DE3337400C2

DE3337400C2 -

Info

Publication number: DE3337400C2
Application number: DE19833337400
Authority: DE
Inventors: Ulrich 2000 Norderstedt De Becker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1983-10-14
Publication date: 1990-01-11
Also published as: DE3337400A1

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs 1.

Ein solches Getriebe ist aus der US-PS 23 62 542 bekannt geworden. Diese Getriebe arbeitet im allgemeinen leistungsverzweigend, außer bei der Höchstdrehzahl des Abtriebes, wo es rein mechanisch arbeitet (Z 38-42 li Sp S 5). Zur Übersetzungseinstellung dieses Getriebes müssen beide hydrostatische Einheiten verstellbar ausgeführt sein und diese Verstellung muß sychron für beide Einheiten erfolgen. Eine der beiden Einheiten muß über eine Nebenwelle angetrieben werden, die über je einen Stirnradsatz mit den Planetensätzen verbunden ist.

Aus der DE-AS 17 75 843 ist ein leistungsverzweigendes hydrostatisch-mechanisches Verbundgetriebe bekannt, bei dem die Eingangswelle über ein Differentialverzweigungsgetriebe mit einem hydrostatischen und einem mechanischen Getriebezweig gekoppelt ist, die über eine Getriebeschaltvorrichtung mit der Ausgangswelle kuppelbar sind. Das Getriebe ist so ausgelegt, daß beim langsamen Anlaufen ein großes Drehmoment zur Abtriebswelle hydrostatisch übertragen wird. In einem daran anschließenden Bereich wird leistungsverzweigend gearbeitet. Ab einer bestimmten Drehzahl wird die Leistung rein mechanisch übertragen, wobei die Umschaltung automatisch über einen Freilauf erfolgt. Zur Stillsetzung des hydrostatischen Teils des Getriebes wird dabei der Verdrängerhub des Hydromotors soweit verringert, daß der Motor in seinen Selbsthemmungszustand gerät und somit das hydrostatische Getriebe blockiert und als Reaktionsglied für das Differentialverzweigungsgetriebe dienen kann (Z 8-39, Sp 5).

Aus der US-PS 34 70 769 ist es bekannt, hydrostatisch-mechanische Verbundgetriebe mit mehreren Schaltbereichen zu versehen, wobei rein hydraulische als auch rein mechanische Betriebszustände möglich sind (Z 29-35, Sp 1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Getriebe zu entwickeln, das 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.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß ein Getriebe aus einem hydrostatischen und einem mechanischen Teil besteht. Beide Teile werden für die Kraftübertragung genutzt. Das heißt zum Kuppeln, Anfahren und Beschleunigen wird der hydrostatische Teil genutzt und für den verhältnismäßig gleichmäßigen Dauerbetrieb der mechanische Teil.

Das Umschalten vom hydraulischen auf den mechanischen Getriebeteil erfolgt ruckfrei, automatisch und zwangsläufig. Beim Anfahren und Beschleunigen wird die stufenlose Untersetzung des hydrostatischen Teils genutzt und beim Dauerbetrieb der günstige Wirkungsgrad des mechanischen Teils.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 gibt die Möglichkeit beliebig viele und beliebig geartete Getriebeübersetzungen einrichten zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe,

Fig. 2 ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit 4 mechanischen Untersetzungen.

Nach Fig. 1 erfolgen An- und Abtrieb 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 Plantensätzen und einer variablen Untersetzung von 4 : 1 bis 1 : 1 ist das maximale Schluckvolumen des Hydromotors viermal größer als das Fördervolumen der Pumpe. Das Schluckvolumen des Motors ist auf ca. 25% seines Maximums reduzierbar, so daß sich jetzt Förder- und Schluckvolumen 1 : 1 gegenüberstehen. Das Fördervolumen der Pumpe ist in diesem Fall nicht regelbar. Der Hydromotor ist auf Rückwärtsbetrieb umschaltbar.

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 und die Drehzahl erhöht sich. 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 Schluckmenge des Hydromotors steigt sein Drehmoment. Der Abtriebsplanetensatz bremst die Sonnenräder 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 jetzt in entgegengesetzter Richtung zur Pumpe, so daß das Abtriebshohlrad 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.

