Laufer de ι hydrodynamischen Pumpe F ist hierbei auf der WeIu des Sonnenrades, das eine Verdi ängerelenicni de hydrostatischen Motors (J auf der Welle des Zahnkran zesdes Planetenradgetriebes Fangeordnet.

Gegebenenfalls kann auch eine Vorrichtung zu; Umkehr der Stromrichtung (y-,, v?) im hydrostatische! Motor (G)angeordnet sein.

1 lieivii 1 Blatt /eiclmuniicn

609j3a

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungsverzweigendes hydraulisch-mechanisches Verbundgetriebe mit einem eingangsseitigen dreigliedrigen Planetenräder-Verzweigungsgetriebe, bei dem eines der Abtriebsglieder mechanisch (mechanischer Leistungszweig) und das zweite über ein hydraulisches Getriebe (hydraulischer Leistungszweig) mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das hydraulische Getriebe aus einer hydrodynamischen Pumpe (F) und einem hydrostatischen Motor (G) besteht, die in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf (18,19) in Reihe geschaltet sind,

b) die hydrodynamische Pumpe (F) von dem zweiten Abtriebsglied (10) des Plar.etenrädergetriebes (E) getrieben wird und die Verdrängerelemente (17a, 17b) des hydrostat!- sehen Motors (G) mit einer Welle des mechanischen Leistungszweigs (C) gekoppelt sind.

2. Verbundgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise der Planetenträger (11) den treibenden Teil des Planetenradgetriebes (E) bildet, der Radkranz (13) mechanisch und das Sonnenrad (10) über den hydraulischen Leistungszweig (D) mittelbar auf die Ausgangswelle (B) wirkt.

3. Verbundgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abtriebsglied des Planetenradgetriebes (E), welches den mechanischen Abtriebszweig (C) antreibt in bekannter Weise unmittelbar auf der Abtriebswelle (17) des hydrostatischen Motors (G) angeordnet ist.

4. Verbundgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Anwendung auf Fahrzeuge, bei denen eine Achse vom mechanischen und eine andere vom hydraulischen Zweig getrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abtriebszweige (C, D) je eine Fahrzeugradgruppe derart antreiben, daß die Vorderachse mechanisch, die Hinterachse hydrodynamisch-hydrostatisch angetrieben wird.

5. Verbundgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (10) des Planetenradgetriebes (E) in bekannter Weise über einen Freilauf (14) am Getriebegehäuse oder am Planetenträger (10) abgestützt ist.

6. Verbundgetriebe nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf in bekannter Weise sperrbar ist.

7. Verbundgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß — insbesondere bei Erzeugung eines Schnellgangs im unmittelbaren mechanischen Abtriebszweig (C) — zwischen Ein- und Auslaß der hydrostatischen Einheit (G) in bekannter Weise ein Kurzschlußventil angeordnet ist.