DE2609282C3 - Leistungsverzweigendes hydromechanisches Verbundgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Leistungsverzweigendes hydromechanisches Verbundgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge

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DE2609282C3 DE2609282A DE2609282A DE2609282C3 DE 2609282 C3 DE2609282 C3 DE 2609282C3 DE 2609282 A DE2609282 A DE 2609282A DE 2609282 A DE2609282 A DE 2609282A DE 2609282 C3 DE2609282 C3 DE 2609282C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe der im Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführten Gattung.
Hydromechanische Verbundgetriebe ermöglichen einen weiten Obersetzungsbereich mit einem einzigen mechanischen Gang. Der Gesamtübersetzungsbereich wird durch Verwendung eines hydrostatischen Getriebes mit veränderlicher Übersetzung erweitert, dessen Übersetzungsverhältnis zwischen Ein- und Ausgang durch Einstellung der Hubvolumen der Verdrängereinheiten in weitem Umfange beherrschbar ist Bei einem den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Getriebe (DT-OS 15 30 590) ist ein eingangsverzweigter Antrieb im ersten Gang, ein eingangs- und ausgangsverzweigter Antrieb im zweiten Gang und ein eingar.gsverzweigter Antrieb im dritten Gang vorgesehen. Die Schaltungen zwischen den einzelnen Gängen sind synchronisiert und es ergeben sich angemessene Wirkungsgrade im ersten und zweiten Gang sowie im oberen Bereich des dritten Ganges. Jedoch ist ein erheblicher Leistungsabfall beim Einrücken des dritten Ganges in Kauf zu nehmen.
Es ist auch schon bekannt (US-PS 34 70 769), bei einem leistungsverzweigten hydromechanischen Verbundgetriebe je einen dreigliedrigen Planetenrädersatz eingangs- und ausgangsseitig anzuordnen, wobei dem ausgangsseitigen Satz noch ein dritter dreigliedriger Planetenrädersatz vorgeschaltet ist Das Getriebe weist drei Schaltkupplungen und eine Schaltbremse auf, wodurch jedoch ebenfalls keine hohen Wirkungsgrade über einen weiten Drehzahlbereich erreicht werden.
ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, daß über einen weiten Drehzahlbereich hohe Wirkungsgrade erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Die erfindungsgemäße Anordnung bedingt eingangsverzweigte Antriebe im ersten und zweiten Gang und einen eingangs- und ausgangsverzweigten Antrieb im dritten Gang, wodurch ein Betrieb mit Übersetzung ins Schnelle (2100 U/min Eingang : 4000 U/min Ausgang) ermöglicht ist, der vorteilhaft bezüglich der Abmessungen der einzelnen mit hohen Drehzahlen laufenden Elemente der Planetenrädergetriebe ist, abgesehen davon, daß die angestrebte Verbesserung des Wirkungsgrades über den ganzen Drehzahlbereich erzielt wird.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel eines hydromechanischen Getriebes nach der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Getriebes,
F i g. 2 bis 4 Schaubilder, die Kennlinien des hydromechanischen Getriebes gemäß Fig.! darstellen und
F i g. 5 und 6 Darstellungen, die Eigenschaften des hydromechanischen Getriebes nach F i g. 1 mit denen anderer Getriebebauarten in Vergleich setzen.
