DE2655011C2 - Stufenloses Koppelgetriebe - Google Patents
Stufenloses KoppelgetriebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Koppelgetriebe zur stufenlosen Verstellung der Übersetzung zwischen
ίο Kraft-und Arbeitsmaschine.
Die folgenden Ausführungen sind auf die Verwendung als Fahrgetriebe, d. h. auf eine Arbeitsmaschine mit
konstanter Leistungscharakteristik abgestimmt Sie gelten sinngemäß auch für Arbeitsmaschinen mit
anderen Kennlinien.
Zu dem Koppelgetriebe gehört ein Stellgetriebe. In der weiteren Beschreibung legt man dafür ein
hydrostatisches Getriebe zugrunde. Die Ausführungen gelten sinngemäß aber auch für andere Stellgetriebe mit
entsprechenden Eigenschaften.
Bekannt sind Koppelgetriebe, die aus einem dreiwelligen
Umlaufgetriebe und einem hydrostatischen Getriebe bestehen. Zwei Wellen des Umlaufgetriebes stellen
die An- und Abtriebswelle des Koppelgetriebes dar und werden als nicht freie Wellen bezeichnet Die dritte
Welle des Umlaufgetriebes, genannt freie Welle, steht mit einer Verdrängermaschine des hydrostatischen
Getriebes in Verbindung. Die andere Verdrängermaschine des hydrostatischen Getriebes ist bei ausgangsseitiger
Leistungsverzweigung mit der Abtriebswelle und bei eingangsseitiger Leistungsverzweigung mit der
Antriebswelle verbunden.
In den beschriebenen Koppelgetrieben gibt es einen hydrostatischen und einen mechanischen Leistungsfluß.
Ji Bei einer Auslegung mit kleinerem hydrostatischen
Leistungsfluß als die vom An- und Abtrieb des Koppelgetriebes durchzusetzende Leistung stellen sich
im Vergleich zum hydrostatischen Getriebe für das Koppelgetriebe bessere Wirkungsgrade und für das
••ο zum Koppelgetriebe gehörige hydrostatische Getriebe
auch kleinere maximale Verdränguiigsvolumen ein.
Bei eingangsseitiger Leistungsverzweigung kreist bei niedrigen und bei ausgangsseitiger Leistungsverzweigung
bei hohen Antriebszahlen bzw. Fahrgeschwindig-
■)5 keiten unerwünschte Blindleistung im Koppelgetriebe.
Durch Umschalten von ausgangsseitiger auf eingangsseitige Leistungsverzweigung und umgekehrt,
z. B. beschrieben in den DE-OS 21 41 098 und 25 41 975, läßt sich Blindleistung vermeiden. Die Wirkungsgrade
'■« werden besser. Es ergibt sich eine geringere Summe der
zu installierenden maximalen Verdrängungsvolumen.
Dadurch fällt im allgemeinen auch die Baugröße des Koppelgetriebes kleiner aus.
Die Wirkungsgrade und die Summe der maximalen Verdrängungsvolumen bzw. die Baugrößen werden mit
abnehmendem stufenlosem Verstellbereich zunehmend günstiger. Es bietet sich daher der Gedanke an, den
notwendigen Verstellbereich in zwei oder mehrere einzelne stufenlose Verstellbereiche aufzuteilen und das
hydrostatische Getriebe zweifach oder mehrfach auszunutzen.
