DE3309143A1 - Antriebseinrichtung mit variabler gesamtuebersetzung - Google Patents

Antriebseinrichtung mit variabler gesamtuebersetzung

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Bruno Winterthur Meier
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    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
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    • F16H2037/088—Power split variators with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft

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Description

P.5794/Nl/Wh
Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik Winterthur / Schweiz
Antriebseinrichtung mit variabler Gesamtübersetzung
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit variabler Gesamtübersetzung, welche ein überlagerungsgetriebe mit einem Leistungspfad mit konstanter Uebersetzung und einem Leistungspfad mit variabler Uebersetzung aufweist, wobei ein die Leistungen der genannten Leistungspfade zusammenführendes oder aufteilendes Umlaufgetriebe vorgesehen ist. Antriebseinrichtungen mit Ueberlagerungsgetrieben sind an sich bekannt. So ist z. B. ein hydrostatisches Ueberlagerungsgetriebe (Hydrostatic power split transmission ) im Artikel "Ueberlagerungsantriebe" von Prof. Dr. Jean Thoma in der Zeitschrift Oelhydraülik und Pneumatik 15 (1971)
S.123
Nr. 3,offenbart. Dabei wird die Leistung auf einen Leistungspfad mit konstanter Uebersetzung und einen Leistungspfad mit variabler Uebersetzung aufgeteilt und die Leistungspfade mittels eines als Summiergetriebe ausgebildeten Umlaufgetriebes wieder zusammengeführt. Der Leistungspfad mit variabler Uebersetzung enthält ein Regelgetriebe, in diesem Falle ein hydrostatisches Regelgetriebe.
Ein solches Ueberlagerungsgetriebe weist einerseits den Vorteil auf, dass das Regelgetriebe nicht für die volle Leistung ausgelegt sein muss, was sich vorteilhaft auf Preis und Leistungsverluste auswirkt, da der Wirkungsgrad der
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Reqelgetriebe üblicherweise gering ist. Andererseits weisen solche Ueberlagerungsantriebe den Nachteil auf, dass durch die genannte Aufteilung der Gesamtregelbereich verschlechtert wird. Wenn nur sehr wenig Leistung über den Leistungspiad mit variabler Uebersetzung geführt wird, z.B. 10 %, beträgt der Gesamtregelbereich ebenfalls nur ca. 10 % des Regelbereichs des variablen Getriebes. Da das Umlaufgetriebe zum vornherein eine bestimmte eigene Uebersetzung ins Langsame oder ins Schnelle aufweist, übersetzt die Gesamtantriebseinrichtung generell entweder ins Schnelle oder ins Langsame. Soll jedoch die Antriebseinrichtung im Uebersetzungsbereich um ca. 1:1 feinfühlig reguliert werden können, sind weitere Getriebestufen nötig, so dass der Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung verhältnismässig schlecht ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebseinrichtung der
insbesondere
eingangs genannten Art zu schaffen, welche/bei einem Uebersetzungsbereich in der Gegend um 1:1 einen wesentlich besseren Wirkungsgrad als bisher aufweist.
Die zur Lösung dieser Aufgabe dienende Antriebseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die An- und Abtriebsstellen des Ueberlagerungsgetriebes mit einem ebenfalls als Umlaufgetriebe ausgebildeten Zusatzgetriebe in Verbindung stehen, und dass ein rotierendes Getriebeelement des Zusatzgetriebes als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
Hierdurch lässt sich erreichen, dass die Summe der Wälzleistungen aller Zahneingriffe, insbesondere desjenigen Leistungspfades, der den grössten Anteil an Leistung zu übertragen hat, wesentlich geringer gehalten wird, als bei einem Ueberlagerungsgetriebe mit zugeschalteten herkömmlichen Getriebestufen. Auf diese Weise lässt sich z.B.
