DE3337400A1

DE3337400A1 - Hydrostatisch- mechanisches getriebe

Info

Publication number: DE3337400A1
Application number: DE19833337400
Authority: DE
Inventors: Ulrich 2000 Norderstedt Becker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1983-10-14
Publication date: 1985-06-13
Also published as: DE3337400C2

Description

Beschreibung
Titel: Hydrostatisch - mechanisches Getriebe Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft Fahrzeuge und Maschinen mit Verbrennungsmotor- oder Elektromotorantrieb.
Zweck: Bei diesen Maschinen und Fahrzeugen müssen zum Anfahren und zum Untersetzen der Drehzahlen zwischen Antrieb und Abtrieb Kupplungen und Getriebe geschaltet werden.
stand der Technik: Es ist bekannt, daß zur Erfüllung dieser Aufgaben Reibungskupplungen, hydrodynanische Kupplungen oder Drehmomentwandler in Verbindung mit ßynchrongetrieben oder Planetengetrieben verwendet werden.
Weiterhin werden hydrostatische Getriebe, bestehend aus Pumpe und Hydromotor, verwendet.
Kritik des Standes der Technik: Hydrodynamische Kupplungen und Drehmomentwandler arbeiten mit schlupf und 3trömungsverlusten.
Reibungskupplungen sind für größere Kraftübertragungen aufgrund der Hitzeentwicklung ungeeignet.
Hydrostatische Getriebe arbeiten mit einem relativ kleinen wirkungsgrad, verursacht durch Strömungsreibung der Hydraulikflüssigkeit und Reibungsverlusten der mechanischen Teile.
Der Der Erfindung liegt die Aufhabe zugrunde, ein Getriebe zu entwickeln, daß zum Anfahren und Untersetzen die Vorteile des hydrostatischen Teils nutzt und für die relativ gleichmäßige Dauerbelastung die Vorteile des mechanischen Teils.
Die Umschaltung vom hydrostatischen auf den mechanischen Teil und zurück soll automatisch und ruckfrei erfolgen.
Lösung: Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß zwischen Verbrennungsmotor oder Elektromotor und Abtrieb 2 Planetensätze geschaltet werden, die als Differenziale arbeiten.
An- und Abtrieb erfolgen über die Hohlräder 10 + 20. Die Sonnenräder 70 sind fest durch eine gemeinsame Welle verbunden. Diese Welle ist durch einen Freilauf 80 für den Vorwärtsbetrieb in einer Drehrichtung gesperrt.
Für den Rückwärtsbetrieb ist sie in beiden Drehrichtungen durch die Sperre 90 blockiert.
Der Antriebsplanetensatz 50 treibt die Pumpe 30 und der Abtriebsplanetensatz 60 wird durch den Hydromotor 40 getrieben.
Bei z. B. gleichgroßen Planetensätzen und einer variablen Untersetzung von 4:1 bis 1:1 ist das maximale Schluckvolumen des Hydromotors 4 x größer, als das Fördervolumen der Pumpe. Das Schluckvolumen ist auf ca. 25 % seines Maximums reduzierbar, so daß sich jetzt Förder- und Schluckvolumen 1:1 gegenüberstehen.
Das Fördervolumen ist in diesem Fall nicht regelbar. Der Hydromotor ist auf Rückwärtslaut umschaltbar.
Arbeitsweise: - Vorwärtsbetrieb -Die Kraft fließt vom Antriebshohlrad über den Antriebsplanetensatz auf die Pumpe, die Hydraulikflüssigkeit fördert. Der Hydromotor untersetzt und treibt mit erhöhtem Drehmoment den Abtriebsplanetensatz und damit das Abtriebshohlrad an.
Beide Planetensätze drehen im Vorwärtsbetrieb in gleicher Richtung. Die Sonnenräder sind in dieser Richtung durch den Freilauf gesperrt.
Durch Reduzierung der Schluckmenge des Hydromotors sinkt am Abtriebsplanetensatz das Drehmoment zugunsten der Drehzahl.
Erreicht der Hydromotor sein Schluckmengenminimum, dann sinkt das Drehmoment des Abtriebsplanetensatzes, bedingt durch innere Reibung, etwas unter das des Antriebsplanetensatzes und die Sonnenräder beginnen sich in entgegengesetzter Richtung zu drehen.
Dies geschieht auf Kosten der Drehzahl des Hydraulikteils, der zum Stehen kommt und durch seinen Stützdruck die Kraftübertragung durch den mechanischen Teil sichert.
Durch ein Sperrventil wird ein Rückwärtsfließen des Arbeitsstromes vom Hydromotor zur Pumpe verhindert.
- Anhalten -Durch Erhöhen der ochluckmenge des Hydromotors steigt sein Drehmoment. Der Abtriebsplanetensatz bremst die zonnenräder bis zum Stillstand ab und drückt sie dann gegen die Freilaufsperre. Jetzt fließt die Kraft wieder über den hydrostatischen Teil des Getriebes.
- Rückwärtsbetrieb -Die Sonnenräder sind gesperrt, der Hydromotor wird umgeschaltet und dreht in entgegengesetzter Richtung zur Pumpe, so daß das Abtriebsholrad in gleicher Richtung wie der Hydromotor dreht. Im Rückwärtsbetrieb kann nur der hydrostatische Teil des Getriebes genutzt werden, was bei der überwiegenden Zahl der Fahrzeuge auch ausreichen würde.
- ochiebebetrieb -Pumpe und Hydromotor werden durch die Planetensätze in entgegengesetzter Richtung (im vergleich zum Vorwärtsbetrieb) gedrückt, dadurch baut sich im Hydraulikrückstromteil vom Hydromotor zur Pumpe ein Hydraulikdruck auf, der als Stützdruck den mechanischen Kraftfluß vom Abtrieb zum Antrieb gewährleistet.