Schiebebetrieb

Pumpe und Hydromotor werden durch die Planetensätze in entgegengesetzter Kraftflußrichtung (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 Schiebekräfte ist möglich, wenn der hydrostatische Getriebeteil in der Weise genutzt wird, daß der entstehende Arbeitsdruck im Rückstromteil über ein Bremsband die Sonnenräder 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 weiter durch den Antriebsmotor abgebremst.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 können durch die Sonnenräder 71, 72, 73+74 und die Planetensätze 51, 52, 61, 62 weitere Untersetzungsstufen im mechanischen Teil des Getriebes geschaltet werden. Das heißt, daß die Sonnenräder des eingeschalteten Untersetzungsverhältnisses, beispielsweise durch Schiebemuffen oder hydraulisch betriebene 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 im 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 im Hydraulikarbeitsstrom liegen, um den kurzfristig steil ansteigenden Stützdruck abzufangen.

Ein Ventil im Speicher sorgt für eine schnelle Aufladung mit Hydraulikflüssigkeit 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 Regelung des Schluckvolumens des Hydromotors dem jeweiligen Untersetzungsverhältnis angepaßt.

Das Schalten der mechanischen Gänge und die entsprechende Regelung 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 Überbrückung der Schaltübergänge bei.

Soll der mechanische Teil des Getriebes mit seinen Schaltstufen auch für den Rückwärtsbetrieb genutzt werden, dann muß die Umschaltung hinter dem Abtriebshohlrad erfolgen. Auf die Sperrung der Sonnenräder kann dann verzichtet werden. Eine solche Umschaltung wäre z. B. im Achsdifferential durch ein weiteres Ritzel gegenüber dem ersten auf dem Tellerrad möglich. Die Ritzel könnten z. B. durch eine Schiebemuffe wechselseitig gesteuert werden.

Beispiel

Untersetzungsverhältnisse in einem hydrostatisch-mechanischen Getriebe mit zusätzlicher mechanischer 4-Ganguntersetzung, siehe Fig. 2

Durchmesser Zahnräder:

Nr. 10+20=160 mm
Nr. 51+62=40 mm
Nr. 52=32 mm
Nr. 61+73=60 mm
Nr. 71+74=80 mm
Nr. 72=88 mm

Untersetzungsverhältnisse und Kraftfluß:

1. Gang, 2,75 : 1=Zahnrad Nr.: 10/51/52/72/73/61/62/20
2. Gang, 2,00 : 1=Zahnrad Nr.: 10/51/-/71/73/61/62/20
3. Gang, 1,38 : 1=Zahnrad Nr.: 10/51/52/72/74/-/62/20
4. Gang, 1,00 : 1=Zahnrad Nr.: 10/51/-/71/74/-/62/20

Claims

1. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe, bei dem der hydrostatische Teil im Förder- bzw. Schluckvolumen stufenlos regelbar ist und der mechanische Teil des Getriebes aus mindestens zwei Planetensätzen besteht, wobei der Antrieb über das Hohlrad eines eingangsseitigen und der Abtrieb über das Hohlrad eines ausgangsseitigen Planetensatzes erfolgt und die Sonnenräder der Planetensätze durch eine gemeinsame Welle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) im rein hydrostatischen Vorwärtsbetrieb (Anfahren) die die Sonnenräder (70) verbindende gemeinsame Welle durch den Freilauf (80) in Drehrichtung der Planetensätze gesperrt ist,
b) im daran anschließenden rein mechanischen Vorwärtsfahrbereich nach Erreichen des Drehmomentausgleiches zwischen den beiden Planetensätzen die Sonnenräder entgegen der Sperrichtung drehen und die Stützung der Planetensätze über den hydrostatischen Teil des Getriebes erfolgt,
c) die die Sonnenräder (70) verbindende gemeinsame Welle im Rückwärtsbetrieb in beiden Drehrichtungen gesperrt ist.

2. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe nach A1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zur Erweiterung der Getriebeübersetzungen weitere Planetensätze zu den bereits vorhandenen installiert werden,
b) alle Sonnenräder, die direkt am Schaltvorgang beteiligt sind, drehbar auf der Welle gelagert sind,
c) die Sonnenräder, die bei paariger Anordnung der Planetensätze das größere Untersetzungsverhältnis bewirken, durch Freiläufe mit der Welle verbunden sind,
d) die Sonnenräder des eingeschalteten Untersetzungsverhältnisse z. B. durch Schiebemuffen oder hydraulisch betriebene Lamellenkupplungen mit der Welle verbunden sind.