« · λ * m n
β β β * β ο ·
** " 'S 3309U3 - 1-b'
der Generator für die Stromversorgung eines Schiffes mit
Veränderliche Drehzahl aufweisenden
• konstanter Drehzahl vom/Hauptdieselmotor aus antreiben, was kostenmässig Vorteile bringt. Da ein solcher Generator in der Praxis dauernd mit Vollast läuft, ist ein guter Wirkungsgrad der vorgeschalteten Antriebseinrichtung besonders wichtig zwecks Reduzierung der Betriebskosten.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausfuhrung der Erfindung kann die Hauptwelle des Ueberiagerungsgetriebes mit dem Steg des zugehörigen Umlaufgetriebes verbunden sein, wobei das Sonnenrad desselben mit dem Sonnenrad des Zusatzgetriebes verbunden i"St und das Hohlrad des Zusatzgetriebes mit dem Steg des Umlaufgetriebes verbunden ist, sowie der Steg des Zusatzgetriebes als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauart mit geringen Wälzverlusten erzielt.
Weiter kann die Hauptwelle des Ueberiagerungsgetriebes mit dem Steg des zugehörigen Umlaufgetriebes verbunden sein, wobei das Sonnenrad desselben mit dem Sonnenrad des Zusatzgetriebes verbunden ist und das Hohlrad des Zusatzgetriebes über eine Hilfswelle mit der Hauptwelle des Ueberiagerungsgetriebes verbunden ist, sowie der Steg des Zusatzgetriebes
als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine besonders flexible Anpassung des Getriebes an verschiedene Antriebsverhältnisse.
Schliesslich kann das Ueberlagerungstriebe als L.eistungspfad mit variabler Uebersetzung ein Hydraulikgetriebe aufweisen, dessen verstellbare Pump/Motor-Einheit (variable capacity pump/motor unit) mit der Hauptwelle verbunden ist und dessen fixe Pump/Motor-Einheit (fixed capacity pump/ motor unit) mit dem Hohlrad des dem Ueberlagerungstriebe
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zugeordneten Umlaufgetriebes verbunden ist, wobei die verstellbare Pump/Motor-Einheit in Abhängigkeit von einem dem Steg des Zusatzgetriebes zugeordneten Drehzahlfühler gesteuert ist. Hierdurch wird der Vorteil einer besonders feinfühligen Drehzahlregulierung erreicht.
Die nähere Erläuterung der.Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit nachstehender Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Antriebseinrichtung und
Fig.' 2 eine zweite, besonders kompakte Ausführung der Antriebseinrichtung mit optimalem Wirkungsgrad.
Eine z.B. mit einem Schiffsdieselmotor verbundene Hauptwelle 10 (Fig. 1) ist mit dem Steg 12 eines Umlaufgetriebes 14 verbunden, mit Planetenrädern 16, 18, welche einerseits mit einem Sonnenrad 20 und anderseits mit einem Hohlrad 22 im Eingriff stehen. Dieses steht über ein Ritzel 24 mit einer fixen, somit konstante Durchflussmenge aufweisenden hydraulischen Pump/Motor-Einheit 26 in Verbindung, welehe seinerseits über die Oelleitungen 28, 30 mit einer Pump/Motor-Einheit 32, deren Durchflussmenge verstellbar i i;t, in Verbindung steht. Die verstellbare Pump/Motor-Einheit 32 steht über die Ritzel 34, 36 mit der Hauptwelle 10 in Verbindung.
Der bisher beschriebene Teil der Antriebseinrichtung stellt ein Ueberlagerungsgetriebe bekannter Art dar, wobei der zwischen dem Ritzel 36 und dem Steg 12 befindliche Teil 38 der Hauptwelle zusammen mit dem Steg 12 den Leistungspfad mit konstanter Uebersetzung gebildet, während der Hydraulikkreis 32, 26, 28, 30 den Leistungspfad mit variabler Uebersetzung bildet.
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- i - ι.
