DE2810086A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe und antriebsbaugruppe mit einem solchen leistungsverzweigungsgetriebe und einem bremsenergiespeicher - Google Patents

Leistungsverzweigungsgetriebe und antriebsbaugruppe mit einem solchen leistungsverzweigungsgetriebe und einem bremsenergiespeicher

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DE2810086A1 DE19782810086 DE2810086A DE2810086A1 DE 2810086 A1 DE2810086 A1 DE 2810086A1 DE 19782810086 DE19782810086 DE 19782810086 DE 2810086 A DE2810086 A DE 2810086A DE 2810086 A1 DE2810086 A1 DE 2810086A1
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Description

ba/fr - 7 -
MASCHINENFABRIK AUGSBÜRG-NÜRlSiBERC
Aktiengesellschaft
München, 8. März 1978
Leistungsverzweigungsgetriebe und Antriebsbaugruppe mit einem solchen Leisfcungsverzweigungsgetriebe und einem Bremsenergiespeicher
Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Planetendifferentialgetriebe, das mindestens drei Getriebeglieder, wie Sonnenrad, Steg und Hohlrad umfaßt, wobei jeweils wenigstens mit einem dieser Getriebeglieder eine Getriebeeingangswelle mit einem weiteren eine Getriebeausgangswelle und mit einem dritten Getriebeglied zur Steuerung der Drehrichtung und Drehzahl desselben eine in beiden Richtungen als Pumpe oder Motor betreibbare Verdrängermaschine oder eine im Vierquadrantenbetrieb betreibbare Elektromaschine (= Steuerkraftmaschine) gekoppelt ist und mit einer zweiten als Pumpe oder Motor betreibbaren Verdrängermaschine bzw. einer zweiten im Vierquadrantenbetrieb betreibbaren Elektromaschine, die energetisch mit der Steuerkraftmaschine gekoppelt ist (= Koppelkraftmaschine).
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Solche Leistungsverzwexgungsgetriebe sind ihrem grundsätzlichen Aufbau nach z. B. aus der Druckschrift "VDI-Richtlinien" (2152), März 1975, Fig. 3.8.3. und 3.8.4. bekannt geworden. Bei diesen bekannten Getriebeschemata ist die Koppelkraftmaschine je nach Ausführungsart entweder ständig mit der Getriebeeingangswelle oder mit der Getriebeausgangswelle verbunden. Bei diesen Getx-ieben wird in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen den Getriebeeingangs- und Getriebeausgangsdrehzahlen ein Teil der Leistung rein mechanisch übertragen r während ein anderer Teil der Leistung durch die energetische Kopplung der genannten Kraftmaschinen übertragen wird.
Bei der Ausführung mit ständiger Kopplung der Koppelkraftmaschine mit der Getriebeeingangswelle zirkuliert in einem ersten Funktionsbereich des Getriebes bei dem
"Abtrieb : nAntrieb ^ °'5 ist' ein Teil der Leistun? in negativer Richtung (Blindleistung) von der Steuerkraftmaschine zu der an der Getriebeeingangswelle angeschlossenen Koppelkraftmaschine. Bei der anderen Ausführungsart mit ständigem Anschluß der Koppelkraftmaschine an der Getriebeausgangswelle findet eine Blindleistungszirkulation von der Koppelkraftmaschine zu der Steuerkraftmaschine in einem zweiten Funktions-"bereich, nämlich bei nAbtrieb : nAntr±eb > 0,5 statt. Diese Blindleistungen beeinträchtigten die Wirkungsgrade dieser bekannten Leistungsverzwexgungsgetriebe.
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Aus der DE-PS 15 50 941 ist ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsbereichen bekannt geworden, bei dem der Anteil der hydrostatischen Leistung im Vergleich zu der gesamten übertragenen Leistung gering ist. Bei diesem Getriebe ist aber der Wirkungsgrad im zweiten Funktionsbereich, d. h. bei nAbtrieb : nAnt ieb ^ 0/^ we9en ^er vorstehend beschriebenen Blindleistung niedrig. Eine Umschaltung vom ersten Funktionsbereich auf den zweiten Funktionsbereich findet bei diesem Getriebe zwar bei Synchrondrehzahlen statt, da sich jedoch die dort eingesetzten Hydroeinheiten unter Vollast befinden, verursacht die Umschaltung der Saug- und Druckseiten im Augenblick der Schaltung harte Schaltstöße (ölkompression)„ Darüber hinaus verursacht der dennoch beträchtliche Anteil der hydrostatischen Leistung einen hohen Geräuschpegel des Getriebes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Leistungsverzweigungsgetriebe der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem nur minimale oder keine Negativ-(= Blind-)leistungen auftreten, bei dem der Anteil an hydrostatischer Leistung, bezogen auf die gesamt übertragene Leistung minimal ist, das eine stoßfreie Umschaltung von einem Funktionsbereich auf den nächsten ermöglicht und bei dem nur eine minimale Anzahl von Schaltungen für einen Beschleunigungsvorgang von der Drehzahl O auf die Maximaldrehzahl bzw. einen Bremsvorgang von der Maximaldrehzahl auf die Drehzahl O notwendig ist«
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Darüber hinaus soll eine Kraftflußunterbrechung während dieser Schaltungen vermieden werden. Schließlich soll, um verlustarmen Antrieb während einer Konstantdrehzahl zu ermöglichen, ein mechanischer Durchtrieb vorhanden sein.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß bei einem gattungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe die Koppelkraftmaschine mit Hilfe einer Schaltkupplung wahlweise in Abhängigkeit von der Drehzahl der Getriebeausgangswelle entweder mit der Getriebeeingangswelle oder der Getriebeausgangswelle kuppelbar ist.
