DE2757426A1

DE2757426A1 - Drehmomentenwandlersystem

Info

Publication number: DE2757426A1
Application number: DE19772757426
Authority: DE
Inventors: Peter James Gibson
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1978-06-29
Also published as: GB1582430A; FR2375512B1; FR2375512A1; IN147591B; US4232570A

Description

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2757Α26

M. 611

Augsburg, den 19. Dezember 1977

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London SWl, England

Drehmomentenwandlersystem

Die Erfindung betrifft ein Drehmomentenwandlersystem mit veränderlichem übersetzungsverhältnis nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Dabei handelt es sich um ein Wandlersystem, das eine gesteuerte, stufenlose Verstellung des übersetzungsver-

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hältnisses über den gesamten Bereich eines herkömmlichen Getriebes mit abgestuften Übersetzungsverhältnissen ermöglicht. Das erfindungsgemäße Wandlersystem ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich in motorgetriebenen Fahrzeugen anwendbar.

Die Vorteile von Drehmomentenwandlersystemen mit stufenlos veränderbarem übersetzungsverhältnis sind allgemein bekannt. Zu diesen Vorteilen gehören ein hoher Ausnutzungsgrad der Antriebsenergie, die Vermeidung unerwünschter plötzlicher Änderungen der Antriebsmaschinendrehzahl und ein schnelles Beschleunigungsvermögen. Es ist bereits eine große Anzahl derartiger Wandlersysteme bekannt, von denen viele aus zwei miteinander zusammenwirkenden Wandleruntersystemen zusammengesetzt sind. Dabei ist bei dem einen Untersystem das übersetzungsverhältnis stufig veränderbar, während bei dem anderen Untersystem das übersetzungsverhältnis stufenlos innerhalb eines begrenzten Bereiches veränderbar ist, der die Stufensprünge zwischen den möglichen übersetzungsverhältnisen des stufig verstellbaren Untersystems überspannt. Bei der Mehrzahl dieser bekannten Wandlersysteme macht die zwischen den beiden Untersystemen erforderliche komplizierte Verkettung eine integrierte und teuere Konstruktion erforderlich, bei welcher die

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Verwendung üblicher Baugruppen nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wandlersystem der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ein Untersystem mit stufenlos verstellbarem übersetzungsverhältnis mit einem herkömmlichen Getriebe mit stufig veränderbarem Übersetzungsverhältnis, beispielsweise einem Fahrzeuggetriebe, so verkettet werden kann, daß man einen kontinuierlich veränderlichen, zwischen den fest abgestuften Übersetzungsverhältnissen des Getriebes sowie unterhalb und oberhalb derselben verlaufenden Übersetzungsbereich erhält. Außerdem soll eine Synchronisation aller Getriebegänge erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Bei dem genannten Getriebe mit stufig veränderbarem übersetzungsverhältnis kann es sich um ein herkömmliches Schaltgetriebe handeln.

Das Planetengetriebe kann ein Sonnenrad, einen zwei oder mehr Planetenräder tragenden Planetenradträger und ein Außenrad aufweisen, wobei die Anordnung vorzugsweise

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so getroffen ist, daß das Sonnenrad und der Planetenradträger jeweils eines der beiden Eingangsglieder und das Außenrad das Ausgangsglied des Planetengetriebes bilden.

Das stufenlos verstellbare Untersystem kann ein hydrostatischer Wandler sein, der eine leistungsveränderliche Hydraulikpumpe, die entweder unmittelbar oder über das Ausgangsglied des Planetengetriebes mittelbar von der Antriebsmaschine angetrieben wird, und einen damit hydraulisch gekuppelten Hydraulikmotor mit fester Leistung aufweisen, dessen Abtriebswelle in Triebverbindung mit einem der beiden Eingangsglieder des Planetengetriebes steht. Die Hydraulikpumpe weist vorzugsweise einen derart veränderlichen Leistungsbereich auf, daß sich ein kontinuierlicher Übersetzungsbereich dieses Untersystems ergibt, der den größten Stufensprung zwischen den möglichen Übersetzungsverhältnissen des dem Ausgangsglied des Planetengetriebes nachgeschalteten weiteren Getriebes überdeckt. Dabei ergibt sich als weiterer Vorteil, daß sich bei geeigneten Einstellungen innerhalb des Übersetzungsbereiches das abgestufte Getriebe ohne Änderung der Gesamtdrehzahlübersetzung und bei nur kurzzeitiger Unterbrechung der Leistungsübertragung synchronisiert schalten läßt.