Das Getriebe nach F i g. 1 hat eine Eingangswelle 100 und eine Ausgangswelle 1OZ Ferner sind drei Planetenrädersätze 104, 108 und 106, zwei hydrostatische Einheiten 110 und 112, die gemeinsam ein hydrostatisches Getriebe bilden, und ein Vorgelege 114 vorgesehen. Das Getriebe enthält ferner zwei Schaltkupplungen 116 und 118 sowie eine Schaltbremse 120. Diese Schalteinrichtungen können in bekannter Weise ausgebildet sein und in geeigneter Weise gesteuert werden. Im Ausführungsbeispiel ist eine hydraulische Betätigung vorgesehen. Die hydrostatischen Einheiten haben
so veränderliche Fördermengen der Pumpen und veränderliche Schluckvermögen der Motoren und sind in üblicher Weise aufgebaut
Die Eingangswelle 100 ist dauernd über eine Nabe 122 mit einem äußeren Zentralrad 124 des ersten Planetenrädersatzes 104 und einem Zahnrad 126 des Vorgeleges 114 verbunden. Der Planetenrädersatz 104 hat ferner ein inneres Zentralrad 128, mehrere Planetenräder 130, die drehbar in einem Planetenträger 132 gelagert sind, und mit den Zentralrädern kämmen.
so Der Planetenträger 132 ist dauernd mit einer Welle 134 zum Antrieb der hydrostatischen Einheit 110 verbunden. Wahlweise kann er mit einer mit der Ausgangswelle 102 verbundenen Welle 136 durch die wahlweise betätigbare Kupplung 116 verbunden werden. Das innere
*>' Zentralrad 128 ist über eine Zwischenwelle 138 mit einer Welle 140 zur hydrostatischen Einheit 112 verbunden. Die Welle 140 und damit das innere Zentralrad 128 sind ferner dauernd mit einem inneren
Zentralrad 142 des zweiten Planetenrädersatzes 108 verbunden.
Der zweite Planetenrädersatz 108 hat ferner ein äußeres Zentralrad 144, mehrere Planetenn>der 146, die drehbar in einem Planetenträger 148 gelagert sind, und mit den beiden Zentralrädern kämmen. Der Planetenträger 148 ist mit einem inneren Zeatralrad 150 des dritten Planetenrädersatzes 106 verbunden. Das äußere Zentralrad 144 ist über eine Nabe 152 mit der Ausgangswelle 102 und ferner mit einem äußeren Zentralrad 154 des dritten Planetenrädersatzes 106 verbunden.
Der Planetenrädersatz 106 hat ferner mehrere Planetenräder 156, die drehbar in einem Planetenträger 158 gelagert sind und mit den beiden Zentralrädern kämmen. Der Planetenträger 168 kann wahlweise durch die Schaltbremse 120 festgelegt werden. Das innere Zentralrad 150 ist mit der einen Seite der Kupplung 118 verbunden. Bei eingerückter Kupplung 118 werden das innere Zentralrad 150 und der Planetenträger 148 von einem Zahnrad 160 des Vorgeleges 114 angetrieben.
Das Vorgelege 114 enthält ?wei Gegenzahnräder 162 und 164, die mit den Zahnrädern 126 bzw. 160 kämmen und auf einer gemeinsamen Gegenwelle 166 sitzen, welche in nicht dargestellten Lagern im Getriebegehäuse drehbar gelagert ist Das Zahnrad 160 wird also proportional zur Eingangsdrehzahl über das Vo-gelege 114 angetrieben. Das Zahnrad 126 ist drehbar auf der Welle 134 und das Zahnrad 160 drehbar auf der Welle 140 gelagert, so daß eine Relativdrehung zwischen diesen Zahnrädern und ihren Lagern gegeben ist.
Das hydromechanische Getriebe gemäß F i g. 1 wird so gesteuert, daß ein erster eingangsverzweigter Gang und ein zweiter eingangsverzweigter Gang geschaltet werden kann. Darüber hinaus ist das Einschalten eines dritten Ganges möglich.
