DE2719823C2 - Leistungsverzweigendes Getriebe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein leistungsverzweigendes Getriebe, bestehend aus einer hydrostatischen und einer parallel dazu angeordneten hydrodynamischen Getriebeeinheit, welche ausgangsseitig durch eine der Leistungssummierung dienende mechanische Getnebeeinheit miteinander gekoppelt sind.

Ein derartiges Getriebe ist aus der DE-OS 23 54 289 bekanntgeworden. Dieses leistungsverzweigende Getriebe besteht aus einer hydrostatischen und einer hydrodynamischen Getriebeeinheit, welche durch eine mechanische Getriebeeinheit miteinander gekoppelt sind. Diese mechanische Getriebeeinheit besteht aus einem Planetengetriebe. Eine andere Kopplung über ein einfaches Getriebe ist nicht möglich. Für den Betrieb dieses leistungsverzweigenden Getriebes ist eine ganze Reihe von Kupplungen notwendig, die entweder vom Fahrer oder von besonderen Steuergeräten zu schalten sind. Darüber hinaus ist hier auch noch der Funktionswinkel am hydrostatischen Getriebe einzustellen. Es ist somit eine hohe Aufmerksamkeit des Fahrers oder es sind diese Aufmerksamkeit des Fahrers ersetzende aufwendige Steuergeräte erforderlich. Da der Trend in der technischen Entwicklung dahingeht, die Aufmerksamkeit des Fahrers zu entlasten, muß hier ein erheblicher Aufwand für die Steuergeräte getrieben werden.

Getriebe mit hydrodynamischem Antrieb weisen eine Reihe von Nachteilen auf: Das Übersetzungsverhältnis ändert sich mit der Belastung, es kann nicht beliebig geregelt werden. Zum Nachteil ist auch der verhältnismäßig geringe Wirkungsgrad, besonders im Bereich eines größeren Schlupfs im hydrodynamischen Wandler. Manchmal wird auch ihre selbstregelnde Eigenschaft nachteilig. Ihr Vorzug besteht jedoch darin, daß sie bei verhältnismäßig geringen Abmessungen große Leistungen übertragen können und sich für Betriebe mit einer häufigen Belastungsänderung eignen.

Neben dieser Gruppe von Getrieben gibt es eine andere Gruppe, nämlich Getriebe mit Variatorantrieb. Ein Vorteil der Getriebe mit Variatorantrieb besteht in der Möglichkeit einer kontinuierlichen Änderung des Übersetzungsverhältnisses, unabhängig von der Belastung, und in der guten Stabilität des gewählten Übersetzungsverhältnisses bei schwankender Belastung. Ferner weisen sie einen verhältnismäßig guten Wirkungsgrad in einem weiten Regelbereich auf. Ihr Nachteil besteht darin, daß sie außer anderem für das maximale Torsionsmoment dimensioniert sein müssen, das in dem gewünschten Regelbereich auftritt. Eine Folge dieser Tatsache ist der Umstand, daß die Konstruktion der Getriebe mit Variatorantrieb eine Nennleistung aufweist, die bedeutend höher ist als die Nennleistung der Antriebsmaschine oder der angetriebenen Einrichtung. Diesen höheren Nennleistungen entspricht jedoch ein entsprechend größeres Gewicht und der damit verbundene höhere Preis der Einrichtung. Infolge der geringen Ausnutzung der Nennleistung ist auch der Wirkungsgrad kleiner als es der möglichen optimalen Wirkung der Einrichtung entspricht

Aus diesem Grunde werden Getriebe mi Variatorantrieb vorwiegend bei Einrichtungen mit kleineren Nennleistungen oder bei Einrichtungen abgewandt, deren maximales Torsionselement den maximalen Austrittsdrehzahlen proportional ist. Dies ist z. B. bei Pumpen. Ventilatoren, Schiffsantrieben u.a. der Fall. Ihre Anwendung bei mobilen Maschinen, z. B. bei Lokomotiven und Kraftwagen ist wenig effektiv.

Endlich sind auch Bauweisen bekannt, die Getriebe mit einem kombinierten Variator- und hydrodynamischen Antrieb anwenden, wobei die Arbeitsregime der Einrichtung in ein Regime mit einem Variatorantrieb und in ein Regime mit einem hydrodynamischen Antrieb geteilt sind. Diese Kombinationen beseitigen jedoch nicht die oben genannten Nachteile der Antriebe selbst am Austritt des Getriebes.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Vorteil einer Möglichkeit einer kontinuierlichen Änderung des Übersetzungsverhältnisses unabhängig von der Belastung und d-;r guten Stabilität des gewählten Übersetzungsverhältnisses bei schwankender Belastung mit dem Vorteil zu vereinen, die Nennleistung des Getriebes nicht höher auslegen zu müssen als die Nennleistung der Antriebsmaschine.

