DE3609907A1 - Stufenloses hydromechanisches verzweigungsgetriebe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses hydromecha­ nisches Verzweigungsgetriebe mit einer ersten Hydrostat­ einheit verstellbaren Volumens und einer zweiten Hydro­ stateinheit vorzugsweise konstanten Volumens mit einem oder mehreren Summierungsgetrieben zur Aufsummierung der am Getriebeeingang in einen hydraulischen und einen mecha­ nischen Zweig aufsummierten Leistung.

Aus der DE-PS 31 47 447 ist ein hydromechanisches Verzwei­ gungsgetriebe mit mehreren Schaltbereichen bekannt, das ähnlich dem Erfindungsgegenstand eine erste Hydrostatein­ heit verstellbaren Volumens und eine zweite Hydrostatein­ heit konstanten Volumens besitzt, bei dem im Anfahrzustand bei geschlossener erster Bereichskupplung die erste ver­ stellbare Hydrostateinheit auf ihr maximales Verstellvo­ lumen ausgeregelt und das Summierungsplanetengetriebe so ausgelegt ist, daß in diesem Betriebszustand die Getrie­ beabtriebswelle bereits auf eine gewisse Abtriebsdrehzahl gezwungen wird, was einer bestimmten Mindestdrehzahl des Fahrzeuges entspricht. Bei diesem Getriebe ist jedoch we­ der ein Bypaßventil zwischen den beiden Hoch- und Nieder­ druckleitungen des Hydrostatkreislaufes als Anfahrein­ richtung vorgesehen, noch die erste Bereichskupplung als Anfahrkupplung geeignet. Als Anfahreinrichtung dient bei diesem Getriebe eine separate Anfahrkupplung, die als Fliehkraftkupplung ausgebildet werden kann und zwischen Antriebsmotor und der Antriebswelle des Getriebes geschal­ tet ist. Diese Anfahreinrichtung ist jedoch sehr teuer und als Fliehkraftkupplung nicht weich und feinfühlig dosier­ bar, wie dies an sich bei einem PKW erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydromechanisches Ver­ zweigungsgetriebe zu schaffen, das zur Vergrößerung des Getriebewandlungsbereiches bzw. der Getriebeeckleistung zugunsten höherer Leistungsdichte einen gespreizten ersten Fahrbereich besitzt und ohne Anfahrkupplung auskommt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung weist gegenüber dem bekannten Getriebe die­ ser Art mit zusätzlicher Anfahrkupplung den Vorteil auf, daß es einfacher und kostengünstiger ist und außerdem den für eine Anfahrkupplung erforderlichen Bauraum einspart, und daß die Getriebeantriebswelle unmittelbar mit dem An­ triebsmotor verbunden ist. Die Erfindung kommt ohne "ei­ gene" Anfahrkupplung aus. Bauraum und Kosten können ge­ spart werden.

Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein hydromechanisches Verzweigungsgetriebe mit zwei hydromechanischen Vorwärtsfahrbereichen, wobei der erste Fahrbereich um ein Übersetzungsmaß X gespreizt, und der Rückwärtsbereich ebenfalls gespreizt ist,

Fig. 2 einen Drehzahlplan zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Getriebeausführung mit zwei Vorwärtsfahrbe­ reichen und einem Rückwärtsfahrbereich, wobei der erste Vorwärtsfahrbereich und der Rückwärtsfahrbereich ebenfalls gespreizt sind,

Fig. 4 einen Drehzahlplan zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Getriebeausführung mit drei Vorwärtsfahrbe­ reichen und einem Rückwärtsfahrbereich, wobei erster Vor­ wärtsfahrbereich und Rückwärtsfahrbereich gespreizt sind,

Fig. 6 einen Drehzahlplan zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) ist ein hydromechanisches Verzweigungsgetriebesystem verwendet, bestehend aus einer ersten Hydrostateinheit A verstellba­ ren Volumes und einer zweiten Hydrostateinheit B, vor­ zugsweise konstanten Volumens, einem vierwelligen Summie­ rungsplanetengetriebe 4, einem dazugeordneten dreiwelligen Planetengetriebe 9, vorzugsweise versehen mit einem Son­ nenrad 21 und einem Hohlrad 22 sowie aus drei Bereichs­ kupplungen, Kupplung 24 für den ersten Vorwärtsfahrbe­ reich, Kupplung 25 für den zweiten Vorwärtsfahrbereich und Kupplung 23 für den Rückwärtsbereich. Das Summierungsge­ triebe 4 besteht aus zwei Planetengetrieben mit jeweils einem Sonnenrad, einem Steg und einem Hohlrad.