Durch diese Umschaltbarkeit lassen sich über den gesamten Funktionsbereich günstige Wirkungsgrade erzielen, es lassen sich die gestellten Aufgaben lösen und es ist darüber hinaus möglich, diese Aufgaben mittels einer vergleichsweise wenig aufwendigen Konstruktion, insbesondere aber Platz und gewichtssparenden Konstruktion zu lösen. Im Hinblick auf die Anwendung eines solchen Getriebes in einem Fahrzeug ist die besonders kurze Baulänge des Getriebes von besonderem Vorteil.
Weitere Ausbildungen des erfindungsgemäßen Getriebes ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8 sowie aus der
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen weiter unten.
Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Antriebsbaugruppe für Arbeitsmaschinen mit instationärer Betriebsweise, insbesondere für Fahrzeuge mit mindestens einer Antriebsmaschine, einer Bremsenergiespeichervorrichtung und einem Leistungsverzweigungsgetriebe, über das die Abtriebswelle der Antriebsbaugruppe mit der Bremsenergiespeichervorrichtung und der Antriebsmaschine gekoppelt ist.
Eine solche Antriebsbaugruppe ist z. B. in der Patentan- . meldung P 26 41 886.0 vorgeschlagen worden. Der Nachteil dieser dort vorgeschlagenen Antriebsbaugruppe besteht darin, daß der Anteil der hydrostatischen Leistung an der gesamt übertragenen Leistung relativ groß ist und sich daraus ungünstige Wirkungsgrade und ein hoher Geräuschpegel ergibt.
Eine weitere Antriebsbaugruppe dieser Gattung ist aus der DE-OS 25 15 048 bekannt geworden. Obwohl diese Lösung bessere Wirkungsgrade und geringere Geräuschentwicklung verspricht, weil die hydrostatische Leistung nur von einer Hydroeinheit umgewandelt wird, ergibt sich ein befriedigendes Betriebsverhalten, doch im wesentlichen nur während der Beschleunigungsund der Bremsphase eines Fahrzeugs.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsbaugruppe der vorgenannten Art so auszubilden, daß sich höhere Wirkungsgrade als bei bekannten Anlagen ergeben, daß die Geräuschentwicklung minimal gehalten wird und daß die Anlage schaltstoßfrei arbeitet. Schließlich wird an eine solche Antriebsbaugruppe die Forderung nach Platz und gewichtssparendem Aufbau gestellt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer gattungsgemäßen Antriebsbaugruppe ein neuartiges Leistungsverzweigungsgetriebe sait der oben beschriebenen Art zur Anwendung kommt. Dabei soll die Bremsenergiespeichervorrichtung vorzugsweise ein Schwungrad und zwei Hydrospeicher aufweisen, wobei ein Hochdruckspeicher an beide Kraftmaschinen so angeschlossen ist, daß er diese während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs mit Antriebsenergie versorgt.
Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung gibt die Möglichkeit, für die Speicherung der rückgewinnbaren Bremsenergie sowohl das Schwungrad als auch die Hydrospeicher einzusetzen, wodurch sich eine erhebliche Verminderung der hydrostatischen umgewandelten Energie mit günstiger Auswirkung auf den Wirkungsgrad und auf den Geräuschpegel der Anordnung ergibt. Das zusätzliche Gewicht des Hydrospeichers wird zumindest teilweise durch die Verminderung des Gewichts des Schwungrades kompensiert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Antriebsbaugruppe sind in den Unteransprüchen bis 15 aufgeführt.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes und einer erfindungsgemäßen Antriebsbaugruppe mit einem solchen Leistungsverzweigungsgetriebe erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Leistungsverzweigungsgetriebes ,
Fig. 2 den Wirkungsgrad eines solchen Leistungsverzweigungsgetriebes über dem gesamten Drehzahlbereich, verglichen mit entsprechenden Wirkungsgradkurven von bekannten.Getrieben,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Antriebsbaugruppe für ein Fahrzeug unter Verwendung eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß Fig. 1,
Fig. 4 ein vektorielles Drehzahldiagramm eines
Planetendifferentialgetriebes, das Teil des Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß Fig. 1 ist,
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Fig. 5 ein Diagramm über die Leistungsübertragung in einer Antriebsbaugruppe eines Fahrzeugs ohne die Anwendung von Hydrospeichern bei der Beschleunigung des Fahrzeugs,
Fig. 6 ein Diagramm über die Leistungsübertragung in einer Antriebsbaugruppe eines Fahrzeugs mit Anwendung von Hydrospeichern bei der Beschleunigung des Fahrzeugs,
Fig. 7 die Taumelscheibenwinkel der als Verdrängermaschinen ausgebildeten Steuer- und Koppelkraftmaschine des Leistungsverzweigungsgetriebes der Antriebsbaugruppe bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs.
