DE2647240A1 - Stufenloses getriebe - Google Patents

Stufenloses getriebe

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DE2647240A1 DE19762647240 DE2647240A DE2647240A1 DE 2647240 A1 DE2647240 A1 DE 2647240A1 DE 19762647240 DE19762647240 DE 19762647240 DE 2647240 A DE2647240 A DE 2647240A DE 2647240 A1 DE2647240 A1 DE 2647240A1
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Description

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Anmelderin: Stuttgart, den 3· September 1976
P 3225 / Firma GETHAG Getriebe- und Zahnradfabrik GmbH ßolitudeallee 21 7140 Ludwigsburg
Vertreter:
Patentanwälte Kohler-Schwindling-Späth Hohenfcwielstr. 7000 Stuttgart 1
Stufenloses Getriebe
Die Erfindung betrifft ein stufenlos in seiner Übersetzung veränderbares Getriebe zur Zwischenschaltung zwischen einen Antriebsmotor und einen Verbraucher, insbesondere eine Kraftfahrzeugantriebsachse oder eine Arbeitsmaschine.
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Stufenlos regelbare Getriebe sind in sehr unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt geworden. Beispielsweise läßt sich mittels Keilriemen und axial verschiebbaren Keilriemenscheiben ein ä;ufenloses Gebriebe für Leistungen bis zum Bereich von etwa 30 bis 50 kW verwirklichen. Auch ist es bekannt, stufenlose Getriebe mit Hilfe von hydrodynamischen Wandlern zu verwirklichen. Beiden stufenlosen Getriebearten ist gemeinsam, daß sie keine Drehrichtung sumkehr ohne zusätzliche Elemente zulassen.
Es ist auch bekannt, sbufenlose Getriebe durch hydrostatische Anordnungen aus Hydraulikpumpe und Hydraulikmotor zu verwirklichen. Diese mit relativ hohen Drücken arbeitenden Getriebe lassen sich hinsichtlich ihrer Abtriebsdrehrichtung umsteuern. Für die Anwendung bei Kraftfahrzeugen haben sich derartige hydrostatische Antriebe jedoch nicht allgemein durchsetzen können, weil sie sowohl bei Fahrt an größeren Steigungen als auch hinsichtlich der Drehmoment- und Geschwindigkeitsregelung nur begrenzt einsetzbar sind. Dabei arbeitet die Anordnung im Übersetzungsbereich 1 : 1 häufig in einem ungünstigen Wirkungsgradbereich. Zudem ist es zum Bestreichen eines ausreichend großen Verstellbereiches erforderlich, daß sowohl der Hydraulikmotor als auch die Hydraulikpumpe hinsichtlich des Volumendurchsatzes regelbar sind. Das ist relativ aufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Getriebe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es bei gutem Wirkungsgrad einen großen Drehzahlregelbereich
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aufweist und dabei eine Drehrichtungsumkehr ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß in an sich bekannter Weise die Leistung verzweigt einerseits unmittelbar und andererseits über eine stufenlos regelbare Drehmomentüberbragungseinheit auf einen Umlaufi^ädersabz aus ßonnenrad, Steg mit Planetenrädern und Hohlrad sowie mit drei An- oder Abtriebsanschlussen übertragbar ist, daß die beiden Leistungszweige unterschiedlichen Antriebsanschlüssen des UmlaufräderSatzes zugeführt sind und daß der dritte Anschluß als Abtrieb dient. Ein Vorbeil eines derartigen Getriebes liegt darin, daß bei gutem Wirkungsgrad ein großer Drehzahlregelbereich unter Einschluß einer Drehzahlumkehr erreicht wird. Es läßt sich dieses Getriebe ohne ochwierigkeiten so ausbilden, daß in dem für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen interessanten Bereich der Leistungszweig mit der Drehmomentübercragungseinheib nur eine sehr kleine Leistung zu übertragen hat, wogegen der Hauptleistungsanteil unmittelbar an den Umlaufrädersatz übertragen wird. Dies bedeutet, daß selbst dann, wenn die Drehmomentübertragungseinheit keinen guten Wirkungsgrad aufweist, der Gesamtwirkungsgrad der Anordnung dennoch sehr gut ist, v/eil er wenig von dem mechanischen Übertragungswirkungsgrad abweicht.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Hohlra.l, wie bei Umlauf rad er sät zen häufig, feststehend angeordneb; der Abtrieb und einer der Leistungszweige