Die Hauptwelle 10 steht weiter über die Zahnkettenräder 40, 42 sowie die Zahnkette 44 im Kingriff mit der Hilfswelle 46, welche über das Ritzel 48 mit dem Hohlrad 50 des ebenfalls als Umlaufgetriebe ausgebildeten Zusatzgetriebes 52 im Eingriff steht. Das Hohlrad 50 steht über die Planetenräder 54, 46 einerseits mit dem Sonnenrad 58 im Eingriff, welches über eine Welle 60 mit dem Sonnenrad 20 des Umlaufgetriebes 14 gekoppelt ist, und steht anderseits über den Steg 62 mit der Antriebswelle 64 in·Verbindung. An dieser befindet sich ein Drehzahlfühler 66, welcher über • eine Steuereinrichtung 67 und eine Signalleitung 68 mit der verstellbaren Pump/Motor-Einheit 32 verbunden ist.
Für ein Betriebsbeispiel der beschriebenen Vorrichtung wird angenommen, dass mit der Hauptwelle 10 ein Schiffsdieselmotor verbunden ist, dessen Drehzahl in bestimmten Grenzen schwankt und dass mit der Abtriebswelle 64 ein Generator verbunden ist, dessen Drehzahl konstant gehalten werden, soll. Das Drehzahlverhältnis des Leistungspfades mit variabler Uebersetzung, d.h. verstellbare Pump/Motor-Einheit 32 und die fixe Pump/Motor-Einheit 26, ist in diesem Fall regelbar zwischen Null und eins. Beim Drehzahlverhältnis 1:1 weisen An- und Abtrieb des hydrostatischen Leistungspfades, d.h. die Ritzel 34 und 24, die gleiche Drehzahl auf. Tn diesem Falle dreht sich das Hohlrad 22 des Umlaufgetriebes 14 gleich schnell wie der Steg 12 mit der Hauptwelle 10, damit muss auch das Sonnenrad 20 die selbe Drehzahl aufweisen. Im Umlaufgetriebe 52 drehen sich deshalb das Sonnenrad 58 und das Hohlrad 50 gleich schnell, wobei das Sonnenrad 58 über die Welle 60 mit dem Sonnenrad 20 gekoppelt ist, und das Hohlrad 50 über die Hilfswelle 46 mit den Ritzeln 48 und dem Zahnkettentrieb 42, 44, 40 mit der Hauptwelle 10 gekoppelt ist. Die ganze Antriebseinrichtung, mit Ausnahme der Hilfswelle 46, läuft als starrer
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Eilock um, es findet keinerlei Wälzbewegung in den Umlaufgetrieben statt, so dass in diesen ^uch keine Verluste entstehen. Verluste entstehen im wesentlichen im hydrostatischen Leistungspfad, der aber nur einen geringen Teil der Gesamtleistung zu übertragen hat.
Wird die Pump/Motor-Einheit 32 über den Drehzahlfühler 66 und die Steuereinrichtung 67 so eingestellt, dass die I'ump/Motor-Einheit 26 stillsteht, so steht auch das .Hohlrad 22 des Umlaufgetriebes 14 still. Damit läuft das Sonnenrad 20 schneller um als die Hauptwelle 10. Dies gibt dem Steg 62 im Umlaufgetriebe 52, der mit der Abtriebswelle 64 verbunden ist, eine Zusatzdrehung. Die Abtriebswelle 64 läuft also in diesem Falle etwas schneller um als die Hauptwelle 10.