Der Leerlauf des Getriebes gemäß F i g. 1 wird dadurch bewirkt, daß die hydrostatische Einheit auf die Umlaufmenge Null eingestellt wird und alle Schalteinrichtungen ausgerückt sind. Zum Einschalten des ersten Ganges wird die Schaltbremse 120 angelegt. Um eine Zunahme der Drehzahl der Ausgangswelle 102 im ersten Gang zu erzielen, wird die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 110 in negativer Richtung erhöht, wodurch sich ein Rückwärtsdrehen in Bezug zur Drehung der Eingangswelle 100 ergibt. Die rückwärtslaufende Welle 140 bedingt ein Rückwärtsdrehen des inneren Zentralra.Jes 142 und da das äußere Zentralrad 144 mit der Ausgangswelle verbunden ist, läuft der Planetenträger 148 in Rückwärtsrichtung um, so daß das innere Zentralrad 150 in Rückwärtsrichtung angetrieben wird. Diese Rückwärtsdrehung des inneren Zentralrades 150 bedingt ein Vorwärtsdrehen des äußeren Zentralrades 154 und damit der Ausgangswelle 102, wenn die Schaltbremse 120 angelegt ist. Das innere Zentralrad 128 läuft in Rückwärtsrichtung und überträgt einen Teil der Eingangsleistung von der Eingangswelle 100 auf das innere Zentralrad 142. Im ersten Gang ist somit Leistungsverzweigung durch den Planetenrädersatz 104 gegeben.
Die Drehzahl der Ausgangswelle 102 wird im ersten Gang durch Erhöhen der Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 110 in negativer Richtung bewirkt, wie dies die Linie 200 im Schaubild gemäß Fig. 2 zeigt. Ist an der hydrostatischen Einheit 110 der Höchstwert negativer Umlaufmenge im Punkt 202 erreicht, so wird die Umlaufmenge in der hydrostatischen Einheit 112 gemäß der Linie 204 verringert, wodurch sich eine weitere Zunahme der Drehzahl der Ausgangswelle 102 ergibt. Wie die Kurven 206 bzw. 208 zeigen, nimmt die Drehzahl der hydrostatischen Einheit il2 in negativer Richtung zu, während die Drehzahl der hydrostatischen Einheit 110 abnimmt In einem Punkt 210 (F i g. 4) wird die Köchstdrehzahl im ersten Gang erreicht und eine weitere Zunahme der Ausgangswellendrehzahl erfolgt unter gleichzeitigem Einrücken der Schaltkupplung 116 und Lüften der Schaltbremse 120.
ίο Wie Fig.2 erkennen läßt, wird, nachdem dieser synchronisierte Schaltvorgang abgelaufen ist, die Umlaufmenge der hydrodynamischen Einheit 112 erhöht, wodurch eine Abnahme der Drehzahl der hydrodynamischen Einheit 112 und eine Zunahme der Drehzahl der hydrodynamischen Einheit 110 bewirkt wird. Im Punkt 212 hat die hydrodynamische Einheit 112 eine maximale positive Umlaufmenge, während die Umlaufmenge der hydrodynamischen Einheit 110 einen negativen Höchstwert erreicht Eine v/eitere Zunahme der Drehzahl der Ausgangswelle 102 wird nun dadurch bewirkt, daß die Umlaufmenge der hydrodynamischen Einheit 110 verringert wird, bis diese den Wert Null erreicht, zu welcher Zeit ein vollmechanischer Antrieb über den Planetenrädersatz 104 erfolgt.
Im zweiten Gang ist eine weitere Zunahme der Ausgangswellendrehzahl möglich, wenn die Umlaufmenge der hydrodynamischen Einheit 110 bis zu einem Punkt 214 erhöht wird. Das Getriebe hat einen leistungsverzweigten Eingang, wenn es im ersten und zweiten Gang geschaltet ist und gestattet einen synchronisierten Umschaltvorgang zwischen den Gängen. Im Punkt 214 (Fig.2) sind die umlaufenden Teile der Kupplung 118 synchronisiert, da eine entsprechende Auslegung der Bauteile in bekannter Weise vorgenommen ist. Es kann zu diesem Zeitpunkt also die Kupplung 118 eingerückt werden, während die Kupplung 116 ausgerückt wird, um das Getriebe auf den dritten Gang zu schalten.