An das in seiner Gesamtheit mit 3 bezeichnete Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß Fig. 1 ist auf der Seite einer Getriebeeingangswelle 2 eine Antriebsmaschine 1 angeschlossen. Die Getriebeausgangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes ist mit 10 bezeichnet. Zwischen die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle 10 ist ein Planetendifferentialgetriebe 4 mit einem Sonnenrad 5, Planetenrädern 6, einem Steg 7 sowie einem Hohlrad 9 und einem Getriebegehäuse 8 geschaltet. Drehfest mit dem Gehäuse 8 verbunden ist ein Zahnrad 11, das mit einem fest auf einer Welle 13 sitzenden
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Zahnrad 12 kämmt. Die Welle 13 stellt die mechanische Verbindung zwischen dem Planetendifferentialgetriebe 4 und einer als Verdrängermaschine ausgebildeten Steuerkraftmaschine 14 her. Die Steuerkraftmaschine 14 kann in beiden Richtungen als Pumpe und Motor betrieben werden und ist über Hydraulikleitungen 16, 17 mit einer weiteren als Pumpe und Motor in beiden Richtungen betreibbaren Verdrängermaschine, die nachfolgend als Koppelkraftmaschine 15 bezeichnet wird, verbunden.
Auf der Getriebeeingangswelle 2 ist ein Zahnrad 22 angeordnet, das mit einem drehbar auf einer Welle 18 angeordneten Zahnrad 21 kämmt. Die Welle 18 stellt die mechanische Verbindung zwischen der Koppelkraftmaschine 15 und dem Planetendifferentialgetriebe 4 dar. Weiterhin ist auf der Welle 18 ein Zahnrad 19 drehbar angeordnet, das mit einem drehfest mit der Getriebeausgangswelle 10 verbundenen weiteren Zahnrad 20 in Eingriff steht. Mit Hilfe einer Schaltkupplung 23 kann das Zahnrad 19 mit der Welle 18 drehfest gekoppelt werden (Schaltstellung a) oder das Zahnrad 21 mit der Welle 18 drehfest gekoppelt werden (Schaltstellung c). Zwischen diesen beiden Schaltstellungen befindet sich eine Nullstellung der Schaltkupplung 23.
Die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 10 summiert sich aus den Drehzahlen des Sonnenrades 5 und des Hohlrades 9, welche die Umlaufgeschwindigkeit der Planetenräder 6 bzw. des Ste-
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ges 7 festlegen. Die Steuerkraftmaschine 14 bewirkt durch ihre Drehzahl und Drehrichtung über die Zahnräder 12 und 11 und das Getriebegehäuse 8 die Drehzahl und Drehrichtung des Hohlrades 9.
Soll die Getriebeausgangswelle 10 und eine daran angeschlossene Arbeitsmaschine in einem ersten Betriebsbereich (nAbtrieb : nAntrieb ^ = °'^ beschleunigt werden, so arbeitet die Steuerkraftmaschine 14 bei einer Drehrichtung des Hohlrades 9 umgekehrt zur Drehrichtung des Sonnenrades 5 als Generator (Pumpe) und liefert die umgesetzte Leistung an die Koppelkraftmaschine 15. Die Koppelkraftmaschine 15 arbeitet als Motor und treibt die Welle 18 an, wobei sich die Schaltkupplung 23 in der Schaltposition a befindet. Hierdurch wird die Leistung auf die Getriebeausgangswelle 10 übertragen .
In einem zweiten Betriebsbereich (nAbtrieb : J*^^·^]^ =0,5) bei gleicher Drehrichtung des Hohlrades 9 und des Sonnenrades 5 arbeitet die Steuerkraftmaschine 14 als Motor, der seine Leistung über die Verbindungen 16, 17 von der Koppelkraftmaschine 15 erhält, die in diesen Bereich als Generator arbeitet. Die Schaltkupplung 23 befindet sich dementsprechend in der Schaltposition c. Die Antriebsleistung für die Koppelkraftmaschine 15 wird also aus der Getriebeeingangswelle 2 entnommen.
