DE2918448C2

DE2918448C2 - Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung

Info

Publication number: DE2918448C2
Application number: DE2918448A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7991 Friedrichshafen Ehrlinger; Michael 7996 Meckenbeuren Meyerle
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1979-05-08
Publication date: 1986-02-27
Also published as: DE2918448A1; US4373359A; GB2049843A; GB2049843B

Description

— das eine noch kompaktere vahrzeuggerechte Bauform aufweist und trotz einem verringerten Geiriebegewicht und -volumen einen hohen Wandlungsbereich bzw. Getriebeeckleistung ermöglicht: das darüber hinaus in seinem Grundsystem und inneren Aufbau einen weiten Ein^atzbereich für verschiedene Fahrzeugarten, wie Ackerschlepper. Baumaschinen, Nutzfahrzeuge und evtl. Busfahrzeuge geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Kompaktheit des Getriebes wird vor allem dadurch erreicht, daß nur drei Kupplungen angeordnet sind, daß der mechanische Getriebeteil achsparallel zur Getriebeeingangswelle versetzt ist und daß die beiden Vorwärtsfahr-Bereichskupplungen zu einem Kupplu ngspaket zusammengefaßt sind.

Mit den selben Merkmalen wird auch eine vielseitige Verwendbarkeit erreicht, da wegen der kompakten Anordnung, die sich sowohl auf die Bauhöhe, als auch auf die Baulänge bezieht, unter Beibehaltung der wesentlichen Bauelemente des hydrostatisch-mechanischen Getriebes eine Verwendung beispielsweise für Ackerschlepper oder für Radlager ermöglicht wird.

Außerdem ergeben sich mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag folgende weitere Vorteile:

— Da der volle Schwenkbereich des Hydrostaten sowohl für den ersten Vorwärtsfahrbereich als auch für den Rückwärtsfahrbereich ausgenützt wird, ist es möglich, über ein Wellenglied den ersten Fahrbereich sowie den Rückwärtsfahrbereich zu schalten. Der Rückwärtsfahrbereich kann auf beliebige Endgeschwindigkeit ausgelegt werden. Es ist somit eine fahrzeuggerechte Anpassung der Rückwärtsfahrgeschwindigkeit mit nur einer Kupplung möglich.

— Bei Auslegung des ersten Fahrbereichs auf ca. 15 km/h liegt der Betriebsbestpunkt bei ca. 7,5 km/h, in dem die hydraulische Leistung gleich Null ist. Im Hauptbetriebsbereich zwischen 5 und 10 km/h liegt der hydraulische Leistungsanteil im Durchschnitt bei ca. 20%, was einen sehr günstigen Gesamtwirkungsgrad des Getriebes verspricht. Gegenüber den bekannten Systemen besteht ein weiterer Vorteil darin, daß die Abtriebsglieder des Summierungsgetriebes direkt mit der Abtriebswelle verbindbar sind und somit weitere Wälzleistungsverluste ausgeschaltet sind, was Vorteile bezüglich Bauraum und Kosten bringt.

— Durch die nicht koaxiale Anordnung von Antrieb und Abtrieb ist es möglich, die Antriebswelle als Zapfwelle ohne Zwischenglieder durch das Getriebe zu führen. Die Abtriebswelle kann dann bei den fahrzeugebedingten Achsabstandsmaßen (Zapfwelle zum Eintrieb des Differentialgetriebes von z. B. 115 mm für Ackerschlepper) direkt auf das Antriebsritzel der Fahrzeugachse treiben. Durch die volle Leistungsausnutzung der Hydrostatik infolge der vollen positiven und negativen Verstellung sowohl im Rückwärtsfahrbereich als auch in den Vorwärtsfahrbereichen wird ein hoher Wandlungsbereicn bei relativ kleinen hydrostatischen Baueinheiten erzielt. Durch die Art der Anordnung der hydrostatischen Einheiten sowie der vorgenannten baulichen Einzelheiten wird die Forderung nach

kompakter, fahrzeugfreundlicher Bauform bei optimalem Leistungsgewicht und -Volumen erfüllt.

— Aufgrund des spezifischen Getriebeaufbaus können mindestens zwei antriebsmaschinendrehzahlabhängige Nebenabtriebe für Arbeitspumpen in äußerst günstiger Weise angeschlossen werden.