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sind dann mit demselben Had, insbesondere dem drehenden Steg, verbunden. Der- unmittelbar übertragene Leistungszweig ist mit dem Sonnenrad gekuppelt. Bei dieser Anordnung kann allerdings die Drehmomentübertragungseinheit, an deren Stelle auch ein gesonderter Antrieb treten könnte, nicht stillgesetzt werden, sondern muß stets eine unmittelbar mit der Abtriebsdrehzahl zusammenhängende Drehzahl aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsfox'in der Erfindung ist der eine Leistungszweig an das Sonnenrad und der andere Leistungszweig an das Hohlrad geführt und es ist der Abtrieb mit dem Steg gekuppelt. Bei dieser Ausführungsform laufen im allgemeinen alle drei Hader bzw. liadsäze um. Üblichere ei ..o int d-u-i ikmriaiirad drehütax'i· mit dem Antriebsmotor gekuppelt und es ist der andere Leisbungszweiß über die Drehinomentübertragungseinheit auf das Hohlrad geführt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß d.'jü Hohlrad wahlweise sti llgesetzt oder auch in der gleichen Drehrichtung wie das Jonnenrad oder in der entgegengesetzten Drehrichtung zum Sonnenrad angetrieben werden kann. Dadurch ist es in einfachster Weise möglich, sowohl einen besonders hohen Wirkungsgrad, nämlich bei stillgesetztem Hohlrad den rein mechanischen Wirkungsgrad, zu erzielen, als es auch außerdem möglich ist, durch Umkehr der Drehrichtung des Hohlrades und Antrieb des Hohlrade3 mit ausreichender Drehzahl die Drehrichtung des Abtriebs umzukehren.
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Die Drehmomentübertragungseinheit kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Soweit eine Drehrichtungsumkehr des Hohlrades nicht erforderlich ist oder soweit das Hohlrad ohnedies feststehend angeordnet ist, können mechanische Keilriemen- oder Kettengetriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis oder auch hydrodynamische Drehmomentwandler als Drehmomentübertragungseinheiten eingesetzt werden. Soweit die Drehzahl des Hohlrades in größeren Grenzen verstellt werden soll oder soweit daa Hohlrad mit wechselnden Drehrichtungen angetrieben werden soll, können als Drehmomentübertragungseinheiten beispielsweise auch elektrische Übertragungsglieder, wie Generator-Motor-Einheiten verwendet werden. Falls es wünschenswert ist, kann auch für den zweiten Leistungszweig anstelle der Drehmomentübertragungseinheit ein eigener Antriebsmotor eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch eine Ausführungsform herausgestellt, bei der als Drehmomentübertragungseinheit ein Hydraulikantrieb in Form eines hydrostatischen Antriebes vorgesehen ist. Dabei ist die Pumpe des hydrostatischen Antriebes vom Antriebsmotor angetrieben und es ist über eine Regulieranordnung, die Förderstrom und/oder Förderdruck regelt, der Hydraulikmotor angetrieben, der seinerseits unmittelbar oder über ein Zwischenrad auf das Hohlrad einwirkt. Mit einem hydrostatischen Antrieb lassen sich die im Zusammenwirken mit den übrigen Teilen der Antriebsanordnung erforderlichen Bedingungen sehr gut erfüllen, ohne daß sich ungünstige Wirkungsbereiche
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stark auf den Gesamtwirkungsgrad auswirken. Trotzdem ist eine stufenlose Drehzahlregelung einschließlich Drehrichtungsumkehr mit der erfindungsgemäßen Gesamtanordnung erzielbar.
In vielen Fällen reichen die Drehmoment-, Drehzahl- und Wirkungsgradkennlinien der zuvor beschriebenen Anordnung aus, um die betrieblichen und wirtschaftlichen Anforderungen· .zu erfüllen. Es ist jedoch in sehr einfacher Weise möglich, das erfindungsgemäße stufenlose Getriebe noch weiter dadurch zu verbessern, daß ein weiterer Leistungszweig vorgesehen und der Drehmomentübertragungseinheit parallelgeschaltefc wird. Dadurch ist es möglich, den über die Drehmomentübertragungseinheit fließenden Leisbungsaiiteil auf den Anbeil zu vermindern, der für die Steuerung erforderlich ist. Es kann dann für den überschießenden Anteil eine zweckmäßigere Übertragung gewählt werden. Zu diesem Zweck ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der weitere Leistungszweig durch einen hydrodynamischen Wandler gebildet, dessen Pumpenrad von dem Antriebsmotor angetrieben ist und dessen Turbinenrad an daü Hohlrad des UmIaufradersatzes angekoppelt ist. Ist, wie in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, der hydrodynamische Wandler als Trilok-Wandler ausgebildet, dann ist das Leitrad über einen Freilauf gegen das Gehäuse abgestützt. Diese Anordnung erfüllt auch hochgesteckte Ansprüche hinsichtlich Drehzahlregelbereich sowie Drehmoment- und Wirkungsgradverlauf.