Nach der US-Patentschrift 38 69 939 sind durch die Anordnung von zwei hintereinandergeschalteten dreiwelligen
Umlaufgetrieben zwei stufenlose Verstellbereiche vorgesehen. Bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten
liegt abtriebsseitige Verzweigung und ab Übersetzung 1:1, d.h. bei hohen Fahrgeschwindigkeiten,
antriebsseitige Verzweigung vor. Im Stellbereich für
hohe Fahrgeschwindigkeiten wird ins Schnelle übersetzt
Jeweils in beiden Stellbereichen, d. h. bei abtriebsseitiger Leistungsverzweigung bei relativ hohen
und bei antriebsseitiger Leistungsverzweigung bei verhältnismäßig niedrigen Fahrgeschwindigkeiten und
somit insgesamt betrachtet bei mittleren Fahrgeschwindigkeiten gibt es unerwünschte Blindleistung. Der
zweite stufenlose Verstellbereich wird über den Umweg der Übersetzungen ins Schnelle erkauft und dürfte in
vielen Fällen nachteilig sein. in
Aus der DE-Offemlegungsschrift 15 30 590 läßt sich
entnehmen, daß der Stellbereich des Koppelgetriebes in drei einzelne stufenlose Bereiche aufgeteilt wird. Dazu
ist hinter das eigentliche Koppelgetriebe mit ausgangsseitiger Leistungsverzweigung ein zusätzliches dreiwel- ι j
liges Umlaufgetriebe angeordnet. Dieses abtriebsseitig
liegende Umlaufgetriebe kann durch entsprechende Umschaltungen drei verschiedene Übersetzungen erhalten.
In dem abtriebsseitigen Umlaufgetriebe kreist aber eine erhebliche Blindleistung. Für das in der
DE-Offenlegungsschrift 15 30 590 angegebene Beispiel beläuft sich z. B. im dritten Gang, d. h. bei eingeschalteter
Kupplung K), die Blindleistung auf das lOfache der
Antriebsleistung. Ein solches Getriebe ist deshalb in vielen Anwendungsfällen unbrauchbar. zr<
Die hier vorliegende Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, durch die Hintereinanderschaltung
von zwei oder mehr dreiwelligen Umlaufgetrieben den gesamten Stellbereich des Koppelgetriebes in zwei
oder mehr einzelne Stellbereiche aufzuteilen und somit m das hydrostatische Getriebe zwei- oder mehrfach
auszunutzen, wobei aber ein Übersetzungsbereich mit Übersetzungen ins Schnelle und ferner Blindleistungen
in den als reine Übersetzungsstufen bzw. Vorgelege dienenden dreiwelligen Umlaufgetrieben vermieden
werden sollen.
Diese Aufgabe wird — ausgehend von einem Stand der Technik (US-PS 38 69 939) nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 — durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalsgruppen a und b -to
gelöst. Dabei wird unter Verwendung von Schaltkupplungen die zur freien Welle eines dreiwelligen
Umlaufgetriebes gehörenden Verdrängermaschine des hydrostatischen Getriebes bei Erreichen einer Steilbereichsgrenze
drehmomentfrei und bei synchronen Drehzahlen auf die 'reie Welle eines inderen dreiwelligen
Umlaufgetriebes umgeschaltet, wobei die frei werdende freie Welle mittels Schaltkupplungen unmittelbar
oder unter Verwendung von Vorgelegerädern mit einer der nicht, frcvsn Wellen des betroffenen
Umlaufgetriebes gekoppelt wird.
In Unterinsprüchcn sind vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung aufgeführt.
Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 1 bis Il
dargestellt. v>
Nach F i g. 1 befinden sich zwischen der Antriebsweile
1 und der Abtriebswelle 2 zwei miteinander verbundene dreiwellige Umlaufgetriebe. Im stufenlosen
Stellbereich für niedrige Fahrgeschwindigkeiten wirkt das antriebsseitige Umlaufgetriebe in Verbindung mit bo
dem hydrostatischen Getriebe als stufenloses Koppel= getriebe und das abtriebsseitige Umlaufgetriebe als
Nachschaltstufe mit fester Übersetzung. Im stufenlosen Stellbereich für hohe Fahrgeschwindigkeiten liegen die
Verhältnisse umgekehrt. Das antriebsseitige Umlaufge- (ή
triebe wird zum Vorgelege mit einer Übersetzung von 1 bzw. nahe bei I. Die Umkopplung erfolgt an der Grenze
zwischen beiden Stellbereichen.
