DE2645988C2

DE2645988C2 - Hydromechanisches Verbundgetriebe

Info

Publication number: DE2645988C2
Application number: DE2645988A
Authority: DE
Inventors: Mitsuaki Yokohama Kanagawa Komatsu; Akinori Yokoyama
Original assignee: KOMATSU SEISAKUSHO TOKIO/TOKYO JP KK
Current assignee: KOMATSU SEISAKUSHO TOKIO/TOKYO JP KK
Priority date: 1975-10-13
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1986-09-18
Also published as: FR2328139B1; GB1568073A; US4117745A; FR2328139A1; GB1568071A; DE2645988A1; IT1075170B; JPS5247168A; CA1067722A; JPS5653147B2

Description

Die Erfindi 'g betrifft ein hydromechanisches Verbundgetriebe mit einer mit einem ersten Verbraucher verbundenen Ausgangswelle und einer Eingangswelle, die mit einer zugleich zum Antrieb eines zuschaltbaren zweiten Verbrauchers dienenden Antriebsmaschine verbunden ist, sowie mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem Planetengetriebe, wobei das Hohlrad direkt mit der Eingangsv/elle und der Planetenträger direkt mit dem Pumpenrad des Drehmomentwandlers verbunden ist, während das Sonnenrad mit dem Turbinenrad des Drehmomentwandlers und der Ausgangswelle in Verbindung steht.

Ein derartiges hydrodynamisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung ist aus dem Aufsatz von Bloch und Schneider »Hydromechanische Getriebe mit Leistungsverzweigung«, Technische Rundschau Nr. 11 vom 17.03.1961, Fig. 2, obere Darstellung bekannt In diesem Aufsatz wird allgemein auf die Eigenschaften derartiger Getriebe eingegangen, während die vorliegende Erfindung in erster Linie auf den Fall abzielt, daß von der Eingangswelle vor dem Eintritt in das Getriebe wechselnde Teilleistungen abgezweigt werden, die Eingangsleistung am Getriebe also schwankt. Derartige Belastungsfälle treten beispielsweise bei Baumaschinen auf, bei denen ein und derselbe Antriebsmotor als Fahrantrieb dient und zugleich verschiedene Arbeitsorgane — Baggerschaufeln od. dgl. — antreibt.

Die allgemeine Charakteristik einer Antriebswelle, wie etwa einer Brennkraftmaschine, ist durch die Linie A in F i g. 1 wiedergegeben, die die Beziehung zwischen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem durch diese erzeugten Drehmoment zeigt, während Linie B das Drehmoment am Eingang eines für den Fahrantrieb dienenden Drehmomentwandlers einer Baumaschine betrifft, bei der die Antriebsleistung für die Arbeitsorgane vor dem Eingang in den Drehmomentwandler von der Brennkraftmaschine abgezweigt worden ist.

Das Drehmoment, das von einer Antriebsquelle durch einen Drehmomentwandler aufgenommen werden kann, ist proportional zum Quadrat der Drehzahl der Antriebsquelle. Die Linie a in F i g. 1 zeigt die Drehmomentaufnahme eines Drehmomentwandiers mit einer großen Drehmoment-Aufnahmefähigkeit während die Linie b die entsprechende Charakteristik eines Drehmomentwandiers mit geringer Drehmoment-Aufnahmefähigkeit zeigt
Befinden sich die Arbeitsorgane in Ruhe, so ist das

ίο durch die Antriebsquelle erzeugte Drehmoment gemäß der Linie A gleich dem durch den Drehmomentwandler aufzunehmenden Drehmoment Bei Verwendung eines Drehmomentwandiers mit hoher Aufnahmefähigkeit für Drehmoment gemäß der Linie a entspricht das für

it den Fahrbetrieb verwendbare Drehmoment dem Schnittpunkt der Linien A bzw. a mit der waagerechten Linie 7Ί. Werden die Arbeitsgeräte zugeschaltet, so fällt das am Eingang des Drehmomentwandkrs verfügbare Drehmoment auf die Linie B in F i g. 1 ab. Bei unveränderter Verwendung eines DrehmomentwandiviiJ im». Mwi i^-i viiiiiviuw.iii'x^iiuruiVLCriSwiV S WUtUC ui£ Drehzahl der Antriebsmaschine dabei vom Wert Ni auf N2 abfallen. Entsprechend würde die Fahrgeschwindigkeit und zugleich die Arbeitsgeschwindigkeit der Arbeitsorgane sinken.