.A
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Getriebes im Zusammenhang mit den Ansprüchen.
In der Zeichnung ist ein Schemaschnitt dargestellt.
Ein Antriebsmotor 1 treibt eine Welle 2 an, auf der ein cionnenrad 3 verkeilt ist. Drehfest mit der Welle verbunden ist ferner ein Zahnrad 4-, das mit einem weiteren Zahnrad 5 kämmt, das auf der Welle einer Hydraulikpumpe angebracht ist und auf diese , Drehenergie von der Welle überkragt.
Mit dem Sonnenrad 3 kämmen an einem Steg 7 drehbar gelagerbe Planetenräder 8, mit deren Zähnen andererseits ein Hohlrad 9 in Eingriff steht. Die Räder 3, 8 und 9 bilden zusammen mit dem Steg 7 einen Umlaufrädersatz bekannter Art. Der Steg 7 ist an einer Abtriebswelle angebracht, die ihre Leistung beispielsweise über ein aufgekeiltes Kegelrad 11 auf ein Tellerrad 12 eines im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeugachsantriebes überträgt.
Mit dem Hohlrad 9 kämmt ein weiteres Zahnrad 13, das auf einer Welle 14 drehstarr angebracht ist, die von einem Hydraulikmotor 15 angetrieben ist. Der Hydraulikmotor 15 ist in bekannter Weise regelbar. Er ist über
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Hydraulikleitungen 16 unter Zwischenschaltung einer Regeleinheit I7 mit.der Hydraulikpumpe 6 verbunden. Die Hegeleinheit 17 gestattet es, den Hydraulikfluß zum Motor zu steuern. Darüberhinaus ist der Hydraulikmotor 15 selbst steuerbar. Beispielsweise handelt es sich hierbei um einen Axialkolbenmotor, dessen Taumelscheibe einstellbar ist.
Ein hydrodynamischer Wandler 18 bildet eine weitere Leistungsverzweigung zusätzlich zu dem Leistungsfluß über das Sonnenrad 3 zum Steg 7 und über den hydrostatischen Antrieb 6, 15» das Zahnrad 15 und das Hohlrad 9 zum Steg 7· Zu diesem Zweck ist ein Pumpenrad 19 des hydrodynamischen Wandlers 18 über eine Scheibe 20 drehstarr mit der Welle 2 verbunden. Ein Turbinenrad 21 des hydrodynamischen Wandlers 18 ist mit einer Hohlwelle 22, die die Welle 2 konzentrisch umgibt, drehstarr verbunden und es ist die Hohlwelle 22 andererseits über eine Scheibe oder Glocke 25 mit dem Hohlrad 9 verbunden. Dadurch ist ein weiterer Leistungszweig von der Welle 2 zum Steg 7 geschaffen. Ein Leitrad 24 des hydrodynamischen Wandlers 18 stützt sich über einen .Freilauf 25.. gegen, das Gehäuse ab.
Mit der beschriebenen Antriebsanordnung ist es möglich, den Antriebsmotor 1 stets im günstigsten, beispielsweise wirtschaftlichsten oder abgasärmsten oder geräuschärmsten Betriebsbereich arbeiten zu lassen und dennoch den
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Abtrieb 10, 11, 12 mit einer gewünschten Drehzahl eines großen Drehzahlvariationsbereiches zu betreiben, wobei auch eine Drehrichtungsumkehr möglich ist. Drehzahlsteuerung und Drehrichtungsumkehr werden durch den hydrostatischen Antrieb 6, 15 bewirkt. Wird beispieleweise der hydrostatische Antrieb abgeschaltet und dadurch das Hohlrad 9 blockiert, so erfolgt der gesamte Antrieb unmittelbar mechanisch über Sonnenrad, Planetenräder und Steg. Der hydrodynamische Wandler 18 ist bei dieser Betriebsart vorzugsweise entleert. Das Übersetzungsverhältnis als Verhältnis der Drehzahl des Sonnenrades 3 zur Drehzahl des Steges 7 ist um Eins größer als das Verhältnis der Zähnezahlen vom Hohlrad zum Sonnenrad J. Wird der hydrodynamische Wandler 18 gefüllt und über den hydrostatischen Antrieb das Zahnrad 15 so angetrieben, daß das Hohlrad 9) zusätzlich auch über den hydrodynamischen Wandler 18 angetrieben, gleichsinnig mit dem Sonnenrad umläuft, dann ist die Abtriebsdrehrichtung des Steges gleich der Drehrichtung des Sonnenrades und es liegt die Drehzahl des Steges zwischen den beiden Drehzahlen von Sonnenrad und Hohlrad im Verhältnis der Durchmesser bzw. Zähnezahlen. Wird dabei, als Sonderfall, das Hohlrad mit der gleichen Drehzahl angetrieben wie das Sonnenrad, dann stehen die Planetenräder 8 relativ zu Sonnenrad 3 und Hohlrad 9 still und es läuft der Steg 7 mit derselben Drehzahl um wie Sonnenrad 1 und Hohlrad 9· Durch Variation der Drehzahl des Hohlrades kann die Drehzahl des Steges gesteuert