Die freie Welle 3 des antriebsseitigen Umlaufgetriebes
läßt sich entweder über die Räder 4, 5 Schaltkupplung 6, Verdrängungsmaschinen 7, 8 und
Räder 9, 10 mit der Zwischenwelle 11 oder über die Räder 4, 5, Schaltkupplung 12, Räder 13, 14 mit der
Antriebswelle 1 verbinden. Die freie Welle 15 des abtriebsseitigen Koppelgetriebes wird entweder über
Rad 16, Zwischenrad 17, Rad 18, Schaltkupplung 19, Rad 20 und Rad 21 an die Abtriebswelle 2 oder aber über die
Räder 16,17,18, Schaltkupplung 22, Verdrängermaschinen
7, 8 und Räder 9, 10 an die Zwischenwelle 11 angeschlossen.
Die Steuerung des Koppelgetriebes geht aus den Fig.2 bis 5 hervor. Ein senkrechter Pfeil bedeutet
Verdrängungsvolumen Null, ein im Uhrzeigersinn gedrehter Pfeil positives und entgegen dem Uhrzeigersinn
gedrehter Pfeil negatives Verdrängungsvolumen. F i g. 2 zeigt den Anfahrzustand. Ab Erreichen der
Stellung nach F i g. 3 kann volle Leistung übertragen werden. In der Stellung nach F i g. 4 ist der Stellbereich
für niedrige und in der Stellung nat* F i g. 5 für hohe
Fahrgeschwindigkeiten zu Ende. Das Umkoppeln erfolgt in der Stellung nach F i g. 4. Die eingerückten
Kupplungen sind jeweils angegeben.
Zu dem Koppelgetriebe nach Fig.6 gehören drei
hintereLidnderliegende und miteinander verbundene
dreiwellige Umlaufgetriebe. Auf diese Weise erhält man drei stufenlose Stellbereiche. Das abtriebsseitig sich
befindende dreiwellige Umlaufgetriebe ist bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten zum Zwanglauf mit seiner
freien Welle 23 über Rad 24, Zwischenrad 25, Rad 26, Kupplung 27, Rad 28 und Rad 29 mit der Abtriebswelle 2
gekoppelt und wirkt als Vorgelege. Es wird für den Stellbereich bei hohen Fahrgeschwindigkeiten zur
Übersetzungsverstellung benutzt. Dazu wird die Kupplung 30 eingerückt, so daß das für mittlere Fahrgeschwindigkeiten
vorgesehene mittlere dreiwellige Umlaufgetriebe jetzt als Vorgelege mit kleiner Übersetzung
oder der Übersetzung 1 wirkt. Mit Einnicken der Kupplung 31 und Ausrücken der Kupplung 27 ist das
hydrostatische Getriebe an das abtriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe angekoppelt. Die F i g. 7 bis 11
verdeutlichen das Verstellen der Verdrängermaschinen 7, 8 vom Anfahrzustand bis zum Betriebszustand mit
höchster Fahrgeschwindigkeit. Es sind jeweils die eingerückten Kupplungen vermerkt. Das Verdrängungsvolumen
der Verdrängermaschine 8 wird beim Koppelgetriebe nach F i g. 6 dreifach ausgenutzt.
Unter Verwendung von Vorgelegen kann in bekannter Weise die Verdrängermaschine 8 bei Erreichen ihres
Verdrängungsvolumens Null von einer nicht freien Welle auf die andere nicht freie Welle drehmomentfrei
bei synchronen Drehzahlen umgeschlatet werden. Auf d;?se Weise vermeidet man auch bei den mit dem
hydrostatischen Getriebe in Verbindung stehenden Umlaufgetrieben Blindleistung. Die Wirkungsgrade
verbessern sich und die zu installierende Summe der maximalen Verdrängungsvolumen geht weiter zurück.
Ferner erfolgt in bekannter Weise das Reservieren nur mit dem hydrostatischen Getriebe, wozu über
Vorgelege dessen als Pumpe wirkende Verdrängermaschine mit der An- und dessen als Motor .nrbiitende
Verdrängermaschine mit der Abtriebswelle des Umkoppelgetriebes verbunden werden. Auf diese Weise
vermeidet man Blindleistung beim Rückwärtsfahren.