Wenn in diesem Fall die Drehmomentaufnahme des Drehmomentwandiers von der Linie a auf die Linie b zurückgenommen würde, so würde sich die Beziehung zwischen der Antriebsquelle und dem Drehmomentwandler von der Position I in die Position HI verschieben und die Drehzahl der Antriebsquelle lediglich geringfügig von Μ auf N₃ sinken. Die Arbeitsgeschwindigkeit der Arbeitsorgane bliebe im wesentlichen erhalten. Die Arbeitsweise von Baumaschinen kann daher verbessert werden, wenn ein Drehmomentwandler verwendet wird, der bei reinem Fahrbetrieb ein hohes Drehmoment entsprechend der Linie a und bei gemischtem Betrieb ein geringeres Drehmoment entsprechend der Linie b aufnimmt

Die verschiedenen Ausführungsformen von hydrodynamisch-mechanischen Verbundgetrieben, die in dem zuvor genannten Aufsatz dargestellt sind, weisen zwar zweifellos eine unterschiedliche Drehmomentaufnahme auf, ermöglichen aber nicht einen Wechsel innerhalb ein und derselben Getriebekonstruktion.

Es ist jedoch andererseits grundsätzlich bekannt, bei Verbundgetrieben der in Rede stehenden Art, insbesondere bei Verbundgetrieben mit einem Drehmomentwandler und einem Planetengetriebe, Kupplungen zur alternativen Verbindung der einzelnen Elemente des Planetengetriebes und des Drehmomentwandiers vorzusehen. Allerdings handelt es sich dabei zumeist um Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen einer Antriebsmaschine und den angetriebenen Rädern, ohne daß die zuvor geschilderte Problemstellung zugrunde gelegen hat. So zeigt z. B. die US-PS 23 25 876 ein entsprechendes Getriebe, bei dem nach F i g. 8 der Planetenträger direkt mit dem Pumpenrad verbunden und das Sonnenrad mit der Eingangswelle über eine Kupplung verbindbar ist. Darüber hinaus besteht jedoch keine weitere Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Aus den US-PS 34 26 618 und 22 83 759 sind weitere Variationsmöglichkeiten von hydrodynamisch-mechanischen Verbundgetrieben, die einen rein hydrokonetischen, einen hydromechanisch-leistungsverzweigenden und einen rein mechanischen Betriebszustand aufweisen und bei denen der Wechsel zwischen diesen Betriebszu-

ständen durch verschiedene Kupplungen herbeigeführt werden kann, bekannt. Auch hier besteht jedoch keine weiterführende Übereinstimmung mit dem Anmeldungsgegenstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe zu schaffen, bei dem die Leistungsaufnahme des Drehmomentwandlers bei Zuschaltung eines weiteren Verbrauchers ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Leistungsabgabe an den weiteren Verbraucher dem veränderten Leistungsangebot anpaßbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem hydromechanischen Verbundgetriebe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen dem Sonnenrad einerseits und dem Turbinenrad sowie der Ausgangswelle andererseits eine erae Kupplung vorgesehen ist und daß eine zweite Kupplung zwischen zweien der genannten drei Elemente des Planetengetriebes angeordnet ist

Während die zweite Kupplung zum Stillsetzen des Plap.eteügetriebes und damit zur Umschaltung auf reinen Wandlerbetrieb dient führt ein Eingriff Jer ersten Kupplung bei geöffneter zweiter Kupplung zu Verbundbetrieb. In Abhängigkeit von der Geometrie des Planetengetriebes weist das Verbundgetriebe in einem der beiden zuvor genannten Betriebszustände eine höhere, im anderen eine niedrigere Drehmomentaufnahme auf. so daß sich der Betriebszustand mit höherer Drehmomentaufnahme für den Fahrbetrieb, derjenige mit niedrigerer Drehmomentaufnahme für Fahrbetrieb mit zugeschalteten Arbeitsorganen einer Baumaschine od. dgl. eignet

Ferner ermöglicht eine Schließung beider Kupplungen eine mechanische Überbrückung des gesamten Getriebes, während beim Öffnen beider Kupplungen keine Kraftübertragung stattfindet

Vorzugsweise befindet sich die zweite Kupplung zwischen Sonnenrad und Hohlrad des Planetengetriebes.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispieie der Eiiindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Drehzahl einer Antriebsmaschine;

F i g. 2 veranschaulicht schematisch ein Verbundgetriebe mit Drehmomentwandler und l'lanetenradsatz;

F i g. 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungen eines Planetenradsatzes in schematischer Seitenansicht;

F i g. 5 entspricht F i g. 2, zeigt jedoch eine Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 6 und 7 zeigen Variationsmöglichkeiten für die Anordnung der Kupplungen bei Verbundgetrieben;

F i g. 8 zeigt in tabellarischer Anordnung zur Ermittlung des Drehmomeritverhältnisses a\ aus der Zähnezahl a des Sonnenrades und b des Hohlrades für verschiedene Planetengetriebe;

F i g. 9 und 10 veranschaulichen Übertragungscharakteristika beim Betrieb eines erfindungs^emäßen Verbundgetriebes.