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werden. Wird die Dr ehr ich bung des Hohlrades 9 umgekehrt (vorzugsweise bei entleertem hydrodynamischem Wandler 18) durch entsprechende Umsteuerung des Hydraulikmotors 15, ist es möglich, die Drehzahl des Steges herunberzusteuern bis auf Null und weiter bis in die entgegengesetzte Drehrichiung·
-iis versteht sich, daß die Erfindung nichb auf das dargestellbe Ausführungsbeispiel beschränkb ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Hahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können einzelne der ÜrfinJungsmerkmale für sich oder zu mehreren kombiniert Anwendung finden. Beispielsweise kann das Zahnrad 13 in die Innenverzahnung des als Zahnkranz ausgebildeten Hohlrades 9 eingreifen, miI der auch die Planebenräder kämmen, oder es ist, wie dargestellt, das Hohlrad 9 inib einer zusä bsi Lehen Außenverzahnung versehen, in die das Zahnrad 13 eingreifU.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Stufenlos in seiner Übersetzung veränderbares Getriebe zur Zwischenschaltung zwischen einen Antriebsmotor und einen Verbraucher, insbesondere eine Kraftfahrzeugantriebsachse oder eine Arbeitsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Leistung des Antriebsmotors verzweigt einerseits unmittelbar und andererseits über eine stufenlos regelbare Drehmomentübertragungseinheit (6, 15, 17) auf einen Umlaufrädex'safcz aus Sonnenrad (3)j Steg (7) mit Planetenrädern (8) und Hohlrad (9) mit drei An- oder Abtriebsanschlüssen übertragbar ist, daß die beiden Leistungszweige unterschiedlichen Antriebsanschlüssen des Umlaufrädex'satzes (3» 8, 9) zugeführt sind, und daß der dritte Anschluß als Abtrieb (10) dient.
    2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (9) des Umlaufrad ersatzes feststehend angeordnet ist und der Abtrieb (107)und einer der Leistungszweige (6, 15) mit demselben Had, insbesondere dem drehenden Steg (7), verbunden sind.
    3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Leistungszweig an das Sonnenrad (3) und der andere Leistungszweig an das Hohlrad (9) geführt ist, und daß der Abtrieb (IO7 mit dem Steg (7) gekoppelt ist.
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    ■ν-
    '-\. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 "bis 3» dadurch gekeim:: eichneb, daß als iJrehmoiaentübertragungseinheit ein :i,ydraulikantrieb, insbesondere ein hydrostatischer Anot-Leb (6, 15). vorgesehen ist.
    5. üeuriöbe nach einem der vor-hergehenden Ansprüche, dauuroh gekennzeichnet, daü der unmittelbare Antrieb nur ..·.:.; Uonnenrad (3) und lie UrehmomentübertragungseLn:;«.>!!; auf daa Hohlrad (9) geschaltet ist.
    υ. ueii-lebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinheiü (6, 15) über eine Zuischenübersetzung (13, 9 ) iait α am HohLrad gekoppelt" ifsL.
    /. uel.rLiiDe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Leistungszweig (,?(», 13, 22, 23) vorgesehen und der Drehmomentuberib (G, 15) parallelgeachalbet ist.
    β. Getriebe nach ilnspruch r/, dadurch gekennzeichnet, daß der wo Ltex'e Leistungszweig dui'ch einen hydrodynamischen i/andieL1 (18) gebildet ist, dessen Pumpenrad (19) von dem .-Liicriebsmotor (1) angecrieben ist und dessen Turbinenrad (.: i) an das Hohlrad (9) des Umlaufrädersatzes aiiivelco ρ pel b ist.
    809817/0079 BAD 0RIÄ&'-"
    26Λ7240
    9. Getriebe nach Anspruch 8, d-nlur-ch ^ekemi",o.i .dme L, daß dan Leitrad (24) über einen Frei lau Γ (?!?) i';et. das Gehäuse der iuiordnuni; ybi-jeaLü tzl. i:io.
    809817/0079 BAD
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