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Steht die Steuerkraftmaschine 14 still, so wird die gesamte vom Leistungsverzweigungsgetriebe übertragene Leistung praktisch vollkommen mechanisch übertragen. In dieser Situation erfolgt die Umschaltung der Schaltkupplung 23 von der Position a zu c bei steigender Ausgangsdrehzahl oder von der Position c zu a bei sinkender Ausgangsdrehzahl. Dadurch wird eine negative bzw. Blindleistung vermieden, die als Hauptnachteil der bisher bekannten Leistungsverzweigungsgetriebe bekannt·ist. Aus dem Wirkungsgraddiagramm gemäß Fig. 2 ergibt sich der Vorteil dieser Lösung, d. h. also des Anschlusses der Koppelkraftmaschine 15 an die Getriebeeingangswelle 2 im oberen Drehzahlbereich und des Anschluß der Koppelkraftmaschine an die Getriebeausgangswelle 10 im unteren Drehzahlbereich. Der Wirkungsgradverlauf der erfindungsgemäßen Anordnung wird durch die dick ausgezogene Kurve C in diesem Diagramm dargestellt. Die dünn ausgezogene Kurve A in diesem Diagramm charakterisiert ein Leistungsverzweigungsgetriebe nach dem Stand der Technik mit Anschluß der Koppelkraftmaschine nur an die Eingangswelle 2 über dem gesamten Betriebsbereich während £lie gestrichelt dargestellte Kurve B ein Leistungsverzweigungsgetriebe charakterisiert, bei dem die Koppelkraftmaschine 15 über dem gesamten Betriebsbereich mit der Getriebeausgangswelle 10 verbunden ist.
Die in Fig. 4 als Fig. 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 dargestellten Vektordiagramme dienen der Erläuterung der Funktion des
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Planetendifferentialgetriebes in verschiedenen Betriebszuständen. Von dem Planetendifferentialgetriebe 4 gemäß
Fig. 1 ist in Fig. 4 jeweils das Sonnenrad 5 und ein
Planetenrad 6 dargestellt und zwar in Blickrichtung Y gemäß Fig. 1. Die Steuerkraftmaschine 14 ist in den Diagrammen mit der Bezeichnung H1 versehen worden, die Koppelkraftmaschine 15 mit der Bezeichnung H3. Die Abkürzung P steht für Pumpe, die Abkürzung M für Motor, so daß die Kurzbezeichnung H1 = P z. B. bedeutet, daß die Steuerkraftmaschine 14 in diesem Betriebszustand als Pumpe arbeitet. Der Betriebszustand gemäß Fig.
4.1 zeigt die Rückwärts- und Neutralstellung,
4.2 die Vorwärtsstellung in einem ersten Betriebsbereich
4.3 die Vorwärtsstellung in einem zweiten Betriebsbereich, und
4.4 einen Direktgang entsprechend der Stellung nach 4.3, jedoch unter Berücksichtigung einer zusätzlich vorhandenen Schaltkupplung 24, wie sie gemäß Fig. 3 vor dem Planetendifferentialgetriebe 3 angeordnet ist, wobei in dieser SChaltstellung die Kopplung 24 sich in der Position m befinden soll.
Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Antriebsbaugruppe weist als Kernstück ein Leistungsverzweigungsgetriebe
gemäß Fig. 1 auf, wobei, wie vorstehend bereits angedeutet, vor das Planetendifferentialgetriebe 4 eine Schaltkupplung 24 geschaltet ist. In einer ersten Schaltstellung m wird
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mit Hilfe der Schaltkupplung 24 das Zahnrad 22 und der Steg 7 mit der Getriebeeingangswelle 2 verbunden. In einer zweiten Position r wird nur das Zahnrad 22 mit der Getriebeeingangswelle 2 gekoppelt und in einer Position η besteht zwischen der Eingangswelle 2 und dem Zahnrad 22 keine drehsteife Verbindung mehr.
Zwischen dem Motor 1 und dem Leistungsverzweigungsgetriebe ist eine Freilaufeinrichtung 52 vorgesehen, die eine höhere Drehzahl der Getriebeeingangswelle 2 als die Drehzahl des Motors 1 zuläßt. Eine Kraftstoffzumeßeinrichtung des Motors ist mit 50 bezeichnet.
Ein Schwungrad 38 ist über eine schaltbare Kupplung 37 und eine Verbindungswelle 36 mit einem Nebenabtrieb 34 des Leistungsverzweigungsgetriebes 3 verbunden, wobei der Nebenabtrieb 34 über ein Zahnrad 35 mit dem Zahnrad 21 auf der Welle 18 gekoppelt ist.