Im dritten Gang ist ebenfalls ein leistungsverzweigter Eingang durch den Planetenrädersatz 104 gegeben, der die Leistungsanteile auf das innere Zentralrad 128 und den Planetenträger 132 überträgt. Ferner wird ein Teil der eingehenden Leistung über das Vorgelege 114 zur Kupplung 118 übertragen, die es an den Planetenträger 148 des Planetenrädersatzes 108 weitergibt. Die eingangsverzweigte Leistung vom Planetenrädersatz 104 wird an das innere Zentralrad 142 abgegeben und dort mit der Leistung am Planetenträger 148 vereint, um an die Ausgangswelle 102 weitergeleitet zu werden.
so Um eine Zunahme der Ausgangswellendrehzahl im dritten Gang zu erzielen, wird die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 110 vom Punkt 214 in Fig.2 verringert bis zu einem Punkt 216 maximaler negativer Umlaufmenge. Eine weitere Erhöhung der Ausgangswellendrehzahl kann dann durch Verringerung der Umlaufmenge in der hydrostatischen Einheit 112 bis zu einem Punkt 218 erfolgen, bei der die höchste Ausgangswellendrehzahl des Getriebes erreicht wird.
Die Ausgangswellendrehzahl des Getriebes kann kontinuierlich verringert werden, indem die beschriebenen Schaltvorgänge in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden, wobei die Ausgangswellendrehzahl gewünschtenfalls bis auf Null herabgesetzt werden kann
hi Es ist darauf hinzuweisen, daß in den !"unkten 220 und 222 der Kurve in Fig. 2 die Umlaufmenge U der hydrostatischen Einheit 110 Null ist. In diesen beiden Punkten der Kurve ist die Drehzahl der hydrostatischen
Einheit 112 im wesentlichen Null und wenn keine Leckagen in der Anlage wären, würde ein völliger Stillstand erfolgen. In den Punkten 220' und 222' ist die Drehzahl der hydrostatischen Einheit 112 Null. In diesen Punkten erfolgt die Leistungsübertragung vollständig mechanisch, wobei die hydrostatischen Einheiten lediglich als Reaktionsglieder wirken.
Das Getriebe kann auch vom Leerlauf in den Rückwärtsgang geschaltet werden, indem die Bremse 120 angelegt wird und die Umlaufmenge der hydrostatisehen Einheit 110 in positiver Richtung längs der Kurve 224 in F i g. 2 erhöht wird. Dies ergibt eine positive Drehung der Welle 140 der hydrostatischen Einheit 112, wodurch sich ein Rückwärtslauf der Ausgangswelle 102 durch die Wirkung der Planetenrädersätze 106 und 108 ergibt.
F i g. 3 und 4 zeigen die Betriebskennlinien des Getriebes. Im einzelnen stellt die Kurve 226 in F i g. 3 den Druck P der hydrostatischen Einheit über der Ausgangswellendrehzahl η dar. Dieser Druck hat einen Höchstwert von 352 kg/cm2 bei der Ausgangswellendrehzahl Null. Die Kurve 228 zeigt die hydraulische Leistung in PS, die innerhalb des Getriebes herrscht. Diese hat einen Höchstwert von etwa 120 PS im Punkt 230. Nimmt man als Höchstwert 200 PS an, so ändert sich die Leistung von Null bis zum Höchstwert von lediglich 22% der Gesamtleistung bei Ausgangsdrehzahlen zwischen 1000 und 4000 U/min.
Die Kurve in F i g. 4 zeigt den Gesamtwirkungsgrad η des Getriebes über der Ausgangsdrehzahl n. Diese Kurve läßt einen hohen Wirkungsgrad über weite Bereiche erkennen. Die Änderung des Gesamtwirkungsgrades beträgt lediglich 3,5% zwischen einem Punkt 232 und der maximalen Ausgangswellendrehzahl Dieser hohe Wirkungsgrad wird erfahrungsgemäß über etwa 72% des Betriebsdrehzahibereichs erzielt.