Die erste Welle des Summierungsgetriebes ist mit dem Steg 15 der ersten Planetenradstufe sowie mit dem Hohlrad 18 der zweiten Planetenradstufe verbunden und hat eine direk­ te Verbindung mit der Antriebswelle 2 und der ersten Hydrostateinheit A. Die zweite Welle des Summierungsge­ triebes steht in Verbindung mit einem Hohlrad 16 der ersten Planetenstufe und mit einem Steg 19 der zweiten Planetenstufe und ist gleichzeitig verbunden mit dem Son­ nenrad 21 des Planetengetriebes 9 sowie einem Glied der ersten Bereichskupplung, der Kupplung 24. Die vierte Welle des Summierungsgetriebes 4 bildet ein Sonnenrad 14 der ersten Planetenstufe und ist verbunden mit einem Glied einer zweiten Bereichskupplung, einer Kupplung 25. Die beiden Hydrostatgetriebeeinheiten A und B können bei die­ ser Ausführungsform kompakt zu einer Getriebeeinheit bzw. einer Baueinheit zusammengefaßt werden, ebenfalls die Baugruppen-Summierungsplanetengetriebe 4, zweiter Plane­ tentrieb 9 sowie das Kupplungspaket mit den Kupplungen 23, 24, 25. Alle Baueinheiten können, wie dargestellt, koaxial zueinander angeordnet, wie auch parallel zueinander ver­ setzt angeordnet werden, je nach den Fahrzeugforderungen. Die Verbindung der einzelnen Wellen zueinander bei ver­ setzt angeordneter Bauweise geschieht über entsprechende Übersetzungsstufen. Eine Prinzip- bzw. Systemveränderung erfolgt dadurch nicht. Die versetzte Anordnung ist insbe­ sondere für Fahrzeuge mit quer eingebautem Motor, z.B. beim PKW sowie auch bei Schwerfahrzeuggetrieben, Bussen, NKWs und Arbeitsmaschinen, von Vorteil.

Nachfolgend wird die Funktion des Getriebes beschrieben.

Das Summierungsgetriebe 4 ist so ausgelegt, daß, wie be­ schrieben, im Anfahrzustand die zweite Hydrostateinheit B über die zweite Welle, Sonnenrad 17 des Summierungsge­ triebes bei geschlossener erster Bereichskupplung 24 ange­ trieben wird, und zwar mit einer Drehzahl, die wesentlich höher ist, als die der ersten Hydrostateinheit A bei maximalem Verstellvolumen. Die zweite Hydrostateinheit B arbeitet in diesem Zustand als Pumpe. Die in dieser Be­ triebssituation auftretende Mehrförderung der zweiten Hydrostateinheit B, die von der ersten Hydrostateiheit A nicht aufgenommen werden kann, wird erfindungsgemäß durch das zwischen die beiden Hoch- und Niederdruckleitungen 13 des Hydrostatkreislaufes geschaltete Bypaßventil 12 ausge­ glichen.

Beim Anfahren wird durch ein Signal S das Bypaßventil 12 allmählich geschlossen, wodurch zwangsläufig beide Hydro­ stateinheiten A und B entsprechend ihren Voluminas, die in diesem Zustand Maximalwert haben, auf gleiche Drehzahl­ größe gezwungen. Die Abtriebswelle 3 ist bei diesem Schließvorgang des Bypaßventils 12 auf eine Drehzahl gebracht worden, die einer Mindestfahrgeschwindigkeit ent­ entsprechend dem Übersetzungspunkt X (Fig. 2) entspricht. Dieser Anfahrvorgang entspricht dem Schließvorgang einer Anfahrkupplung eines konventionellen Getriebes bzw. dem Anfahrvorgang bei dem bekannten oben genannten hydromecha­ nischen Getriebesystem. Um ein feinfühliges weiches Anfah­ ren zu erzielen, wird das Bypaßventil 12 angesteuert durch ein Signal S aus der Bremseinrichtung - z.B. Loslassen des Bremspedals - oder/und der Motordrehzahl oder/und einem lastabhängigen Signal, z.B. dem Arbeitsdruck des Hydro­ statgetriebes A, B.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist in der Anfahrein­ richtung identisch mit der der Ausführung 1. Es unter­ scheidet sich jedoch durch ein anderes Verzweigungssystem, das darauf beruht, daß zwei Summierungsplanetengetriebe 5 und 6 vorgesehen sind. Das erste Summierungsplanetenge­ triebe besteht aus einer dreiwelligen Planetengetriebe­ stufe, Sonnenrad 36, Steg 37 und Hohlrad 38. Das zweite Summierungsplanetengetriebe 6 ist ausgebildet mit zwei Planetentriebstufen, wobei jeweils ein Glied jeder Stufe, Sonnenrad 39 und Sonnenrad 44, mit zwei Wellen, Sonnenrad 36 und Steg 37 in ständiger Verbindung sind. Eine Ab­ triebswelle Steg 43 des zweiten Summierungsplanetenge­ triebes 6 steht in Verbindung mit einem weiteren Planeten­ trieb 10 sowie einem Kupplungsglied 48 der esten Bereichs­ kupplung 27. Ein Glied 49 der zweiten Bereichskupplung 28 ist mit einem Sonnenrad 44 des zweiten Summierungsplane­ tengetriebes 6 und einer Welle Steg 37 des ersten Summie­ rungsplanetengetriebes 5 verbunden.