Außerdem läßt sich bei Erreichen der kleinsten Übersetzung, d. h. der maximalen Fahrgeschwindigkeit
die Hoch- und Niederdruckseite des hydrostatischen
Getriebes kurzschließen, wobei dann gleichzeitig die freie Welle des abtriebsseitigen dreiwelligen Umlaufgetriebes
zum Zwanglauf über Vorgelege oder unmittelbar mit einer nicht freien Welle des betroffenen
Umlaufgetriebes gekoppelt wird. Da dann das hydrostatische Getriebe leerläuft, verbessert sich in diesem
Betriebszustand der Wirkungsgrad des Koppelgetriebes.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim Anfahren, d. h. bei großer Übersetzung
des Koppelgetriebes, wirkt das abtriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe durch die Kopplung seiner freien
Welle 15 über Rad 16, Zwischenrad 17, Rad 18, Schaltkupplung 19, Rad 20 und Rad 21 an die
Abtriebswelle 2 als Vorgelegestufe. Im Stellbereich für langsame Fahrgeschwindigkeit besorgt das dreiwellige
Umlaufgetriebe an der Abtriebsseite die Übersetzungsverstellung des Koppelgetriebes. Dazu ist die freie
Welle 3 über die Räder 4. 5. Schaltkupplung 6. Verdrängermaschine 7, 8, Schaltkupplung 32 und Räder
9, 10 mit der gemeinsamen Welle 11 der beiden Umlaufgetriebe zum Zwanglauf gekoppelt. Die Verdrängermaschine
8 wird mit Erreichen ihres Verdrängungsvolumens Null mittels der Schaltkupplung 33 und
Räder 34, 14 auf die Antriebswelle 1 umgekoppelt. Wenn die Verdrängermaschine 8 einmal ihren Verdrängungsvolumenbereich
durchfahren hat, laufen die Wellen 1 und 3 gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl.
Nach Betätigung der Schaltkupplung 35 arbeitet nunmehr das antriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe
als Kupplung. In diesem Betriebszustand werden die Kupplungen 22,36 ein- und die Kupplungen 6,19 und 33
ausgerückt. Auf diese Weise befindet sich nun bei dem abtriebsseitigen dreiwelligen Umlaufgetriebe zwischen
freier Welle 15 über die Räder 16, 17, 18 und
ri Abtriebswelle 2 über die Räder 21,37 das hydrostatische
Getriebe. Es liegt jetzt der Stellbereich für hohe Fahrgeschwindigkeiten vor. Bei Verdrängungsvolumen
Null der Verdrängermaschine 8 wird sie mit den Rädern 34,14 über die Schaltkupplungen 33 nach Lösen von der
in Ab- (2) an die Antriebswelle (1) angeschlossen. Bei der
Übersetzung 1 des Koppelgetriebes kann bei synchronen Drehzahlen die Kupplung 30 betätigt und über das
Stellventil 38 die Hoch- und Niederdruckseite des hydrostatischen Getriebes kurzgeschlossen werden
r> Das abtriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe läuft
nun auch als Kupplung um. Zur Rückwärtsfahrt sind die Kupplungen 31, 32 und 19 eingeschaltet. Die Leistungsübertragung
erfolgt dann über das hydrostatische Getriebe, wobei das abtriebssci'igc dreiwellige Umlauf-
JH getriebe als Vorgelege wirkt. Die Fig. 13 bis 19
veranschaulichen die Einstellungen der Verdniiigungsvolumen
der Verdrängermaschinen 7 und 8 vom Reversierbetrieb nach Fig. 13 bis Stillstand nach
Fig. 14 und bei Vorwärt*botneb bis zur Übersetzung 1
.'·> nr\( h Fig. 14 bis 19. In den Einstellungen von Fig. 15bis
19 kann die volle Leistung des Motors, d.h. der Kraftmaschine übertragen werden. In den einzelnen
Figurer sind außerdem jeweils die eingerückten Kupplungen angegeben. Aus den entsprechenden
in Figuren lassen sich auch die notwendigen Umschaltungen