— Durch eine nur geringfügige Abänderung kann das erfindungsgemäße leistungsverzweigte Getriebe auf die Anforderungen eines Ackerschleppergetriebes abgewandelt werden.

— Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist noch eine Abtriebsräderkette vorgesehen, um — wie für Radlader z. B. gewünscht — den Abstand von Getriebeeingangswelle zur Abtriebswelle zu vergrößern, sowie eine Leistungsverzweigung für Vorder- und Hinterachsantrieb zu erreichen.

Nachstehend wird der erfindungsgemäße Vorschlag eines hydrostatisch-mechanischen Getriebes an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Dabei zeigt im einzelnen

Fig.] eine schematische Darstellung des Getriebes in der allgemeinen Grundbauform, (z. B. geeignet für Straßenfahrzeuge),

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel für einen Ackerschlepper,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel für einen Radlader, oder ähnlichen Baumaschinen (z. B. Laderaupen, Planierraupen).

F i g. 4 einen Drehzahlplan des Getriebes nach F i g. 1, F i g. 3 und F i g. 3.

In Fig. 1 ist ein Getriebegehäuse mit 1, eine Getriebeeingangswelle mit 2, eine Zapfwelle mit 4, eine erste in ihrem Fördervolumen veränderbare Hydrostateinheit mit 5 und eine zweite Hydrostateinheit vorzugsweise mit konstantem Fördervolumen, mit 6 bezeichnet. Ein Summierungsgetriebe 8 in Planetenbauweise ist konzentrisch zu einer Zwischenwelle 9 angeordnet, in deren Verlängerung die Abtriebswelle 10 liegt.

Der hydraulische Leistungsfluß erfolgt von der Getriebeeingangswelle 2 über eine Zahnradstufe 13 und eine Hydrostatwelle 14 zum hydrostatischen Getriebe, bestehend aus den Hydrostateinheiten 5 und 6, und weiter über eine Zahnradstufe 15, bestehend aus dem Zahnrad 17, einem Doppel-Sonnenrad 19, das auf der Getriebeeingangswelle 2 dreht und einem Zahnrad 20 zum Hohlrad 25. der ersten Welle des Summierungsgetriebes 8. Das Zahnrad 20 und das Hohlrad 25 sind konzentrisch zur Zwischenwelle 9 angeordnet und sind über eine Hohlwelle 26 fest miteinander verbunden. Die Hydrostatuelle 14 kann auch für einen antriebsmaschinendrehzahlabhängigen Nebenabtrieb genutzt werden.

Der mechanische Leistungsfluß erfolgt über die Getriebeeingangswelle 2 und eine, aus Zahnrädern 29 und 30 bestehende Zahnradstufe 31 zu einem Hohlrad 33, der zweiten Welle des Summierungsgetriebes 8.

Dem Summierungsgetriebe 8 in koaxialer Bauweise nachgeordnet sind drei Kupplungen 36, 37 und 38. Dabei erfolgt der Abtrieb vom Summierungsgetriebe 8 im ersten Fahrbereich über einen Planetenträger 40, der mit der Zwischenwelle 9 fest verbunden ist, zur Kupplung 37.

Im Rückwärtsfahrbereich fließt die Leistung vom Summierungsgetriebe 8 über die Zwischenwelle 9, eine aus den Zahnrädern 44,45 und 46 bestehende Zahnradstufe 48 zu einer das Summierungsgetriebe 8 umgehen- b5 den Welle 50 und eine weitere Zahnradstufe 52 zur Kupplung 38, über die eine Verbindung zur Abtriebswellc 10 herstellbar ist.

Im zweiten Vorwärtsfahrbereich wird vom Summierungsgetriebe 8 über ein Sonnenrad 54, eine vierte Welle des Planetenge^riebes, zur Kupplung 36 abgetrieben. Das Summierungsgetriebe 8 ist so aufgebaut, daß auf dem Planetenträger 40 zwei miteinander kämmende Planetenräder 56, 57 drehen, wobei das Planetenrad 56 in ständigem Eingriff mit dem Hohlrad 25, über das die hydraulische Leistung fließt, und dem Sonnenrad 54 steht und das Planetenrad 57 ständig mit dem Hohlrad 33 kämmt, über welches die mechanische Leistung dem Summierungsgetriebe 8 zugeführt wird.