Zur Sicherstellung eines minimalen Arbeitsdruckes in dem geschlossenen Kreislauf der Leitungen 16, 17 und der Kraftmaschinen 14, 15 ist eine Pumpe 28 vorgesehen, die über Rückschlagventile 29, 30 mit den Verbindungsleitungen 16, verbunden ist. Die Pumpe 28 liefert gegebenenfalls auch das notwendige Steuerdrucköl für einen zentralen Regler 31, der die Funktion der Antriebsbaugruppe steuert. An diesen
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zentralen Regler 31 sind über Wirkverbindungen angeschlossen ein Fahrpedal 45, ein Bremspedal 46, eine Handbremse 47, ein Wählhebel 48 für die Einstellung "vorwärts", "rückwärts" Tind "neutral" und ein Ein-Ausschalter 49. Weiterhin laufen Wirkverbindungen von verschiedenen Sensoren der Antriebsbaugruppe zu dem zentralen Regler 31 und zwar: Verbindungen von einem Drehzahlsensor 39 für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 2,
einem Drehzahlsensor 40 für die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 10,
einem Drehzahlsensor 41 für die Drehzahl des Zahnrades 35', einem Drehzahlsensor 42 für die Drehzahl des Schwungrades Drucksensoren 43 und 44 für die Drucke in den Verbindungsleitungen 16, und 17. Vom Regler 31 werden über entsprechende Steuerleitungen die Kupplungen 23, 24 und 37 betätigt, die Stellung der Taumelscheiben der Verdrängermaschinen 14, 15, die Kraftstoffzumeßeinrichtung 50 für den Motor 1, sowie eine Bremse 51 für die Antriebsräder des anzutreibenden Fahrzeugs. Schließlich werden noch ein Drucksteuerventil 26 und ein Steuerventil 25 betätigt.
Das Steuerventil 25 ist so geschaltet, daß es gleichzeitig mit der mechanischen Umschaltung der Schaltkupplung 23 die Verbindungsleitungen zwischen den Kraftmaschinen 14 und 15 umschaltet. Ein solches Steuerventil ist allerdings nur
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dann erforderlich, wenn es sich bei den Kraftmaschinen 14, 15 um Verdrängermaschinen mit verstellbaren Hubvolumen handelt, bei denen eine Taumelscheibe nur in einer Richtung verstellbar ist. Dadurch, daß die Drehend Momentenrichtung bei solchen Verdrängermaschinen nicht durch eine Plus-MinusSchwenkung erreichbar ist, erfolgt eine Umschaltung der Saug- und Druckanschlüsse. Das Drucksteuerventil 26, das durch eine selbsttätige Umschaltvorrichtung 27 mit der unter Druck befindlichen Verbindungsleitung der Steuerkraftmaschine 14 verbunden ist, steuert das Moment dieser Steuerkraftmaschine, da die Koppelkraftmaschine 15 durch die Nullstellung ihrer Taumelscheibe keine Steuerungsmöglichkeit bietet. Voraussetzung für diese Steuerung ist, daß die Steuerkraftmaschine 14 im Augenblick der Umschaltung an der Schaltkupplung 23 noch als Pumpe arbeitet bzw. gegenüber der tatsächlichen Schaltung der Schaltkupplung 23 theoretisch versetzt ist, oder daß eine andere Quelle, wie z. B. eine zusätzliche Pumpe (nicht dargestellt) oder ein Hydrospeicher den erforderlichen überdruck gewährleistet. Dies kann auch durch die Steuerpumpe 28 erfolgen, wenn ein zusätzlich schaltbarer Anschluß zur Druckseite der Steuerkraftmaschine 14 vorhanden ist. Eine weitere Funktion des Drucksteuerventils 26 ist die Dauerbremsung für das Fahrzeug, wenn die beiden Kraftmaschinen 14 und 15 als Generatoren bzw. Pumpen arbeiten.
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Für die Begrenzung des Steuerdrucks ist ein zusätzliches Druckbegrenzungsventil 32 vorgesehen. Das Drucksteuerventil 26, das Druckbegrenzungsventil 32 und die Pumpe 28 sind an eine gemeinsame ölwanne 33 angeschlossen. Die Pumpe 28 wird vorzugsweise von der Getriebeeingangswelie 2 aus angetrieben.