Eine weitere untersetzung der Dchiebekräfte ist möglich, wenn der hydrostatische Getriebe teil in der weise genutzt wird, daß der entstehende .rbeitsdruck im Kückstromteil über ein Bremsband die zonnenräder sperrt und den hydrostatischen Teil des Getriebes in Drehbewegung setzt.
Durch Erhöhen der Schluckmenge des Hydromotors wird die Pumpe auf kosten des Drehmoments beschleunigt und das Fahrzeug kann weiter durch den antriebsmotor abgebremst werden.
Weitere Ausgestaltung der Erfindung: Durch die Sonnenräder 71, 72, 73 + 74 und Planetensätze 51, 52, 61 + 62 können im mechanischen Teil des Getriebes weitere Untersetzungsstufen geschaltet werden. Das heißt, daß die Sonnenräder des eingeschalteten Untersetzungsverhältnisses, beispielsweise durch Schiebemuffen oder hydraulischbetriebene Lamellenkupplungen 100, mit der Welle verbunden sind, während die nicht benötigten Sonnenräder freilaufen.
Bei paarig angeordneten Planetensätzen auf der Antriebs- - oder Abtriebsseite können die Sonnenräder mit dem jeweils größeren Untersetzungsverhältnis durch Freiläufe mit der Welle verbunden werden, so daß beim Schalten die größere Untersetzung solange im Eingriff bleibt, bis sie durch die kleinere überholt wird.
Auch die Sonnenräder mit Freilauf müssen durch Kupplungen mit der Welle verbunden werden, wenn im Schiebebetrieb mit dem Antriebsmotor gebremst werden soll.
Alternativ können diese Sonnenräder auch fest mit der Welle verbunden werden, wenn die Freiläufe in die Planetenräder eingebaut werden.
Beim Schalten mit Lamellenkupplungen unter last muß zur Überbrückung der Drehzahllücke ein größerer Hydrospeicher ie Hydraulikarbeitsstrom liegen, um den kurzfristig steil ansteigenden Stützdruck abzufangen.
tin Ventil im Speicher sorgt für eine schnelle Aufladung mit HydraulikSlüssigkeit und ein Bypass für einen langsamen Rückfluß in den Arbeitsstrom. Auch beim Schalten sorgt der hydrostatische Teil für den Stützdruck des mechanischen Teils.
Der Stützdruck wird durch Reglung des Schluckvolumens des Hydromotors dem jeweiligen Untersetzungsverhältnis angepaßt.
Das Schalten der mechanischen Gänge und die entsprechende Reglung des Hydromotors erfolgen fast synchron. Das heißt, beim Hochschalten eilt die Mechanik der Hydraulik etwas voraus, beim Herunterschalten ist es umgekehrt.
Dadurch trägt die Hydraulik durch ihr kurzes Mitlaufen weiter zur weichen Uberbrückung der Schaltübergänge bei.
Soll der mechanische Teil des Getriebes mit seinen Schaltstufen auch für den Rückwärtsbetrieb genutzt werden, dann muß die Umschaltung hinter dem Abtriebsholrad erfolgen.
Auf die Sperrung der Sonnenräderwelle kann dann verzichtet werden.
Eine solche Umschaltung wäre z. B. im Achsdifferenzial durch ein weiteres Kitzel auf der gegenüberliegenden Seite des Tellerrads denkbar. Die Ritzel könnten z. B. durch eine Schiebemuffe wechselseitig einschaltbar gesteuert werden.
Beispiel: Untersetzungsverhältnisse in einem hydrostatisch- mechanischen Getriebe mit zusätzlicher mechanischer 4-Ganguntersetzung, siehe Zeichnung Nr. 2 Durchmesser der Zahnräder: Nr. 10 + 20 = 160 mm ir. 51 + 62 = 40 mm = 52 = 32 mm £:r. 61 + 73 = 60 mm Nr. 71 + 74 = 80 mm NT. 72 = 88 mm Kraftfluß und Untersetzungsverhältnis: 1. Ganz, 2,75 : 1 10 - 51 - 52 - 72 - 73 - 61 - 62 - 20 2. Gang, 2,00 : 1 '10 - 51 - 71 - 73 - 61 - 62 - 20 3. Gang, 1,38 : 1 10 - 51 - 52 - 72 - 74 - 62 - 20 4. Gang, 1,00 : 1 10 - 51 - 71 - 74 - 62 - 20 erzielbare Vorteile: Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß ein Getriebe aus einem hydrostatischen und einem mechanischen Teil besteht. Beide Teile werden für die Kraft übertragung alternativ genutzt. Das heißt ZWi Kuppeln, Anfahren und Beschleunigen wird der hydrostatische Teil genutzt und für den verhältnismäßig gleichmäßigen Dauerbetrieb der necharlische Teil.
Das Umschalten vom hydraulischen auf den mechanischen Getriebeteil erfolgt ruckfrei, automatisch und zwangsläufig.
Dadurch ergeben sich folgende Vorteile: Beim Anfahren und Beschleunigen wird die stufenlose Untersetzung des hydrostatischen Teils genutzt und beim Dauerbetrieb der günstige Wirkungsgrad des mechanischen Teils.
Hinweise auf veröffentlichte Patentschriften: Die Patentschriften US 30 55 233, CH 2 27 479, und US 33 45 885 beschreiben den Weg der Kraftverzweigung auf einen hydrostatischen und einen mechanischen Getriebeteil.
ei diesen Patentschriften kann bei höheren Abtriebsdrehzahlen der hydrostatische Getriebeteil praktisch nur unter größeren Verlusten an Energie an der Kraftverzweiung teilnehmen.