Nachfolgend wird anhand des Drehzahlplanes in F i g. 4 die Funktion des Getriebes beschrieben:

Im Anfahrpunkt ist die Hydrostateinheit 5 auf ihre maximale negative Verstellgröße ausgeschwenkt. Die Kupplung 37 für den ersten Vorwärtsfahrbereich ist geschlossen und mit der Abtriebswelle 10 verbunden. Die Abtriebsdrehzahl Null ergibt sich durch entsprechende Gegenläufigkeit der ersten Welle dem Hohlrad 25, das mit dem zweiten Hydrostaten 6 in Triebverbindung steht, und der zweiten Welle, dem mit der Getriebeeingangswelle in Verbindung stehenden Hohlrad 33.

Wird die Hydrostatverstellung zurückgenommen, verringert sich die Drehzahl des Hohlrades 25 bei konstanter Getriebeeingangsdrehzahl, wodurch eine positive Drehzahl des Planetenträgers 40 und damit eine steigende Getriebeabtriebsdrehzahl für Vorwärtsfahrt erzielt wird. Bei Verstellung des Hydrostaten 5 bis zur Nullförderlage und darüber hinaus bis zu dessen maximalen positiven Endverstellpunkt haben alle Glieder des Summierungsgetriebes 8 Synchronlauf erreicht. An diesem Betriebspunkt kann die Schaltung in den zweiten Vorwärtsfahrbereich durch öffnen der Kupplung 37 und Schließen der Kupplung 36 erfolgen. Die Abtriebswelle ist jetzt mit dem Sonnenrad 54 verbunden. Steigende Abtriebszahlen werden durch Rückverstellung des Hydrostaten 5 bis zu dessen maximaler negativen Endverstellung erreicht.

Im Rückwärtsfahrbereich ist der funktionell Ablauf gleich dem ersten Vorwärtsfahrbereich, wobei der Planetenträger 40 mit der Zwischenwelle 9 über die Zahnradstufe 48, die Welle 50 und die Zahnradstufe 52 bei geschlossener Kupplung 38 mit der Abtriebswelle 10 verbunden ist.

Fig.2 zeigt das vorgeschlagene Getriebe nach Fig. 1, jedoch mit einer spezifischen Anpassung für einen Ackerschlepper.

In F i g. 2 ist ein Achs-Differential 60, das zu den beiden hinteren nicht näher gezeigten Rädern führt als integraler Bestandteil im Getriebegehäuse 101 angeordnet. Der Abtrieb erfolgt hier von einem auf der Abtriebswelle 10 angeordneten Kegelrad 61 direkt auf das Achsdifferential.

Eine Verlängerung 63 der Getriebeeingangswelle 2 führt direkt über das Achsdifferential 60 weg zu einer Zapfwellenkupplung 65 und einem Zapfwellengetriebe mit einer Stirnradstufe 66, über die der Antrieb der antriebsmaschinendrehzahlabhängigen Zapfwelle 104 erfolgt.

Ein zusätzlicher Vorderradantrieb ist ebenfalls vorgesehen. Dazu ist auf der Abtriebswelle 10 ein zusätzliches Zahnrad 68 vorgesehen, das mit einem auf einer Zwischenwelle 69 drehenden Stufenzahnrad 70 kämmt, welches wiederum mit einem Zahnrad 71 im Eingriff steht. Über eine zusätzliche Kupplung 73 kann ein Vorderradantrieb zugeschaltet werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines leistungsverzweigten Getriebes mit einer speziellen An-

passung für einen Radlader.

Der Leistungsfluß erfolgt hier von der Abtriebswelle 10 über eine Abtriebsräderkette 80, bestehend aus den jeweils miteinander kämmenden Zahnrädern 81, 82, 83, wobei das Zahnrad 81 aiii der Abtriebswelle 10, das ■> Zahnrad 82 auf einer Zwischenwclle 85 und das Zahnrad 83 auf einer Endabtriebswelle 86 mit zwei Abtriebsanschlüssen 87 und 88 angeordnet sind, der Abtrieb also von hier auf die Vorder- und Hinterräder erfolgt.

Über die Hydrostatwelle 14 und die Zapfwelle 4 be- ίο steht die Möglichkeit eines antriebsmaschinendrehzahlabhängigen Nebenabtriebs.