Die Fig. 5 und 6 ermöglichen einen Vergleich eines Getriebes gemäß Fig. 1 mit anderen bekannter Getriebebauarten. In F i g. 5 stellt die Kurve 234 die Leistung N in Wellen-PS über der Fahrgeschwindigkeit Vdar, wenn das hydromechanische Getriebe bei einerr Fahrzeug eingesetzt wird, während die Kurve 236 die
to Wellen-PS einer anderen Form eines hydromechanischen Getriebes veranschaulicht. Im einzelnen würde ein Getriebe, dem die Kurve 236 zugeordnet ist, einer hydrostatischen ersten Gang und einen eingangsverzweigten oder ausgangsverzweigten zweiten Gang aufweisen. Derartige Getriebe würden, obwohl sie die gleichen Eingangsleistung aufweisen, wesentlich unterschiedliche Ausgangsleistungen zeigen und dahei erheblich schlechtere Wirkungsgrade.
Die Kurve in F i g. 6 zeigt die Zugkraft TE an Fahrzeug, die mit den einzelnen Getriebearten erreich bar ist. Die Kurve 238 zeigt die Zugkraft mit einerr hydromechanischen Getriebe nach F i g. 1, während die Kurve 240 die Zugkraft mit einem üblichen hydrodyna mischen Getriebe darstellt und die Kurve 242 die Zugkraft, die mit einem hydromechanischen Getriebe erzielt werden kann, das einen vollen hydrostatischer ersten Gang hat. Es ist darauf hinzuweisen, daß, um eine Zugkraft kurve 242 zu erreichen, ein hoher Druck vor über 422 kg/cm2 im Vorwärtsfahrbetrieb notwendif wäre, während die Zugkraftkurve 238 entsprechend dei erfindungsgemäßen Bauart einen Druck von weniger al: 352 kg/cm2 erfordert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Leistungsverzweigendes hydromechanisches Verbundgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem getriebeeingangsseitigen ersten dreigliedrigen Planetenrädersatz (104), dessen erstes Glied (124) dauernd mit einer Antriebswelle (100) und dessen zweites Glied (132) und drittes Glied (128) dauernd mit jeweils einer stufenlos einstellbaren hydrostatischen Einheit (H\ bzw. H2) eines hydrostatischen Getriebes verbunden ist, und mit einem getriebeausgangsseitigen zweiten dreigliedrigen Planetenrädersatz (108), dessen erstes Glied (144) dauernd mit der Getriebeausgangswelle (102) verbunden ist, dessen zweites Glied (148) über eine erste Kupplung (118) — zum Schalten eines eingangs- und ausgangsverzweigten Gange·? (3. Gang) — mit der Antriebswelle kuppelbar ist und dessen drittes Glied (142) mit einer (H2) der beiden hydrostatischen Einheiten dauernd gekoppelt ist, wobei — zum Schalten eines eingangsverzweigten Ganges (2. Gang) — eine zweite Kupplung (116) das zweite Glied (132) des ersten Planetenrädersatzes (104) mit der Getriebeausgangswelle kuppelt und ein drittes Schaltelement (120) — zum Schalten eines anderen eingangsverzweigten Ganges (1. Gang) — vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Planetenrädersatz (106) vorgesehen ist, dessen erstes Glied (154) dauernd mit der Getriebeausgangswelle (102), dessen zweites Glied (158) dauernd mit dem als Schaltbremse (120) ausgebildeten dritten Schaltelement und dessen drittes Glied (150) dauernd mit dem zweiten Glied (148) des zweiten Planetenrädersatzes (108) verbunden sind.
2. Verbundgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise im ersten Planetenrädersatz das erste Glied ein äußeres Zentralrad, das zweite Glied ein Planetenträger und das dritte Glied ein inneres Zentralrad sind, und im zweiten Planetenrädersatz das erste Glied ein äußeres Zentralrad (108), das dritte Glied ein inneres Zentralrad (142) und das zweite Glied ein Planetenträger (148) ist.
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