Als zusätzliche Energiespeicher können bei der Antriebsbaugruppe gemäß Fig. 3 ein Hochdruckspeicher 60 und ein Niederdruckspeicher 61 vorgesehen sein. Die Funktion der Antriebsbaugruppe mit und ohne solche Hydrospeicher wird weiter unten erläutert. Der Anschluß der Hydrospeicher 60 und 61 an die Verbindungsleitungen 16, 17 zwischen den Kraftmaschinen 14, 15 erfolgt mittels einem regelbaren Sperrventil 62 und einem Schaltventil·63, die vom zentralen Regler 31 gesteuert werden. Das Sperrventil 62 dient dazu, Verluste von Öldruckenergie bei Stillstand einer Kraftmaschine zu verhindern und steuert darüber hinaus die Zu- und Abschaltung der Hydrospeicher. Das Schaltventil 63 verbindet den Niederdruckspeicher 61 mit der Saugseite der Steuerkraftmaschine 14 und den Hochdruckspeicher 60 mit der Druckseite der Steuerkraftmaschine 14, wobei Saug- und Druckseite dieser Steuerkraftmaschine 14 je nach Betriebssituation (Fahren oder Bremsen) unterschiedlich sind. Vom Niederdruckspeicher 61 aus führt eine Verbindungsleitung
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mit einem Rückschlagventil 65 zum Druckbegrenzungsventil 32 tun unzulässige Überdrücke zu verhindern.
Soll die Antriebsbaugruppe ohne die Hydrospeicher 60, 61 betrieben werden, d. h. also nur mit dem Schwungrad 38 als Energiespeicher, so ergibt sich eine Funktion, wie
für
sie z. B./die Antriebsanlage in der älteren deutschen Patentanmeldung P 26 41 866.0 beschrieben ist. Die unterschiede gegenüber der dort beschriebenen Funktion sind im wesentlichen folgende:
Die Aufladung des Schwungrads 38 bei Stillstand des Fahrzeugs erfolgt hydrostatisch. Bei angezogener Handbremse des Fahrzeugs und einer Schaltstellung η der Kupplung 24 wird die Steuerkraftmaschine vom Motor 1 angetrieben. Die übertragene Leistung wird von der Kuppelkraftmaschine 15 über die in Position c geschaltete Kupplung 23 und von dort über die Zahnräder 21 und 35 bei geschlossener Kupplung 37 an das Schwungrad 38 übertragen.
Ein weiterer Unterschied der vorliegenden Antriebsbaugruppe zu der Anlage gemäß P 26 41 886.0 besteht bei Konstantfahrt des Fahrzeugs indem in diesem Betriebsbereich bei der vorliegenden Antriebsbaugruppe der Motor 1 direkt mit der Getriebeausgangswelle mechanisch verbunden ist und zwar durch die Schaltstellung m der Kupplung 24. Diese Schaltung wird
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bei Synchrondrehzahl und ohne Kraftflußtinterbrechung durchgeführt. Dadurch wird das Sonnenrad 5. mit dem Steg 7 zusammengekuppelt und das Planetendifferentialgetriebe 4 wird zu einer drehsteifen Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 2 und der Getriebeausgangswelle 10.
Auch ein Betrieb der Antriebsbaugruppe ausschließlich mit Hydrospeicher und ohne Schwungrad 38 ist möglich. Das Schwungrad 38, daneben Antrieb 34 und die zugehörigen Komponenten könnten für diesen Fall dann entfallen. Die Beschleunigung des Fahrzeugs mit Hydrospeicher erfolgt in der Weise, daß die Koppelkraftmaschine 15 von Anfang an mit der Getriebeeingangswelle 2 entsprechend der Schaltstellung c der Kupplung 23 verbunden ist und die Kupplung 24 sich in der Stellung m befindet, so daß die Getriebeeingangswelle 2 und die Getriebeausgangswelle 10 starr gekoppelt sind. Die beiden Kraftmaschinen 14 und 15 sind bei der Beschleunigung des Fahrzeugs dann als Motoren wirksam. Am Ende der Beschleunigungsphase wird das Sperrventil 62 geschlossen und es folgt eine normale Betriebsweise des Getriebes.
Die vorliegende Antriebsbaugruppe kann auch mit Schwungrad und einem sogenannten Pufferspeicher betrieben werden, wobei sich eine Anlage, ähnlich der in der deutschen Offenlegungsschrift 25 15 048 ergibt. Der Hochdruckspeicher 60 nimmt in
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einer ersten Phase Drucköl auf und führt dieses Drucköl in einer zweiten Phase einer Verdrängermaschine zu. Bei dieser Betriebsart der vorliegenden Antriebsbaugruppe befindet sich die Koppelkraftmaschine 15 in Nullstellung, d„ h« der Stellwinkel oO der Taumelscheibe dieser Kraftmaschine 15 ist Null.