Claims

Patentansprüche Oberbegriff: Hydrostatisch- echanisches Getriebe Nennzeichnender Teil: Dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftfluß alternativ über den hydrostatischen oder mechanischen Teil des Getriebes erfolgt, der hydrostatische Teil im Förder- bzw.

ochluckvolumen stufenlos regelbar ist, der mechanische Teil des Getriebes aus 2 Planetensätzen besteht, die als Differentiale arbeiten, An- und Abtrieb über die Holrader erfolgen, der antriebsseitige Planetensatz eine Pumpe antreibt und der abtriebsseitige Planetensatz von einem Hydromotor getrieben wird, beide Sonnenräder durch eine gemeinsame Welle verbunden sind, diese Welle durch einen Freilauf in Drehrichtung der Planetensätze gesperrt ist und für den Rückwärtsbetrieb in beiden Drehrichtungen gesperrt ist, der Kraftfluß über den hydrostatischen Getriebeteil beim Anfahren und zeschleunigen erfolgt, und nach Erreichen des Drehmomentausgleiche zwischen den beiden Planetensätzen über den mechanischen Teil, der durch die Hydraulik gestützt wird.

Lnteranstrüche Oberbegriff: Hydrostatisch- mechanisches Getriebe mit mechanischen Gangabstufungen Kennzeichnender Teil: Dadurch ekennzeichnet, daß weitere Planetensätze zu den bereits vorhandenen installiert werden, sich dadurch beliebig viele und beliebig eartete Getriebeübersetzungen einrichten lassen, alle Sonnenräder, die airekt am ochaltvoran beteiligt sind, drehbar auf der Welle gelagert sind, oonnenräder, die bei paariger Anordnung der Planetensätze das größere Untersetzungsverhältnis bewirken, durch Freiläufe mit der zelle verbunden sind, die Sonnenräder des eingeschalteten Untersetzungsverhältnisses z.B. durch Schiebemuffen oder hydraulisch betriebene Lamellenkupplungen mit der delle verbunden sind, bei diesen Lamellenkupplungen unter Last beschaltet werden kann.