F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbundgetriebes der in Rede stehenden Art im Schnitt in einer die Drehachse einschließenden Ebene. Mit 1 ist eine Eingangswelle, mit 2 eine Ausgangswelle, mit 3 ein Planetenradsatz und mit 4 ein Drehmomentwandler bezeichnet. F i g. 3 ist eine schematische Darstellung des Planetenradsatzes 3 in Axialansicht und zeigt ein Sonnenrad 31, ein Hohlrad U'Si einen Planetenträger 33 und Planetenräder 34. F i g. 4 zeigt eine Abwandlung gegenüber F i g. 3. Während in F i g. 3 das Sonnenrad 31 über die Planetenräder 34 mit dem Hohlrad 32 in Eingriff steht, ist gemäß Fig.4 das Sonnenrad 31 über erste Planetenräder 34a und zweite Planetenräder 346 mit dem Hohlrad 32 verbunden. Die Ausführungsform gemäß Fig.3 soll im folgenden als Getriebe mit einfachem Planetenradsatz und diejenige der F i g. 4 als Getriebe mit Doppelplanetenradsatz bezeichnet werden. Der Drehmomentwandler 4 umfaßt ein Pumpenrad oder Pumpenräder 41 und ein Turbinenrad 42 sowie ein gehäusefestes Leitrad 43.

Gemäß F i g. 2 ist der Planetenträger 33 des Planetenradsatzes 3 mit der Eingangswelle 1 verbunden. Das Hohlrad 32 steht mit dem Pumpenrad 41 in Verbindung, und das Sonnenrad 31 ist über eine Kupplung 5 mit der Ausgangswelle 2 verbunden. Eine derartige Anordnung, bei der entweder das Sonnenrad 31, das Hohlrad 32 oder der Planetenträger 33 des Planetenradsatzes 3 mit der Eingangswelle 1 verbunden ist und ein anderes dieser Teile mit dem Pumpenrad 41 ur/ der Rest mit der Ausgangsv/eüe 2 verbunden ist, soll ils Eingangstrennungssystem bezeichnet werden. F i g. 5 ist eine schematische Darstellung eines Eingangstrennungssystems, bei dem zur Vereinfachung nur jeweils die obere Hälfte in einem Axialsdinitt gezeigt ist

F i g. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der das Hohlrad 32 direkt mit der Eingangswelle 1 verbunden ist Der Planetenträger 33 steht unmittelbar mit dem Pumpenrad 41 in Verbindung, während das Sonnenrad 31 mit der Ausgangswelle 2 über die Kupplung 5 in Verbindung steht

Gemäß F i g. 2 besteht die Möglichkeit, daß das Sonnenrad 31 mit dem Planetenträger durch eine Kupplung 6 verbunden wird, die zwei der drei Elemente verbinden kann, d. h. das Sonnenrad 31, das Hohlrad 32 und den Planetenträger 33. Abwandlungen der Kupplung 6 sind in F i g. 6 und 7 gezeigt. Ausführungsformen der Kupplung 6 gemäß Fig.5 stehen in der Form der F^:g.2, 6 und 7 zur Verfügung. Der Planetenradsatz 3 kann in der Form der F i g. 3 und 4 ausgebildet sein.

I- .ι folgenden sollen die Funktionen dei zuvor erläuterten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden.

1. Wenn beide Kupplungen 5 und 6 im Eingriff sind

Wenn die Kupplung 6 im Eingriff ist, werden das Sonnenrad 31 , das Hohlrad 32 und der Planetenträger 33 des Planetenradsatzes 3 auf derselben Drehzahl gehalten. Wenn unter diesen Bedingungen die Kupplung 5 eingreift, erhalten das Pumpenrad 41 und das Turbinenrad 42 des Drehmomentwandler 4 dieselbe Drehzahl. Folglich wird das Drehmoment, das durch das Pumpenrad 4' absorbiert wird, nahezu auf Null reduziert, wenn das Pumpenrad 41 symmetrisch zu dem Turbinenrad 42 ist, und daher wird die Leistung, die auf die Eingangswelle 1 übertragen wird, unverändert an die Ausgangswelle 2 abgegeben. Wenn in diesem Falle das Pumpenrad 41 nicht symmetrisch in bezug auf das Turbinenrad 42 ist, wird die Leistung, die an die Eingangswelle 1 abgegeben wird, auf die Ausgangswelle 2 insoweit abgegeben/ älsdas durch das Pumpenrad, ..absprbißrtö Drehmoment auf Null reduziert wird, indem beispielsweise das Fluid innerhalb des: Ringraumes abgelassen wird.