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Eine gesonderte Steuerung des stufenlos verstellbaren Untersystems kann bei einer geübten Bedienungsperson von Hand erfolgen. Einen besseren Wirkungsgrad erreicht man jedoch, wenn diese Steuerung mittels eines Steuersystems erfolgt, das auch jeweils die anderen üblichen variablen Parameter des Wandlersystems steuert, d. h. die Drehzahl der Antriebsmaschine, das jeweilige Übersetzungsverhältnis des herkömmlichen abgestuften Getriebes und die Betätigung einer Kupplung, die zwischen der Antriebsmaschine und dem von dieser unmittelbar antreibbaren Eingangsglied des Planetengetriebes angeordnet sein kann. Die jeweils richtige Wahl bzw. Steuerung dieser variablen Parameter erfolgt dann durch das Steuersystem in Abhängigkeit von einem einzigen, von der Bedienungsperson gegebenen Steuersignal.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

Drehmomentenwandlersystems nach der Erfindung,

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Fig. 2 eine Darstellung eines manuell

steuerbaren Wandlersystems der in Pig. I gezeigten Art,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der

Arbeitskennlinien des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Wandlersystems im Zusammenhang mit einem bestimmten Schaltgetriebe,

Fig. 4 eine Darstellung eines automatisch

gesteuerten Wandlersystems der in Fig. 1 gezeigten Art,

Fig. 5 ein Steuersystem zur Steuerung des

in Fig. 4 dargestellten Wandlersystems,

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das die Arbeits

weise des in Fig. 5 dargestellten Steuersystems zeigt, und

Fig. 7 eine Logikschaltung zur Ausführung

des durch Fig. 6 dargestellten Programms.

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!.ei den. in i'ii;. 1 dargestellten brehiaomentenwaudlersystem wiru eine ^in,;an_oswe He I eines herkömmlichen ..'chalt^etrieoes 2 mit der resultierenden Ausgangsdrehzanl eines Planetenjjetriebes -j angetrieben, die sich aus den i.;rciizahlen zv.eier Linj.an^swe Ilen 3 unu h des Planetengetriebe s ergibt.

Das Planetengetriebe 5 besteht aus einen Auloenract 6, '.velciies das Aus; ;an_t;o._;licd des Planten^etrieues bildet, v.'eiter au." eine:;: Planetenrautrü._oer 8 mit zwei Planetenrädcrn 7 und aus eineni Llonnenrad 9. iJer Planetenradträfrjer 8 bildet ein erstes üingaiitiSglieü und das Sonnenrau 9 ein zweites ΐ^ϊη^ηηjs[;lied des Planetengeti-iebes o. Das Aui-^;>enrad b ist auf der i'.in_tjan^;s\velle 1 des ochalt- ;ctriebes 2 montiert, wanrenu der Planetenrautra_oer b auf der einen nint;ani.;swelle 3 des Planeten^etriebes uiid das Jonnenrad ) auf der anderen Kin[;an{_;swelle k des Planetengetriebe^ montiert ist, die als ilohlwelle ausiseoildet ist und die genannte eine, konzentrisch darin ;_jelagerte i!iin_L;an_L;swelle 3 aui'niiamt.

Dei de i-Jin_tr.anüsv;ellen 3 und k des Planetencetriebes ^ iverden von einer Antriebsmaschine angetrieben, bei welcner es sich beim vorliegenden Ausrührungsbeispiel um eine herküminliche l'alirzeu^antriebsmaschine lü iiandelt. babei

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wird die Ein;jan^3welle 3 unmittelbar über eine kupplung H und die liingancswelle U über eine hydrostatiscne ..'aiialereinneit mittelbar antjetrieben. Die nydrostatiscne '.; analereinheit besteht aus einer leistungsveründerlicnen üvaraulikpumpe 12 mit zv;ei Stromungsrichtungen und einem iiydraulikmotor 13 mit fester Leistung, der über uydraulii;-leitunken Kl und il2 mit der Hydraulikpumpe 12 verbunden ist. Die Abtriebswelle lU des llydrauliKi.iotors 13 ist über ein Stirnräderpaar 13, 16 mit der zweiten ^in_t:;an_oswelle 4 des Planetengetriebes gekuppelt.