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 haben im Anfahrbereich die beiden Hydrostateinheiten A und B gleichsinnige Drehrichtung, wie aus Drehzahlplan Fig. 4 zu ersehen ist. Die Überbrückung des gespreizten Drehzahl- bzw. Übersetzungsbereiches bis Übersetzungspunkt X bzw. der Anfahrvorgang in diesem gespreizten Drehzahlbereich entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die mecha­ nische Leistung wird von der Antriebswelle über die erste Hydrostateinheit A der Welle 34 bzw. auf die erste Welle, Hohlrad 38 und die hydrostatische Leistung über die Welle 35, auf das Sonnenrad 36 des ersten Summierungsplanetenge­ triebes 5 übertragen. Die hydrostatische Leistung teilt sich innerhalb des ersten Betriebsbereichs gleichzeitig auf das zweite Summierungsplanetengetriebe 6 über das Sonnenrad 39 und wird so gleichzeitig über dessen beide Hohlräder 41 und 42 der Summenleistung am Sonnenrad 44, die aus dem ersten Summierungsplanetengetriebe 5 kommt, auf den Steg 43 des zweiten Summierungsplanetengetriebes aufsummiert. Im ersten Schaltbereich wird die Leistung über das Kupplungsglied 48 der Kupplung 27 auf die Ab­ triebswelle 3 übertragen. Im Rückwärtsbereich wird die Leistung bei geschlossener Kupplung bzw. Bremse 26 über die letzte Planetentriebstufe 10 auf das Sonnenrad 45, den Steg 47, das Hohlrad 46 auf die Abtriebswelle 3 übertragen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist in der Funktion wie in seinem Aufbau weitgehend identisch mit demjenigen nach Fig. 3. Es unterscheidet sich im wesentlichen da­ durch, daß ein zusätzlicher dritter Schaltbereich vorhan­ den ist, wodurch das Leistungsvolumen bzw. der Drehmo­ mentwandlungsbereich des Getriebes bei gleichgroßem Hy­ drostatgetriebe nahezu um das Doppelte vergrößert wird. Der dritte Bereich wird dadurch realisiert, daß das erste Summierungsplanetengetriebe 7 als vierwelliges Planetenge­ triebe ausgebildet ist mit vorzugsweise einer weiteren Planetentriebstufe 50, 51, 52, und die vierte Welle, Son­ nenrad 50, mit einem Glied 53 der dritten Bereichskupplung 32 verbunden ist. Der Drehzahlverlauf der Hydrostateinhei­ ten A und B sowie der Abtriebswelle 3 ist in Fig. 6 darge­ stellt.

Durch die Bereichsspreizung des ersten Fahrbereiches nach dieser Art wird neben beträchtlicher Steigerung der Ge­ triebeeckleistung ohne Bauraumvergrößerung sowohl ein sehr spontan wirkendes als auch feinfühlig dosierbares Anfahr­ verhalten erzielt, je nach Fahrerwunsch.

Die entsprechenden Steuersignale sind ohnehin bei derarti­ gen Getrieben vorhanden, so daß der Kostenaufwand für die Anfahreinrichtung relativ niedrig ist.