Die Erfindung besteht darin, daß die der Leistungssummierung dienende mechanische Getriebeeinheit als einfache Übersetzungsstufe ausgebildet ist und der Ausgang der hydrodynamischen Getriebeeinheit über eine Freilaufkupplung mit der Übersetzungsstufe gekoppelt ist.

Der Hauptvorteil dieses Getriebes besteht darin, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangswelle in jedem Betriebspunkt eindeutig durch die Einstellung des hydrostatischen Getriebeteiles festgelegt ist. Damit ergibt sich die Möglichkeit einer genauen Übersetzungssteuerung. Während bei dem eingangs genannten bekannten Getriebe im Anfahrbereich die gesamte Leistung über den hydrodynamischen Wandler erfolgt, die Übersetzung sich also unabhängig von der Belastung selbst einstellt, und auch ab dem Kupplungspunkt des Wandlers, ab dem das hydrostatische Getriebe parallelgeschaltet wird, die sich ergebende Gesamtübersetzung immer noch zu einem gewissen Grad von der Belastung abhängt, ist dieses bei dem erfindungsgemäßen Getriebe nicht der Fall.

Durch die erfindungsgemäße Parallelverbindung der Getriebe mit hydrodynamischem und Variatorantrieb unter Anwendung einer mechanischen Koppelung ihrer Austrittswellen und bei Anwendung einer Freilaufkupplung kann eine Bauweise realisiert werden, die gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine höhere Wirkung gewährleistet. Dies ist durch die ständige Verbesserung der Eingriffseigenschaften der ganzen Einrichtung bei Einhaltung der Abmessungen gegeben, die der maximalen Leistungsübertragung proportional sind. Dadurch wird auch den Ansprüchen an eine Verbesserung des Wirkungsgrades und des Charakters der Übertragung des Torsionsmomentes Genüge geleistet. Dies bringt besondere Vorteile bei Mobilmaschinen, /. B. bei

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Lokomotiven, schweren Kraftwagen u. ä.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein System mit mechanisch gekoppelten Austrittswellen mit der Möglichkeit ihrer Entkoppelung,

Fig.2 den Verlauf von Hauptparanietern des Systems nach Fig. 1.

Das System nach F i g. 1 ist in Blockform dargestellt und besteht aus der Antriebseinheit 1, deren Austrittswelle 10 über die Eingangsübersetzung IGO mit der Eintrittswelle 110 des Getriebes 11 mit Variatorantrieb und mit der Eintrittswelle 120 des Getriebes 12 mit hydrodynamischem Antrieb verbunden ist Ihre Austrittswellen 113 und 127 sind dann durch die Austrittsübersetzung 14 miteinander mechanisch gekoppelt

In der konkreten Anordnung der Fig. 1 ist die Austrittswelle 10 der Antriebseinheit 1 mit der Eintrittswelle 110 des Getriebes 11 mit Variatorantrieb verbunden. Dieses Getriebe 11 besteht aus einer Regelpumpe 111 mit einem nicht eingezeichneten Regelglied, das in verschiedene Lagen mit einem Funktionswinkel φ einstellbar ist. Das Getriebe 11 besteht ferner aus einem Hydromotor 112 mit einer Austrittswelle 113, die mit der angetriebenen Welle 13 des erfindungsgemäßen Getriebes verbunden ist.

Durch das Antriebsrad 101 und das angetriebene Rad 102 ist ferner die Antriebseinheit 1 mit der Eintrittswelle 120 des Getriebes 12 mit hydrodynamischem Antrieb mechanisch gekoppelt Dieser ist über den Antriebsrahmen 121 mit dem Pumpenteil 122 des hydrodynamischen Wandlers verbunden. Sein Turbinenteil 123 ist mit der Austrittswelle 127 und sein Reaktor 124 über die Freilaufkupplung 125 mit dem festen Rahmen 126 des Getriebes verbunden. An der Austrittswelle 127 ist mittels der Freilaufkupplung 141 das Antriebsrad 142 gelagert, das mit dem angetriebenen Rad 143 der Austrittsübersetzung 14 in Eingriff steht. Das angetriebene Rad 143 ist auf der angetriebenen Welle 13 des gesamten Getriebes gelagert.

In F i g. 2 ist ein Abhängigkeit von der Drehzahl η der angetriebenen Welle 13 der Verlauf des Druckes ρ des Betriebsmediums im Getriebe 11 mit Variatorantrieb, die Muitiplizität M des Moments mit Veranschaulichung des Verlaufs des Teilmoments H 3 des hydrostat!- sehen Teiles des Getriebes und endlich der Verlauf des Gesamtwirkungsgrades η des Getriebes dargestellt. Gestrichelt ist der Vrrlauf des Wirkungsgrades % des Variatorantriebes selbst beziehungsweise der notige Verlauf des Druckes ρ für den Fall veranschaulicht, falls er als einzige Einheit des Getriebes verwendet wäre und daher in vollem Maße auch das Anlauftorsionsmoment übertragen sollte.