Die Steuerung des Wandlersystems erfolgt üb^r vier oteuerverbindungen Cl bis CU, die jeweils manuell oder mittels eines Steuersystems 17 oetütigbar sind, welch letzteres vom Fahrzeuglenker über eine einzige Steuervarbindung U'3 angesteuert wird. Die 3teuerverbindungen Cl bis C¹J dienen zur Leistungseinstellung der iiydraulikpumpe 12, zur Steuerung des Ausgangsdrehmoments der Antriebsmaschine Iu, zur Betätigung der Kupplung, 11 und zur Wahl des Übersetzungsverhältnisses bzw. der üetriebegänge des Schaltgetriebes 2.

Eine einfache, von Hand betätigbare Ausführungsform des Wandlersystems ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden alle vier Steuerverbindungen Cl bis CU

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'?. 7 5 7 4 2

Lu>er damit verbundene nerkö;nmi±che Lteueror^aiie, nämlicn ein Gaspeuai 2u, ein Kupplungspedal 21, einen .jchalthebol 22 sowie einer; zusätzlichen steuerhebel 2ji zur steuerung der Verdrängung lsi ο tun,_:; der iiyuraulikpurnpe Id einzeln vorn raiiror des raarzeu^j ueaufscnla^t. Die arueitsweise dieser Anordnung v/ira nachstexTena näher üesclirieben.

bei ein^e-'^cicter Kubplun₍_; 11 treibt uie Antrieba-(üascnine 10 die .',in_tjan^3',velle 3 und den damit verbundenen !•'lanetenradträj^er & des Ί-laneten_tetriebeo 'j i:iit der !■!aschinendrehzaiii an. lot die Verdr;i.n<-:unij;3leiatune> eier verstellbaren HydrauliK.purr.pe 12 aui' null eingestellt, dreht sich die Abtriebswelle Ik des Hydraulikmotors Ij3 nicht und es findet demzufolge Keine urehurit, üer otirnräder 15 und 16, der Lin^an^svielle k und des damit verbundenen Sonnenrades 9 des Planeten^etriebes statt» Das Auioenrad 6 dreht sich doshalb mit einer Drenzanl, die nur von der UmIaufarehza.nl der Planetenräder 7 um das stillstehende oonnenrad 9 nerurn aonän^i^ ist. wenn nun eine Verstellung im Sinne einer Erhöhung der Verdrängungsleistung der Hydraulikpumpe 12 entweder in positiver oder negativer Strömunsrichtung erfolgt, dreht sich die Abtriebswelle Ik des hydraulikmotors Ij) entv/eder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn, nine Drenung der Abtriebswelle Ik in der gleichen Drenrichtune;

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ν;ic die jOin^a.n;.;sv;elle 3 des Γlanetengetricbes ^lj bewirbt über das .Jtirnräderpaar 1L> und Io eins Drehung der bin:;an ;av;elle 4 des Planetengetriebes in der entgegengesetzten Drenrichtung, so daß sich das uonnenrad j entgegen der Drenrichtung des Planetenradträgers ο areht. Dadurch wird die Aus^angsdrehzahl des Auiuenraues υ eruüht. umgekehrt fülirt eine Drehung der Abtriebswelle I^ ent^e.'ien der Dreh richtung der hin^an^sv/elle 3 zur Verminderung; der AuStiaiioSdrehzahi des Auijenrades 6.

Der über die direkte mechanische Abtriebskette am Au.'oenrad 6 erzeugten Au3;^an-;sdrehzahl wird also eine hydrostatisch erzeugte Drehzahl überlagert, und die resultierende Drehzahl wird auf die iiingan&swelle 1 des ochaltgetriebes 2 übertragen, über die jeweils wirksame Getriebekette aes Schaltgetriebes 2 wird die Drehbewegung auf die Aus^jangsv/clle 2'I und die nicht gezeigten i'anrzeuj räder übertragen.