Die in diesem Fall entstehenden Verluste im Umlaufgetriebe 52 sind sehr bescheiden, da die Wälzleistungen in den Verzahnungen klein gehalten werden können. Etwas grosser sind die Verluste lediglich im Umlaufgetriebe 14, das grössere Umlaufgeschwindigkeiten aufweist. Andererseits entstehen wegen des stillstehenden Hydraulikmotors 26 keine Verluste im hydrostatischen Leistungspfad. Gesamthaft gesehen, sind die Verluste der Antriebseinrichtung auch bei diesem Betriebszustand geringer als bei herkömmlichen Antriebseinrichtungen der eingangs erwähnten Art.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist das Hohlrad 70 des Umlaufgetriebes 52 direkt mit dem Steg 12 des Umlaufgetriebes 14 gekuppelt, so dass auf die Hilfswelle 46 mit dem Zahnkettentrieb 40,42,44 verzichtet werden kann. Hierdurch wird eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht. Die Wirkungsweise ist gleich wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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F.s versteht sich, dass der Leistungspfad mit dem hydrostatischen Getriebe auch zwischen einem negativen und einem positiven maximalen Drehzahlverhältnis verstellt werden kann, wobei die Pump/Motor-L'inheit 26 also reversiert wird. Dadurch verdoppelt sich auch der Regelbereich der gesamten Antriebseinrichtung. In diesem Fall funktioniert die Pump/Motor-Einheit 26 als Pumpe und die Pump/Motor-Einheit 32 als Motor.
Selbstverständlich können An- und Abtrieb vertauscht werden, wobei die Antriebseinrichtung ins Langsame übersetzt anstatt ins Schnelle.
Der Drehzahlfühler 66 könnte auch an der jeweiligen Antriebswelle vorgesehen sein.

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    tl.) Antriebseinrichtung mit variabler Gesamtübersetzung, welche ein Ueberlagerungsgetriebe mit einem Leistungspfad mit konstanter Uebersetzung und einem Leistungspfad mit variabler Uebersetzung aufweist, wobei ein die Leistungen der genannten Leistungspfade zusammenführendes oder aufteilendes Umlaufgetriebe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , dass die An- und Abtriebsstellen (10, 60) des Ueberlagerungsgetriebes (26, 32; 14) mit einem ebenfalls als Umlaufgetriebe ausgebildeten Zusatzgetriebe (52) i-n ,Verbindung stehen, und dass ein rotierendes Getriebeelement"(64) des Zusatzgetriebes (52) als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
  2. 2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle (10) des Ueberlagerungsgetriebes (26, 32; 14) mit dem Steg (12) des zugehörigen Umlaufgetriebes (14) verbunden ist, dass das Sonnenrad (20) desselben mit dem Sonnenrad (58) des Zusatzgetriebes (52) verbunden ist und dass das Hohlrad (70) des Zusatzgetriebes (52) mit dem Steg (12) des Umlaufgetriebes (14) verbunden ist, wobei der Steg des Zusatzgetriebes (52) als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
  3. 3, Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle (10) des Ueberlagerungsgetriebes (26, 32; 14) mit dem Steg (12) des zugehörigen Umlaufgetriebes (14) verbunden ist, dass das Sonnenrad
    (20) desselben mit dem Sonnenrad (58) des Zusatzgetriebes(52) verbunden ist, und dass das Hohlrad (50) des Zusatzgetriebes über eine Hilfswelle (46) mit der Hauptwelle (10) des Ueberlagerungsgetriebes (26, 32; 14) verbunden ist, wobei
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    der Steg (62) des Zusatzgetriebes (52) als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
  4. 4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ueberlagerungsgetriebe (26,32;14) als Leistungspfad mit variabler Uebersetzung ein Hydraulikgetriebe (26,32) aufweist, dessen verstellbare Pump/ Motor-Einheit (32) mit der Hauptwelle (10) verbunden ist, und dessen fixe Pump/Motor-Einheit (26) mit dem Hohlrad (22) des dem Ueberlagerungsgetriebe zugeordneten Umlaufgetriebes (14) verbunden ist, wobei die verstellbare Pump/ Motor-Einheit in Abhängigkeit von einem dem Steg (62) des Zusatzgetriebes (52) zugeordneten Drehzahlfühler (66) gesteuert ist.
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