entnehmen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Stufenlos einstellbares leistungsverzweigendes Koppelgetriebe mit mindestens zwei zwischen An-
und Abtriebswelle angeordneten, über eine gemeinsame Zwischenwelle verbundenen dreiwelligen
Umlaufrädergetrieben, die jeweils zwei nicht freie Wellen für den An- und Abtrieb bzw. für die
Verbindung zwischen zwei Umlaufrädergetrieben (Zwischenwelle) und eine dritte, d.h. freie Welle
aufweisen und ferner mit einem einstellbaren zweiwelligen Stellgetriebe mit nahezu iastunabhängiger
Obersetzung, insbesondere einem hydrostatischen Getriebe, wobei zur Schaffung mehrerer
Stellbereiche mehrere Schaltkupplungen vorgesehen sind, von denen je eine zum Koppeln der freien
Wellen jedes Umlaufrädergetriebes dient und wobei in jedem Stellbereich des Koppelgetriebes der
Stellbereich des Stellgetriebes einmal durchfähren wird und die einzelnen Übersetzungen der Rädergetriebe
so abgestimmt sind, daß das Betätigen der Schaltkupplungen ohne Drehmomentunterbrechung
bei Gleichlauf der Kupplungshälften erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, daß,
a) jede freie Welle (3 bzw. 15 bzw. 23) eines jeden der
Umlaufrädergetriebe zwei Schaltkupplungen (6, 12 bzw. 19, 22 bzw. 27, 31) aufweist, über welche die
freie Welle (3, 15, 23) eines jeden Umlaufrädergetriebes wechselweise mit einer von zwei nicht freien
Getriebewellen (Antriebswelle 1, Abtriebswelle 2, Zwischenwdle, z. B. 11) koppelbar ist;
b) daß in jedem Stellbereich eine bzw. mehrere der freien Wellen (3, 15, 23) unmittelbar durch eine
Schaltkupplung (35,30) oder mittelbar über Vorgelegestufen
(4,5,13, 14; 16, 17,18, 20,21; 24,25,26,28,
29) durch eine andere Schaltkupplung (12 bzw. 19 bzw. 27) mit einer der nicht freien Getriebewellen (1
bzw. 2 bzw. Zwischenwelle) gekoppelt ist und eine andere der freien Wellen (3, 15, 23) durch eine
weitere Schaltkupplung (6, 22, 31) über das Stellgetriebe (hydrostatisches Getriebe 7, 8) mittelbar
unter Zwischenschaltung einer Vorgelegestufa (4,5,9,10 bzw. 16,17,18,9,10 bzw. 24, 25, 26, 9,10
bzw. 4, 5, 34, 14 bzw. 16, 17, 18, 37, 21) oder unmittelbar mit einer anderen nicht freien Welle (1,
2, Zwischenwelle) gekoppelt ist.
2. Koppelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die an eine
nicht freie Welle (1, 2, 11) eines dreiwelligen Umlaufgetriebes angeschlossene Verdrängermaschine
(8) bei Erreichen ihres Verdrängungsvolumens Null auf eine andere nicht freie Welle (1,2,11)
eines der dreiwelligen Umlaufgetriebe unter Verwendung von Vorgelegen über weitere Schaltkupplungen
(32,33,36) umschaltbar ist (F i g. 12).
3. Koppelgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise das
Reversieren nur mit dem hydrostatischen Getriebe (7,8) erfolgt, wozu über Vorgelege (14,13 und 9,10)
dessen als Pumpe wirkende Verdrängermaschine (7) mit der An- (1) und dessen als Motor arbeitende
Verdrängermaschine (8) mit der Zwischenwelle (11) bzw. der Abtriebswelle (2) verbunden wird.
4. Koppelgetriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die Hoch-
und Niederdruckseite des hydrostatischen Getriebes (7, 8) kurzschließbar (38) ist, wobei zum Zwanglauf
jeweils die freie Welle (3, 15, 23) über Vorgelege oder unmittelbar mit jeweils einer der nicht freien
Wellen (1, 2, Zwischenwelle) der Umlaufgetriebe gekoppelt sind.
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