Der Kesarnte Drenzahländerungsbereicli des hyarostatiscaen Wandlers, der durch Veränderung der liydraulikstrümunii in dein die i'urnpe 12 und den ilydrauliKinotor 13 umfassenden ilyaraulikkreis zviischen maximaler positiver n^ und maximaler· negativer otrümung verfügbar ist,

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ist so gewählt, daß er den größten Stufensprung des Schaltgetriebes 2 überdeckt. Die Drehzahl der Ausgangswelle 24 kann folglich über die Steuerverbindung Cl für jeden Gang des Schaltgetriebes 2 bei konstanter Antriebsmaschinendrehzahl stufenlos über den gesamten Verstellbereich des hydrostatischen Wandlers hinweg erhöht werden. Ist in einem bestimmten Gang die maximale Drehzahl des Verstellbereiches des hydrostatischen Wandlers erreicht, wird die Kupplung 11 über die Steuerverbindung C3 ausgerückt und der betreffende Gang des Schaltgetriebes 2 über die Steuerverbindung C¹J herausgenommen. Sodann wird die Drehzahl der Eingangswelle 1 des Schaltgetriebes herabgesetzt, indem der hydrostatische Wandler über die Steuerverbindung Cl zur unteren Grenze des Verstellbereiches hin verstellt wird, wobei ein Punkt erreicht wird, bei welchem der nächsthöhere Gang des Schaltgetriebes 2 im Synchronzustand eingelegt werden kann. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Gang.

Die Arbeitskennlinie des Wandlersystems im Zusammenhang mit einem bestimmten Schaltgetriebe und einem bestimmten Planetenradgetriebe ist in Fig. 3 gezeigt. Diese graphische Darstellung verdeutlicht die Beeinflussung der Drehzahl der Ausgangswelle 2 4 durch Verstellung des hydrostatischen Wandlers innerhalb seines vollen Verstell-

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bereiches zwischen plus 100 % und minus 100 % der Wandlerabtriebsdrehzahl bei konstanter Antriebsmaschinendrehzahl für jeden Gang des Schaltgetriebes. Die Drehzahl der Ausgangswelle ist in Prozent der Antriebsmaschinendrehzahl ausgedrückt. Das zugrundegelegte Schaltgetriebe besitzt 5 Gänge mit den übersetzungsverhältnisen 8 : 1 (1. Gang), 4,5 : 1 (2. Gang), 2,7 : 1 (3. Gang), 1,6 : 1 (2. Gang) und 1 : 1 (5. Gang). Zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang tritt der größte Stufensprung von 1,778 auf und folglich muß mittels des hydrostatischen Wandlers eine Veränderung des übersetzungsverhältnises im Bereich von 1 bis 1,778 möglich sein, d. h. eine Drehzahländerung von plus oder minus 28 % von dem Mittelwert 1,389 des übersetzungsverhältnises ausgehend. Dazu findet ein Planetengetriebe Anwendung, bei welchem das Außenrad 95 Zähne, das Sonnenrad 37 Zähne und die Planetenräder jeweils 29 Zähne aufweisen und die maximale Drehzahl des Sonnenrades gleich der Antriebsmaschinendrehzahl ist.

Bei dieser Anordnung kann ein Schalten der Getriebegänge im Synchronzustand innerhalb folgender Abschnitte des hydrostatischen Verstellbereiches erfolgen:

a) von dem mit plus 100 % drehenden ersten Gang in den mit minus 100 % drehenden zweiten Gang,

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b) von dem mit zwischen plus 71,** % und plus 100 % drehenden zweiten Gang in den mit zwischen minus 100 % und minus 86 % drehenden dritten Gang,

c) von dem mit zwischen plus 68 % und plus 100 % drehenden dritten Gang in den mit zwischen minus 100 % und minus 83 % drehenden vierten Gang, und

d) von dem mit zwischen plus 53 % und plus 100 % drehenden vierten Gang in den mit zwischen minus 100 % und minus 70 % drehenden fünften Gang.

Diese im Synchronzustand schaltbaren Bereiche sind in Fig. 3 schraffiert dargestellt. Zur Erzielung des größtmöglichen Gesamtwirkungsgrades sollten die oberen Gänge jeweils so spät wie möglich geschaltet werden, da bei negativem übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Wandlers eine Energierezirkulation auftritt.

Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß bei mit plus 100 % hydrostatischer Übersetzung laufendem fünften Gang ein beträchtliches Gesamtübersetzungsverhältnis von 0,52 : 1 erzielt wird, weshalb gewünschtenfalls ein Reduziergetriebe vorgesehen sein kann.

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Zur Darstellung der Energiebedarfsverhältnisse des hydrostatischen Untersystems des erfindungsgemäßen Wandlersystems wird nachstehend seine Anwendung bei einem 3Ot- Lastwagen erörtert. Der zugrunde ge legte Lastwagen verfügt über einen Dieselmotor mit einer maximalen Leistung von 2O¹J PS bei 2100 U/min und mit einem maximalen Drehmoment von 8,1 kpm bei 1350 U/min. Das Neunganggetriebe dieses Lastwagens weist einen größten Stufensprung von 1,36 auf. Der hydrostatische Wandler, d. h. die Pumpe 12 und der Hydraulikmotor 13 müssen also in der Lage sein, einen Änderungsbereich des Übersetzungsverhältnisses zwischen 1 und 1,36 zu ermöglichen, wobei der Mittelwert 1,18 beträgt, d. h. der Änderungsbereich muß sich von minus 15 % bis plus 15 % von diesem Mittelwert erstrecken. Durch diesen Änderungsbereich wird auch der Gesamtdrehzahlbereich des Wandlersystems vergrößert, wobei die maximale Abtriebsdrehzahl im fünften Gang um den Faktor 1,36 vergrößert wird.

Das Drehmoment an der Abtriebswelle I¹I des Hydraulikmotors 13 ist proportional zu dem Drehmoment an der Eingangswelle 1 des Schaltgetriebes, die bei allen Übersetzungsverhältnissen eine konstante Leistung überträgt, so daß das ungünstigste Drehmoment bei der geringsten Drehzahl der Eingangswelle 1 auftritt, das bei diesem Beispiel 15 % des Antriebsmaschinendrehmoments bei 2100 U/min beträgt.

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Folglich müssen die Pumpe 12 und der Hydraulikmotor 13 für eine Übertragung einer maximalen Leistung von etwa 35 PS ausgelegt sein.

Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß auch andere Anordnungen nach der Erfindung möglich sind und weitere Verfeinerungen des grundsätzlichen Wandlersystems zur Verbesserung der Leistungsverhältnisse vorgenommen werden können.

Einige Beispiele für derartige Verfeinerungen sind in dem in Fig. 4 dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiel des grundsätzlichen V/ and ler sy stems enthalten. Bei Dieser Anordnung sind die Grundkomponenten mit denen der vorher beschriebenen Anordnung identisch und es ist zusätzlich ein Steuersystem 17 vorgesehen, das vom Fahrer über das Gaspedal 20 und eine Steuerverbindung C5 gesteuert wird. Eine Steuerverbindung C6 zwischen dem Steuersystem 17 und der Antriebsmaschine 10 dient zur Rückmeldung der Antriebsmaschinendrehzahl und zur Regulierung der Drosselklappenstellung, um konstante Antriebsmaschinen betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten. Weitere zusätzliche Ausgestaltungen werden nachstehend erläutert.

Eine weitere, vom Steuersystem 17 ausgehende Steuer-

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verbindung C7 dient zur Betätigung einer Bremse 40, welche auf die Abtriebswelle 14 des Hydraulikmotors 13 wirkt. Mit dieser Bremse kann sichergestellt werden, daß die Abtriebswelle I¹I und folglich die Eingangswelle 4 des Planetengetriebes 5 und das daran angeordnete Sonnenrad y tatsächlich im Stillstand bleiben, wenn die Pumpe 13 auf Nullverdrängung eingestellt ist, d. h. der hydrostatische Wandler auf die Mitte seines Verstellbereiches eingestellt ist. Es wird also eine geringfügige Drehung der Abtriebswelle 14 unterbunden, die sonst infolge von Leckströmungen im Hydraulikkreis zwischen der Pumpe 12 und dem Hydraulikmotor 13 auftreten könnte. Gewisse Reibungsverluste können ebenfalls durch diese Bremse ausgeschaltet werden. Alternativ dazu kann die Bremse 40 unmittelbar auf die Eingangswelle 4 v/irken.