Bei einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Ausfüh­ rungbeispiel entfällt die Anfahreinrichtung durch das Bypaßventil 12. Stattdessen werden die Kupplung 24; 27 für den ersten Bereich bzw. die Kupplung bzw. Bremse 23, 26 als Anfahrkupplung zusätzlich benutzt. Dies bedeutet, daß der Übersetzungsbereich bis zum Übersetzungspunkt X durch die entsprechende Kupplung überbrückt werden muß, indem diese - wie bei Anfahrkupplungen üblich - mit einem entsprechend dosierten, kontinuierlichen Druck beauf­ schlagt wird. Die für den kontinuierlichen Druckaufbau der Anfahrkupplung erforderlichen Signale sind mit den Signa­ len identisch, die oben erwähnt sind. Anstelle des Bypaßventils 12 dient hier ein (in den Zeichnungen nicht dargestelltes) Druckventil.

Zum Schließen der als Anfahrkupplung dienenden, ersten Bereichskupplung bzw. Rückwärtsfahrkupplung wird ein kontinuierlicher Kupplungsdruck erzeugt, der ein weiches Anfahrverhalten gewährleistet. Dieser Druck wird durch ein regelbares Druckventil, das durch ein entsprechendes Signal angesteuert wird, aufgebaut. Diese Signal ist beim Ausführungsbeispiel ein von der Bremsbetätigung abhängiges Sognal oder/und ein Motordrehzahlsignal oder/und ein lastabhängiges Signal.

Funktionsablauf

Bei getretener Bremse wird die Fahrtrichtung vorgewählt, wie bei Fahrzeugen mit Automatgetriebe üblich. Beim Loslassen der Bremse wird das regelbare Druckventil bereits durch ein von der Bremseinrichtung abhängiges Si­ gnal angesteuert, um einen Kupplungsdruck zu erzeugen, der so groß ist, daß eine Mindestzugkraft an den Fahrzeugrä­ dern entsteht, ohne den Motor unter eine Mindestleerlauf­ drehzahlgröße zu drücken. Je nach Forderung kann durch ein zusätzliches Signal, z.B. aus der Motordrehzahl, das Druckregelventil zusätzlich beeinflußt werden, um den Kupplungsdruck weiter zu erhöhen bzw. den Bedingungen anzupassen. Es ist, z.B. über eine elektronische Regelein­ richtung, möglich, einen automatischen Einfluß auf die Motorregelung zu nehmen, so daß der Motor nicht abgewürgt werden kann, ohne das Gaspedal zu betätigen. Der Kupplungsdruck kann auch durch ein lastabhängiges Signal, z.B. über den Hochdruck des Hydrostatgetriebes allein oder zusätzlich, geregelt werden.

Durch diese Einrichtung ist es möglich, je nach den fahr­ zeugspezifischen Bedingungen, eine weiche, feinfühlige und fahrzeuggerechte Anfahreinrichtung zu schaffen, die gegen­ über den bekannten Einrichtungen große Kosten- und Bau­ raumvorteile bietet.

Claims (15)

1. Stufenloses hydromechanisches Verzweigungsgetriebe mit einer ersten Hydrostateinheit verstellbaren Volumens und einer zweiten Hydrostateinheit vorzugsweise konstanten Volumens mit einem oder mehreren Summierungsgetrieben zur Aufsummierung der am Getriebeeingang in einen hydrauli­ schen und einen mechanischen Zweig aufsummierten Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschalte­ tem erstem Bereich im Anfahrzustand bei Fahrgeschwindig­ keit "Null" die erste Hydrostateinheit (A) als Hydromotor, die zweite Hydrostateinheit (B) als Pumpe arbeitet, und das Summmierungsgetriebe (4; 5, 6; 7, 8) so ausgelegt ist, daß in diesem Betriebszustand die zweite Hydrostateinheit (B) über das Summierungsgetriebe mit einer Drehzahl ange­ trieben wird, die wesentlich höher als die Drehzahl der ersten Hydrostateinheit (A) ist, und daß ein Bypaßventil (12) vorgesehen ist, das zwischen die beiden Hoch- und Niederdruckleitungen (13) des Hydrostatkreislaufs geschal­ tet ist und durch ein Signal angesteuert wird.