2. Wenn die Kupplung 5 gelöst und die Kupplung 6
im Eingriff ist

Wenn die Kupplung 6 eingreift, werden das Sonnen-

rad 31, das Hohlrad 32 und der Planetenträger 33 des Planetenradsatzes 3 auf derselben Drehzahl gehalten, und die Drehzahl und das Drehmoment, die an die Eingangswelle abgegeben werden, werden unverändert an das Pumpenrad 41 übertragen.

Das bedeutet, daß sich ein Betriebszustand ergibt, der demjenigen gleichwertig ist, bei dem der Planetenradsatz 3 fortgelassen ist, die Eingangswelle 1 direkt mit dem Pumpenrad 41 verbunden ist und das Turbinenrad 42 direkt mit der Ausgangswelle 2 in Verbindung steht.

3. Wenn die Kupplung 5 im Eingriff und die Kupplung 6 gelöst ist

In diesem Falle wird der Drehmomentwandler 4 beeinflußt durch die Kombination mit dem Planetenradsatz 3. Gemäß F i g. 2 wird beispielsweise das Drehmoment über den Planetenträger 33. die Planetenräder 34 und das Hohlrad 32 auf das Pumpenrad 41 übertragen, und sodann gelangt das Drehmoment auf das Turbinenrad 42 und kann über die Ausgangswelle 2 abgenommen werden.

Folglich ergibt sich c'ie Betriebsweise des Getriebesystems durch die folgenden Formeln.

Drehzahl verhältnis:

4. Wenn die Kupplung 5 gelöst und die Kupplung 6 ebenfalls gelöst ist

In diesem Falle ergeben sich Leerlaufbedingungen.

Außerdem ist es selbstverständlich, daß in bezug auf die oben erwähnten Betriebszustände 1,2,3 und 4 Zwischenstellungen möglich sind, wenn die Kupplungen 5 oder 6, die auf Eingriff geschaltet sind, in geeigneter Weise durchrutschen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Drehmomentverhältnis:

Absorbiertes Drehmoment:

JJ_ ₌ i _x JP_

Ni² ß, {(1 -a,)c+ai}² Np²

In diesen Formeln bedeuten:

Np, Tp: Drehzahl und Drehmoment des

Pumpenrades 41
Nt, Tt: Drehzahl und Drehmoment des

Turbinenrades 42
Ni, Ti: Drehzahl und Drehmoment der

Eingangswelle 1
No, To: Drehzahl und Drehmoment der Ausgangswelle 2

3| = TpiTl

e = Nl/Np e' = No/Ni t = Tt/Tp

f = Tom

F i g. 8 zeigt Formeln zur Berechnung von a\ bei dem Eingangstrennungssystem gemäß F i g. 5. In der Tabelle ist mit »a« die Zähnezahl des Sonnenrades 31 und mit »£x< die Zähnezahl des Hohlrades 32 bezeichnet

Fig.9 und 10 zeigen Berechnungsbeispiele durch die gegebenen Formeln. F i g. 9 veranschaulicht die Arbeitsweise des Drehmomentwandlers 4 als solchen. Fig. 10 zeigt die Arbeitsweise des Eingangstrennungssystems gemäß F i g. 5, für einen bestimmten Wert von a\.

Claims

Patentansprüche:

1. Hydromechanisches Verbundgetriebe mit einer mit einem ersten Verbraucher verbundenen Ausgangswelle und einer Eingangswelle, die mit einer zugleich zum Antrieb eines zuschaltbaren zweiten Verbrauchers dienenden Antriebsmaschine verbunden ist, sowie mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem Planetengetriebe, wobei das Hohlrad direkt mit der Eingangswelle und der Planetenträger direkt mit dem Pumpenrad des Drehmomentwandlers verbunden ist, während das Sonnenrad mit dem Turbinenrad des Drehmomentwandlers und der Ausgangswelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sonnenrad (31) einerseits und dem Turbinenrad (42) sowie der Ausgangswelle (2) andererseits eine erste Kupplung (5) vorgesehen ist und daß eine zwesru Kupplung (6) zwischen zweien der genannten drei Elemente (31, 32, 33) des Planetengetriebes angeordnet ist

2. Verbundgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (6) zwischen Sonnenrad (31) und Hohlrad (32) des Planetengetriebes angeordnet ist.