In Verlängerung der Abtriebswelle 10 sowie der Zwischenwelle 85 können fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Nebenabtriebe vorgesehen sein, z.B. für Not-Lenkpumpen. Not-Lenkpumpen haben deshalb Bedeutung, um beim Ausfall einer Antriebsmaschine das Fahrzeug sicher abschleppen zu können. Über die Pumpen kann so der nötige Druck zur hydrostatischen Lenkunterstützung erzeugt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

30

40

45

50

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung, bei dem das hydrostatische Getriebe aus einer ersten Hydrostateinheit stufenlos veränderlichen Volumens und einer zweiten Hydrostateinheit, vorzugsweise konstanten Volumens besteht, wobei die erste Hydrostateinheit mit einer Getriebeeingangswelle und die zweite Hydrostateinheit mit einer ersten Welle eines Summierungsgetriebes in ständiger Triebverbindung steht, mit zwei Vorwärts- und einem Rückwärtsfahrbereich, bei dem der eingangsseitig aufgeteilte hydraulische und mechanische Leistungszweig in dem Summierungsgetriebe, das aus einem vierwelligen Umlaufrädergetriebe besteht, das in jedem Fahrbereich drei belastete und eine freie — kein Drehmoment übertragende — Welle aufweist, wieder zusammengefaßt werden und in Abhängigkeit vom jeweiligen Fahrbereich der weitere Leistungsfluß vom Summierungsgetriebe über zwei Ausgangswellen erfolgt, dadurch gekennzeichnet,

— daß die erste Abtriebswelle (Planetenträger 40) des Summierungsgetriebes (8) im ersten Vorwärtsfahrbereich direkt mit der Abtriebswelle (10) über eine erste Kupplung (37) verbindbar ist,

— daß die erste Abtriebswelle (Planetenträger 40) des Summierungsgetriebes im Rückwärtsbereich mit der Abtriebswelle (10) über einen weiteren Triebstrang (9,48,50,52) über eine zweite Kupplung (38) verbindbar ist,

— daß die zweite Abtriebswelle (Sonnenrad 54) des Summierungsgetriebes (8) im zweiten Vorwärtsfahrbereich direkt mit der Abtriebswelle (10) über eine dritte Kupplung (36) verbindbar ist,

— daß das Summierungsgetriebe (8) und die Kupplungen (36, 37, 38) koaxial zu einer zur Getriebeeingangswelle (2) parallel versetzt liegenden Reaktionswelle (9) angeordnet sind und

— daß die beiden Kupplungen (36,37) für die beiden Vorwärtsfahrbereiche ein Kupplungspaket bilden.

2. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß die beiden Hydrostateinheiten (5) und (6) hintereinander auf einer zur Getriebeeingangswelle (2) parallel versetzt angeordneten Achse liegen,

— daß eine die Getriebeeingangswelle (2) und die erste Hydrostateinheit (5) verbindende Zahnradstufe (13) getriebeausgangsseitig und eine mit der zweiten Hydrostateinheit (6) in Verbindung stehende Zahnradstufe (15) getriebeein- t>o gangsseitig angeordnet ist.

3. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vier parallele Achsen, die gebildet werden b5 durch

— die Getriebeeingangswelle (2),

— die Hydrostateinheiten (5,6) mit Hydrostatwellen(14,16),

— die Reaktionswelle (9),

— und eine Umkehrwelle (50).

4. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der zweiten Hydrostateinheit (6) in Verbindung stehende Zahnradstufe (15) aus

— einem mit der zweiten Hydrostateinheit (6) in Verbindung stehenden Zahnrad (17),

— einem koaxial zur Getriebeeingangswelle (2) angeordneten Stufensonnenrad (19) und

— einem auf der Reaktionswelle (9) drehenden Zahnrad (20) besteht.

5. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtrieb vom Summierungsgetriebe (8) im ersten Vorwärts- wie Rückwärtsfahrbereich über einen mit der Reaktionswelle (9) fest verbundenen Planetenträger (40) erfolgt.

6. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der zweiten Hydrostateinheit (6) in Verbindung stehende Zahnradstufe (15) und die Zahnradstufe (31) von der Eingangsstufe zum Sumierungsgetriebe unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.

7. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und vierte Welle (Planetenträger 40, Sonnenrad 54) des Summierungsgetriebes über die erste Kupplung (37) bzw. die dritte Kupplung (36) jeweils direkt mit einer Abtriebswelle (10) verbindbar ist.

8. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kupplungen (36, 37, 38) ein Kupplungspaket bilden.

9. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlängerung der Getriebeeingangswelle (2) als Zapfwelle (4) ausgeführt ist.

10. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hydrostatwelle (14) als antriebsmaschinendrehzahlabhängiger Nebenabtrieb ausgebildet ist.

11. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (10) direkt über ein Kegelrad (61) mit einem Achsdifferential (60) verbunden ist.

12. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorderachsantrieb mit einem Triebstrang (68, 70,71) über eine zusätzliche Kupplung (73) zuschaltbar ist.

13. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlängerung (63) der Getriebeeingangswelle (2) als Anschlußwcllc für ein Zapfwellengetriebe (64) ausgebildet ist.

14. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gc-

kennzeichnet, daß die Abtriebswelle (10) mit einer Abtriebsräderkette (80) und einer Endabtriebswelle (86) mit zwei Abtriebsanschlüssen (87, 88) für eine Vorder- und Hinterachse in direkter Triebverbindung steht.

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Aus dem Stand der Technik, und zwar aus der SAE-Druckschrift 7 20 724 vom Septemper 1972, ist ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe bekannt. Bei diesem Getriebe handelt es sich um ein vierwelliges Umlaufrädergetriebe, das als Summiergetriebe für den hydraulischen und mechanischen Leistungszweig wirkt, bei dem jedoch im ersten Fahrbereich in Vorwärtsrichtung und im Rückwärtsfahrbereich der Antrieb rein hydrostatisch erfolgt. Dadurch bedingt ist die Getriebeejkleistung (Produkt aus maximaler Anfahrzugkraft und Endgeschwindigkeit bzw. maximalen Antriebsmoment und maximaler Abtriebsdrehzahl des Getriebes) erheblich geringer als beim erfindungsgemäßen Vorschlag. Eine hohe spezifische Hydrostatbelastung, damit verbundene geringe Lebensdauer und hohes Leistungsgewicht und -volumen sind die Folge. Außerdem ist nur eine geringe Rückfahrgeschwindigkeit bzw. Getriebeeckleistung im Rückwärlsbereich gegeben.

Aus der DE-AS 24 15 002 ist auch ein hydrostatischmechanisches Getriebesystem bekannt, das ebenfalls zwei hydrostatisch-mechanische Vorwärtsbereiche, und bedingt durch die spezifische Bauweise zwei Rückwärtsbereiche aufweist Dabei ist es jedoch nicht möglich, das Getriebe mit nur einem Rückwärtsbereich gemaß den Forderungen von Ackerschleppern mit entsprechend geringerem Aufwand auszuführen. Der Rückwärtsbereich ist dadurch bedingt, daß in dem mechanischen Leistungszweig ein Wendegetriebe mit zwei Schaltkupplungen eingebaut ist. Das Getriebe muß also grundsätzlich mit vier Kupplungen ausgeführt werden, was gleiche Vorwärts- und Rückfahrbedingungen bringt. Die Bereichskupplungen für den ersten und zweiten Bereich sind vor dem Summierungsgetriebe im hydraulischen Leistungszweig angeordnet. Daraus folgt, daß auch das gesamte Drehzahlniveau der verschiedenen Wellenglieder des Summierungsgetriebes höher liegt wodurch die Bauteile höheren Beanspruchungen unterliegen und geräuschintensiver sind. Ganz allgemein ist durch dieses Getriebesystem bedingt, daß zwangsläufig ein Wellenglied des Summierungsgetriebes bei Endübersetzung mit dem vielfachen der Antriebsmaschinendrehzahl bzw. der Drehzahl des Wellengliedes, das mit der Antriebswelle in Verbindung steht, dreht.

Da nach der DE-AS 24 15 002 dieses Wellenglied im Anfahrbereich die Anfahrdrehmomente zu übertragen hat, muß es auch relativ großvolumig als Steg oder Hohlrad ausgebildet sein.

Weitere Nachteile sind der ungünstigere Wirkungsgrad infolge höherer Wälzleistung, insbesondere durch das dazwischengeschaltete Wendegetriebe im mechanischen Leistungszweig, ungünstigere Bauform, sowie Leistungsgewicht und Volumen.

Aufgiibe der vorliegenden Erfindung ist es, ein lei-Mungsverzweigtes Getriebe zu schaffen,