Eine weitere Wirkungsgradverbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß eine Sperrklinken-Einwegkupplung 4l oder eine änderte Einwegkupplung zwischen den Eingangswellen 3 und 4 angeordnet wird, die eingreift, wenn die beiden Eingangswellen sich in der gleichen Drehrichtung und mit der gleichen Drehzahl drehen, d. h. wenn die Pumpe 12 an der unteren Grenze des hydrostatischen Drehzahlverstellbereiches arbeitet. Die Einwegkupplung 4l verhindert dann, daß die Eingangswelle 4 sich schneller

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als die Eingangswelle 3 drehen kann und bewirkt dadurch eine direkte mechanische Kupplung zwischen der Antriebsraascnine und dem Schaltgetriebe, wodurch sämtliche Belastung vom Hydraulikmotor 13 weggenommen wird.

Die Sperrklinken-Einwegkupplung 41 ermöglicht auch eine übertragung eines Antriebsdrehmoments nur über den hydrostatischen Wandler und die Eingangswelle 4, wenn die Kupplung 11 ausgerückt ist. Diese Art der Drehmomentübertragung kann vorteilhaft sein, wenn das fahrzeug aus dem Stand in Bewegung versetzt wird. In diesem Fall kann für die Kupplung 11 anstelle der bei der Anordnung nach Jt/ig. verwendeten Reibkupplung eine verhältnismäßig billige Klauenkupplung Anwendung finden.

Eine weitere Sperrklinken-Einwegkupplung 42 zwischen dem die Antriebsmaschine haltenden Rahmen 43 und der Eingangswelle 3 ist ebenfalls vorteilhaft, wenn eine übertragung des Antriebsdrehmoments ausschließlich über den hydrostatischen V/andler stattfindet. Diese Einwegkupplung verhindert eine Rückwärts drehung der Eingangswelle 3 nut der Eingangswelle 4 bei ausgerückter Kupplung 11, so daß eine viel größere Drehzahlverringerung während der Betriebsart mit rein hydrostatischer Drehmomentübertragung möglich ist.

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Selbstverständlich müssen, wenn die Vorteile der eben erwähnten Möglichkeit der rein hydrostatischen Drehmomentübertragung ausgenützt werden sollen, die Pumpe 12 und der Hydraulikmotor 13 zur übertragung einer beträchtlich größeren Leistung als beim oben beschriebenen Beispiel in der Lage sein. Die erforderliche übertragbare Leistung ist im Idealfall gleich der mit dem größten Stufensprung des Schaltgetriebes multiplizierten Antriebsmaschinenleistung.

Ein weiterer Vorteil, der sich durch kombinierte Anwendung der Bremse ¹IO und der Sperrklinken-Einwegkupplung 41 unter der Steuerung des Steuersystems 17 erzielen läßt, ist größere Wirtschaftlichkeit im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch. Das Steuersystem 17 kann so ausgelegt sein, daß die Antriebsmaschine stets in ihrem vorteilhaftesten Drehzahlbereich betrieben wird und kleine Abweichungen der Antriebsmaschinendrehzahl nur dazu zugelassen werden, um die Bereiche des hohen Wirkungsgrades auszudehnen, der bei einer Antriebsübertragung durch direkte mechanische Kupplung auftritt. Diese Bereiche hohen Wirkungsgrades treten auf, wenn die Pumpe 12 stillsteht und die Bremse ¹IO eine Drehung der Eingangswelle 4 verhindert, und auch wenn die Pumpe 12 an der unteren Grenze des hydrostatischen Drehzahlverstellbereiches arbeitet und die Einwegkupplung ¹Il die beiden Eingangswellen 3 und 4

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miteinander verriegelt.

Das Steuersystem 17 der in Fig. k gezeigten Anordnung arbeitet elektrisch und weist eine logische Schaltung auf, mit welcher für jeden veränderlichen Parameter des Wandlersystems ein Betätigungsorgan und ein Kuckmeldeorgan in geeignet Weise verbunden ist, so daß stets ein optimaler Betrieb des Wandlersystems erzielt wird.

Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Steuersystems . ist in Fig. 5 gezeigt. Ein Drehzahlanforderungssignal, das vom Fahrer des Fahrzeugs gegeben wird, wird einem logischen Regler 50 über einen ί-iodifikator 51 zugeführt. Die mathematische Funktion, nach welcher dieser Hodifikator arbeitet, ist derart ausgewählt, daß stets ein den Kraftstoffverbrauch minimal haltendes Drehzahl-Drehmoment-Verhältnis der Antriebsmaschine gewählt wird. Außerdem bewirkt der Modifikator 51 eine Verzögerung, die sicherstellt, daß die nnderungsgeschwindigkeit der vom Regler 50 verlangten Antriebsmaschinendrehzahländerung den für die Antriebsmaschine im Nullastzustand verfügbaren Maximalwert nicht übersteigen kann.

Die verlangte Drehzahl wird vom Kegler 50 mit der tatsächlichen Drehzahl der Antriebsmaschine 10 verglichen,

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die mittels eines Drehzahlmessers 52 gemessen wird, der als Tachogenerator oder als magnetischer Aufnehmer ausgebildet sein kann. Der Regler 50 führt dann die erforderlichen logischen Schritte aus, um in der richtigen Reihenfolge und in der richtigen zeitlichen Folge die verschiedenen variablen Parameter des Wandlersystems zu verstellen, d. h. die Verdrängungsleistung der Pumpe 12 über ein Betätigungsorgan 53, das Übersetzungsverhältnis bzw. den Gang des Schaltgetriebes 2 über ein Betätigungsorgan 5^» das Ein- oder Ausrücken der Kupplung 11 über ein Betätigungsorgan 55 und die Drosselklappeneinstellung der Antriebsmaschine 10 über ein Betätigungsorgan 5ό, und die jeweils herrschenden Bedingungen oezüglich der drei erstgenannten Parameter werden dem Regler 50 jeweils über Rückführungsschleifen von dem betreffenden Betätigungsorgan rückgemeldet.

Bei diesem Beispiel sind die Betätigungsorgane 53» 5¹J, 55 und 56 elektrisch gesteuerte Hydraulikkolben. Durch den Regler 50 können auch noch weitere Betätigungsorgane gesteuert werden, um weitere variable Parameter des Wandlersystems, beispielsweise die oben anhand von Fig. 4 erwähnte Bremse zu steuern. Gewünschtenfalls kann für jeden variablen Parameter des Wandlersystems mit Hilfe jeweils eines zusätzlichen Eingangs des Reglers 50 eine manuelle Übersteuerung vorgesehen sein.

Ein Beispiel der vom Regler 50 zur Erzielung einer effektiven Antriebsübertragung auszuführenden logischen Programmfolge ist in Fig. 6 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Dazu kann eine entsprechend ausgelegte Logikschaltung beispielsweise der in Fig. 7 dargestellten Form oder alternativ dazu ein entsprechend programmierter Mikrorechner Anwendung finden.

Für das Steuersystem des Wandlersystems sind ebenso wie für dessen mechanische Komponeneten zahlreiche weitere Anordnungen möglich, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip arbeiten und die besonderen Vorteile eines hohen Wirkungsgrades und vergleichsweise niedriger Kosten bieten. Die Kosten sind deshalb niedrig, weil übliche Schaltgetriebe benützt werden können und auch weil die hydrostatischen Wandlerkomponenten klein sind und typischerweise nur etwa 20 % der Antriebsmaschinenleistung übertragen. Aus dem gleichen Grund ist der Wirkungsgrad hoch, wobei die hydraulischen Verluste eine Funktion des nur kleinen Anteils der insgesamt übertragenen Leistung darstellen,

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Claims

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Patentansprüche

) Drehmomentenwandlersystem mit veränderlichem übersetzungsverhältnis, mit einem Planetengetriebe, das zwei Eingangsglieder und ein Ausgangsglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eines (8) der beiden Eingangsglieder (8, 9) des Planetengetriebes (5) unmittelbar von einer Antriebsmaschine (10) antreibbar una das andere (9) der beiden Eingangsglieder mittelbar über ein Viandleruntersystem (12, ₁₃₎ ^ _stufenlos verstellbarem übersetzungsverhältnis antreibbar ist und daß das Ausgangsglied (6) des Planetengetriebes ein ihm nacngeschaltetes weiteres Getriebe mit stufig veränderlichem übersetzungsverhältnis antreibt.
2. Wandlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eingangsglieder des Planetengetriebes (5) der Planetenradträger (8) und das Sonnenrad (9) sind und daß das Ausgangsglied das Außenrad (6) des Planetengetriebes ist.
3. Wandlersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der tJbersetzungsverstellbereich des stufenlos verstellbaren Wandleruntersystems (12, I₃) _in wesentlichen gleich dem größten Stufensprung zwischen den