Wird die Antriebsbaugruppe gemäß Fig. 3 in der Weise betrieben, daß als Energiespeicher sowohl das Schwungrad 38 als auch die Hydrospeicher 60, 61 eingesetzt werden, do h« daß am Ende einer Bremsphase des Fahrzeugs der Hochdruckspeicher 60 einen höheren Energieinhalt hat als am Anfang der Bremsphase so ergeben sich gegenüber dem Betrieb mit dem Schwungrad 38 als Energiespeicher und dem Niederdruckspeicher 61 als Pufferspeicher Vorteile, die durch einen Vergleich zwischen den Fig. 5 und 6 darzustellen sind» In Fig„ 5 ist ein Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs ohne Hochdruckspeicher dargestellt= Die schräg schraffierten Flächen zeigen die von den jeweiligen Kraftmaschinen 14, 15 hydrostatisch umgesetzten Energien, welche im Vergleich zu der tatsächlich übertragenen Antriebsenergie ( das ist die Fläche, unter der Funktionslinie N = f (t)) beachtlich sind. Bei Anwendung eines Hochdruckspeichers 60 erfolgt die Umwandlung der hydrostatischen Leistung je nach Geschwindigkeit in der Koppelkraftmaschine 15 oder der Steuerkraftmaschine 14. Dadurch sinkt die gesamte hydrostatisch umgewandelte Energie erheblich und entspricht der schräg
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schraffierten Fläche in Fig. 6. Der dünne strichpunktierte aus Geraden sich zusammensetzende Linienzug gemäß Fig. 6 zeigt im Vergleich hierzu, daß die hydrostatisch umgesetzte
und
Energie bei einem System, das nur mit Schwungrad/Ihfferspeicher arbeitet (gemäß DE-OS 25 15 048) höher liegt als die hydrostatisch umgesetzte Leistung bei Einsatz eines Schwungrades und eines Hochdruckspeichers. Um diese günstigen Werte zu erreichen, ist folgende Funktion für die erfindungsgemäße Antriebsbaugruppe vorgesehen:
Ein erster Abschnitt der Beschleunigung des Fahrzeugs erfolgt nur durch die Koppelkraftmaschine 15 und zwar rein hydrostatisch. Der Druck P im Hochdruckspeicher 60 sinkt. Während einer kurzen Übergangsphase wird die Leistung über die Steuerkraftmaschine 14 geführt, was eine Inbetriebnahme des Schwungradantriebs bedeutet. In einem zweiten Abschnitt der Fahrzeugbeschleunigung, in dem die Koppelkraftmaschine 15 als Pumpe betrieben wird, wird der Druck im Hochdruckspeicher 60 wieder auf das ursprüngliche Druckniveau gebracht. Schließlich arbeitet in einem dritten Abschnitt der Beschleunigung und zwar nach der Schaltung der Kupplung 23 die Steuerkraftmaschine 14 bis zum Ende der Beschleunigungsphase als Motor und verbraucht Energie aus dem Hochdruckspeicher 60. Dadurch sinkt der Druck im Hochdruckspeicher 60 auf ein minimales Niveau. Am Ende der Beschleunigung wird die Fahrt durch einen normalen Betrieb des
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Getriebes fortgesetzt. In der Breinsphase des Fahrzeugs laufen die Vorgänge spiegelbildlich zur Beschleunigungsphase ab.
In Fig. 7 ist die Änderung der TaumeIseheibenwinke1 K der Kraftmaschinen 14, 15 während des vorbeschriebenen Beschleunigungsvorgangs dargestellt.
Abschließend wird darauf hingewiesen, daß anstelle der hydraulischen Kraftmaschinen 14, 15 und der Hydrospeicher 60, in gleicher Weise elektrische Kraftmaschinen und elektrische Speicher zur Anwendung kommen können ohne die Funktionsweise der gesamten Antriebsbaugruppe zu verändern.
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Leerseite

Claims (1)

  1. Λ.) Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Planetendifferentialgetriebe, das mindestens drei Getriebeglieder, wie Sonnenrad, Steg und Hohlrad umfaßt, wobei jeweils wenigstens mit einem dieser Getriebeglieder eine Getriebeeingangswelle, mit einem weiteren eine Getriebeausgangswelle und mit einem dritten Getriebeglied zur Steuerung der Drehrichtung und Drehzahl desselben eine in beiden Richtungen als Pumpe oder Motor betreibbare Verdrängermaschine oder eine im Vierquadrantenbetrieb betreibbare Elektromaschine (= Steuerkraftmaschine) gekoppelt ist und mit einer zweiten als Pumpe oder Motor betreibbaren Verdrängermaschine bzw. einer zweiten im Vierquadrantenbetrieb betreibbaren Elektromaschine, die energetrisch mit der Steuerkraftmaschine gekoppelt ist (= Koppelkraftmaschine), dadurch gekennzeichnet, daß diese Koppelkraftmaschine (15) mit Hilfe einer Schaltkupplung (23) wahlweise in Abhängigkeit von der Drehzahl
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    ORlGiHAU INSPECTED
    der Getrießeausgangswelle (10) entweder mit der Getriebeeingangswelle (2) oder der Getriebeausgangswelle (10) '/ kuppelbar ist.