Die Arbeitsweise des Getriebes nach F i g. 1 ist folgende: Zu Beginn des Anlaufens ist der Funktionswir.kel ε des Regelelements der Regelpumpe 111, z. B, gleich dem Neigungswinkel der schwenkbaren Stützplatte einer radialen mehrzylindrigen Kolbenpumpe, gleich Null. Auch die Drehzahl n der angetriebenen Welle 13 ist gleich Null. Dabei sind der Druck ρ im System und ω die Muitiplizität M_s des hydraulischen Teiles minimal, wie in F i g. 2 angedeutet ist. Gleichzeitig wird jedoch über die Eintrittsübersetzung 100, die Eintrittswelle 120 und den Antriebsrahmen 121 der Pumpenteil 122 des Getriebes 12 mit hydrodynamischem Antrieb angetrieben. Der Turbinenteil 123 ist durch die Austrittswelle 127 und die Austrittsübersetzung 14 mit der angetriebenen Welle 13 gekoppelt. Er weist daher auch eine Drehzahl vom Nullwert auf, so daß das Oetriebe 12 mit dem hydrodynamischen Wandler seine maximale Muitiplizität des Moments aufweist, wie aus dem Verlauf der Kurve M in F i g. 2 ersichtlich ist Dies bedeutet daß das Torsionsrnoment von der Antriebseinheit 1 auf die angetriebene Welle des Getriebes 11 mit der maximal möglichen Muitiplizität übertragen wird Die Bedinungen für das Anfahren einer mobilen Einheit mit dem erfindungsgemäßen Getriebe sind deshalb optimal.

Durch Vergrößerung des Funktionswinkels φ wird auch die Menge des Arbeitsmediums vergrößert die von der Regelpumpe 111 des Hydromotors 112 geliefert wird. Dadurch wird die Drehzahl π der angetriebenen Welle des Getriebes 11 vergrößert, und infolge der Verbindung durch die Austrittsübersetzung sinkt die Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpenteil 122 und dem Turbinenteil 123 des Getriebes 12 ab. Dadurch wird gleichzeitig auch die Muitiplizität M des Moments des Getriebes 12 geringer. Gleichzeitig steigt der Druck ρ des hydrostatischen Systems an, das der Kurve des Teilmoments Ms entsprechend einen Teil des Torsionsmoments überträgt Das hydrostatische System übernimmt beim Ansteigen des Funktionswinkels φ, d. i. beim Anstieg der Drehzahl n, einen stets anwachsenden Anteil des Torsionsmoments.

Bei einer bestimmten Drehzahl n_o wird die Drehzahl des Pumpenteils 122 und des Turbinenteils 123 des Getriebes 12 mit hydrodynamischem Antrieb gleich. Dieses hört auf, zu multiplizieren und das Torsionsmoment von der Austrittswelle 10 der Antriebseinheit 1 zu übertragen. Das Torsionsmoment wird dann durch das Getriebe 11 mit Variatorantrieb voll übertragen.

Bei einer weiteren Vergrößerung des Funktionswinkels φ steigt die Drehzahl n so an, daß sich das Antriebsrad 142 der Austrittsübersetzung 14 schneller dreht als die Austrittswelle 127. In diesem Falle tritt die Freilaufkupplung 141 in Tätigkeit, und die vorhergehende mechanische Koppelung der Austrittswellen 113 und 127 wird aufgehoben.

Die Drehzahlen P₀, bei denen die Gleichheit der Drehzahlen der genannten Teile des Getriebes 12 mit hydrodynamischer Übersetzung eintritt, können durch Wahl der Übersetzungen des Antriebsrades 101 und des angetriebenen Rades 102 beziehungsweise 142 und 143 so bestimmt werden, daß der minimale Verlauf des Wirkungsgrades ifr des Variatorantriebes, eventuell der gewünschte maximale Druck ρ max. des Systems sichergestellt ist.

Es ist auch möglich, die Drehzahlen n_o so zu wählen, daß sie den maximalen Drehzahlen der Austrittswelle 113 des Getriebes gleich sind, so daß die Koordinate n_o in F i g. 2 bis zum rechten Rand des Diagrammes verschoben wird. In diesem Falle wird eine dauernde Zusammenarbeit der beiden Teilgetriebe erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Leistungsverzweigendes Getriebe, bestehend aus einer hydrostatischen und einer parallel dazu angeordneten hydrodynamischen Getriebeeinheit, welche ausgangsseitig durch eine der Leistungssummierung dienende mechanische Getriebeeinheit miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leistungssummierung dienende mechanische Getriebeeinheit (14) als einfache Übersetzungsstufe ausgebildet ist und der Ausgang der hydrodynamischen Getriebeeinheit (12) über eine Freilaufkupplung (141) mit der Übersetzungsstufe gekoppelt ist.