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möglichen "Übersetzungsverhältnissen des weiteren (je.triebes (2) ist.
4. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stufenlos verstellbare Wandleruntersystem (12, 13) ein hydrostatischer Wandler ist.
5. Wandlersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Wandleruntersystem (12, 13) eine Pumpe (12) mit variabler Verdrängung und einen damit hydraulisch verbundenen Motor (13) mit fester Verdrängung aufweist.
6. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eine, unmittelbar von der Antriebsmaschine (10) antreibbare Eingangsglied (8) des Planetengetriebes (5) mittels einer Kupplung (11) von der Antriebsmaschine trennbar ist.
7. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Eingangsgliedern (8, 9) des Planetengetriebes (5) eine Sperrklinken-Einwegkupplung (4l) angeordnet ist.
8. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das eine, unmittelbar

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von der Antriebsmaschine (10) antreibbare Eingangsglied (8) des Planetengetriebes (5) und das die Antriebsmaschine tragende Gestell eine Sperrklinken-Einwegkupplung (42) geschaltet ist.
9. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Steuersystem (17) zur Steuerung mehrerer variabler Parameter des Wandlersystems in Abhängigkeit von einem einzigen eingegebenen Steuersignal.
10. Wandlersystem nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersytem (17) den einzelnen variablen Parametern zugeordnete Rückmeldeeinrichtungen (52) und eine logische Schaltung (50) aufweist, welche das eingegebene Steuersignal mit den von den Rückmeldeeinrichtungen zugeführten, augenblicklich herrschenden Parameterwerten vergleicht und die einzelnen variablen Parameter in Abhängigkeit von der Abweichung des Sollzustandes vom Istzustand über Betätigungseinrichtungen (53 bis 56) steuert.
11. Wandlersystem nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem (17) den einzelnen variablen Parametern zugeordnete Rückmeldeeinrichtungen (52) und einen Mikrorechner (50) aufweist, der das eingegebene

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Steuersignal mit den jeweils durch die Rückmeldeeinrichtungen zugeführten, augenblicklich herrschenden Parameterwerten vergleicht und in Abhängigkeit von der Abweichung des Sollzustandes vom Istzustand die variablen Parameter über Betätigungseinrichtungen (53 bis 56) steuert.
12. Wandlersystem nach Anspruch 6 und Anspruch oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter die Antriebsmaschinendrehzahl, der Zustand der Kupplung (11), das übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Wandleruntersystems (12, 13) und das jeweilige übersetzungsverhältnis des abgestuften Getriebes (2) sind.
13. Wandlersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtungen (53 bis 56) jeweils elektrisch gesteuerte Hydraulikkolben aufweisen, die mit die entsprechenden variablen Parameter beeinflussenden Einstellorganen zusammenwirken.
14. Wandlersystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daia die der Antriebsmaschinendrehzahl zugeordnete Rückmeldeeinrichtung (52) ein der Antriebsmaschinenwelle zugeordneter Tachogenerator ist.

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15. Wandlersystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die der Antriebsmaschinendrehzahl zugeordnete Rückmeldeeinrichtung (52) ein mit der Antrieosmaschinenwelle zusammenwirkender magnetischer Aufnehmer ist?.
16. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zustand der Kupplung, dem übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Wandleruntersystems und dem jeweiligen übersetzungsverhältnis des abgestuften Getriebes (2) zugeordneten Rückmeldeeinrichtungeri jeweils eine von der zugehörigen Betätigungseinrichtung (53» 5¹I, 55) ausgehende Rückführungsschleife enthalten.
17. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 16, gekennzeichnet durch eine Bremseinrichtung (40), die mit dem von dem stufenlos verstellbaren Wandleruntersystem antreibbaren Eingangsglied (9) des Planetengetriebes (5) zusammenwirkt und über eine ihr zugeordnete Betätigungseinrichtung vom Steuersystem (17) gesteuert wird.

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