    2. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ankupplung der Koppelkraftmaschine (15) an die Getriebeeingangswelle (2) eine Zahnpaarung mit einem auf der Eingangswelle (2) sitzenden Zahnrad (22) und einem drehfest mit der Koppelkraftmaschine (15) verbindbare Zahnrad (21) vorgesehen, für die Ankupplung an die Getriebeausgangswelle (10) eine weitere Zahnpaarung mit einem auf der Getriebeausgangswelle (1O) sitzenden Zahnrad (20) und einem drehfest mit der Koppelkraftmaschine verbindbaren Zahnrad (19) und daß die übersetzung der beiden Zahnpaarungen (21, 22 und 19, 20) so gewählt wird, daß bei stehender Steuerkraftmaschine (14) die Beziehung gilt
    ^22 _ ^20
    Z^j" * nEingang ~ Y^ * nAusgang wobei
    Z = Zähnezahl des Zahnrades
    n„. = Drehzahl der Getriebeeingangswelle (2) Eingang
    n, = Drehzahl der Getriebeausgangswelle·(10).
    Ausgang
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    3. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (22) von der Getriebeeingangswelle (2) entkuppelbar ist.
    4. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem unteren Geschwindigkeitsbereich der Getriebeausgangswelle (10) die Koppelkraftmaschine (15) mittels der Schaltkupplung (23) mit der Getriebeausgangswelle (10) verbunden ist.
    5. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Getriebeglieder des Planetendifferentialgetriebes (3), die sich im Differentialbetrieb relativ zueinander bewegen, mit Hilfe einer zweiten Schaltkupplung (24) starr miteinander drehfest verbindbar sind.
    6. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die energetischen Verbindungen (16, 17) zwischen der Steuerkraftmaschine und der Koppelkraftmaschine (15)
    an ein Drucksteuerventil (26) angeschlossen sind, das r während der Umschaltung der Schaltkupplung (23) die Steuerung des Arbeitsdruckes der Steuerkraftmaschine (14) übernimmt und dementsprechend das Abtriebsmoment des Getriebes bestimmt.
    8.1750
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    7. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, daß die energetischen. Verbin&ungs— leitungen (16, 17) mit einer IMschaltvorrichtang (27) verbunden sind, die selbsttätig jeweils die unter Druck befindliche Leitung mit dem Drucksteuerventil
    (26) verbindet.
    8. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die energetischen Verbindungen (16, 17) zwischen den Kraftmaschine (14, 15) ein Steuerventil (25) eingesetzt ist, das gleichzeitig mit der Umschaltung der Schaltkupplung (23) die Umschaltung der Verbindungen (16, 17) bewirkt.
    9. Antriebsbaugruppe für Arbeitsmaschinen mit instationärer Betriebsweise, insbesondere für Fahrzeuge, mit mindestens einer Antriebsmaschine, einer Brerasenergiespeichervorrichtung und einem Leistungsverzweigungsgetriebe, über das die Abtriebswelle der Antriebsbaugruppe mit der Bremsenergiespeichervorrichtung und der Antriebsmaschine gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Anwendung kommt.
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    10. Antriebsbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsenergiespeichervorrichtung ein Schwungrad (38) und Hydrospeicher (60, 61) aufweist, wobei ein Hochdruckspeicher (60) an beide Kraftmaschinen (14, 15) so angeschlossen ist, daß er diese während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs mit Antriebsenergie versorgt.
    11. Antriebsbaugruppe nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltventil (63) vorgesehen ist, welches in jedem Betriebszustand der Antriebsbaugruppe einen Niederdruckspeicher (61) mit der Saugseite der Steuerkraftmaschine (14) und den Hochdruckspeicher (60) mit der Hochdruckseite der Steuerkraftmaschine (14) verbindet.
    12. Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein regelbares Sperrventil
    (62) in der Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher (60) und den Kraftmaschinen (14, 15) vorgesehen ist, welches den Druckübergang bei Zu- oder Abschaltung des Betriebs mit Hydrospeichern (60, 61) steuert.
    13. Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Steuervorrichtung für den Betrieb der Antriebsbaugruppe vor-
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    gesehen ist, die so ausgebildet ist, daß sie in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs zunächst die Koppelkraftmaschine (15) als Motor schaltet, dann die Steuerkraftmaschine (14) als Pumpe und nach der mechanischen umschaltung der Schaltkupplung (23) die Steuerkraftmaschine (14) als Motor.
    14. Antriebsbaugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, daß simulatan nur eine der Kraftmaschinen (14, 15) Energie umwandelt.
    15. Antriebsbaugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche
    9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (31) so ausgebildet ist, daß der Druck im Hochdruckspeicher (6O) zu Beginn der Beschleunigungsphase des Fahrzeugs höher ist als am Ende.
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