2. Stufenloses hydromechanisches Verzweigungsgetriebe mit einer ersten Hydrostateinheit verstellbaren Volumens und einer zweiten Hydrostateinheit vorzugsweise konstanten Volumens mit einem oder mehreren Summierungsgetrieben zur Aufsummierung der am Getriebeeingang in einen hydrauli­ schen und einen mechanischen Zweig aufsummierten Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß im Anfahrbe­ reich die erste Hydrostateinheit (A) als Hydromotor, die zweite Hydrostateinheit (B) als Pumpe arbeitet, und das Summmierungsgetriebe (4; 5, 6; 7, 8) so ausgelegt ist, daß in diesem Betriebszustand die mit der Abtriebswelle (3) zu kuppelnde Welle (19; 48) des Summierungsgetriebes (4; 5, 6; 7, 8) eine Drehzahl aufweist, die bereits einer be­ stimmten Mindestgeschwindigkeit entsprechend eines Über­ setzungspunkts (X) entspricht, und daß die entsprechende Kupplung (24; 27) oder Kupplung bzw. Bremse (23; 26) als Anfahrkupplung und Bereichskupplung dient.

3. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das das Bypaßventil (12) an­ steuernde Signal (S) ein Bremssignal oder/und ein Motor­ drehzahlsignal oder/und ein lastabhängiges Signal, z.B. aus dem Hydrostatdruck, ist.

4. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Übersetzung des Summie­ rungsgetriebes (4; 5, 6; 7, 8) so ausgelegt ist, daß sich bei geschlossenem Bypaßventil (12) in geschaltetem erstem Bereich durch Schließen der Kupplung (24; 27), bei gleichzeitiger maximaler Regelstellung der Hydrostatein­ heit (A) eine Getriebeübersetzung (X) einstellt, die einer Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeuges entspricht.

5. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Hydrostateinhei­ ten (A) und (B) im Anfahrbereich gegensinnige Drehrich­ tung haben, das Summierungsgetriebe (4) als vierwelliges Planetengetriebe ausgebildet und diesem ein zweites drei­ welliges Planetengetriebe (9) mit einem Sonnenrad (21) und einem Hohlrad (22) mit einer, mit dem Abtrieb verbindbaren Kupplung (23) zugeordnet ist (Fig. 1).

6. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Hydrostateinhei­ ten (A) und (B) im Anfahrzustand gleichsinnige Drehzahl aufweisen, das Getriebe ein erstes Summierungsplanetenge­ triebe (5), ein zweites Summierungsplanetengetriebe (6) sowie ein weiteres Planetengetriebe (10) umfaßt, das über eine Kupplung bzw. Bremse (26) mit der Abtriebswelle (3) in Triebverbindung bringbar ist, über eine Kupplung (27) ein erster Fahrbereich und über eine weitere Kupplung (28) ein zweiter Fahrbereich schaltbar ist (Fig. 3).

7. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Hydrostateinheiten (A) und (B) im Anfahrbereich gleichsinnige Drehzahlen auf­ weisen, dem Hydrostatgetriebe ein erstes vierwelliges Summierungsgetriebe als Planetengetriebe sowie ein weite­ res Summierungsplanetengetriebe (8) zugeordnet, über drei Kupplungen (27, 28 und 32) ein erster, ein zweiter und ein dritter Fahrbereich schaltbar und über eine Bremse (26) durch ein zusätzliches dreiwelliges Planetengetriebe der Rückwärtsbereich schaltbar ist (Fig. 5).

8. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kupplungen bzw. Bremsen (24; 27 und 23; 26) durch ein Signal angesteuert werden.

9. Verzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 und 8, dadurch gekennnzeichnet, daß das Signal ein Bremssignal oder/und ein Motordrehzahlsignal oder/und ein lastabhängiges Signal, vorzugsweise aus dem Hydrostat­ druck, ist.

10. Verzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die als An­ fahrkupplung dienende Kupplung bzw. Bremse (24; 27; 23; 26) mit einem Druck beaufschlagt wird,der durch Loslassen der Bremse erzeugt wird.

11. Verzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein regelbares Druckventil ein kontinuierlicher Druckauf­ bau zum Schließen der als Anfahrkupplung dienenden Kupplung (24; 27; 23; 26) vorgesehen ist.

12. Verzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 und 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein re­ gelbares Druckventil zum Schließen der Anfahrkupplung durch Loslassen der Bremse und gleichzeitig durch ein Motordrehzahlsignal beeinflußt wird, und das Drehmoment der Anfahrkupplung so dosiert wird, daß eine Mindestmotor­ drehzahl aufrechterhalten bleibt.

13. Verzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 und 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein regelbares Druckventil zum Schließen der Anfahrkupplungen vorgesehen ist, das durch ein Bremssignal durch Loslassen der Bremse und gleichzeitig durch ein Motordrehzahlsignal angesteuert wird, wobei die Motordrehzahl durch eine zusätzliche Einrichtung automatisch so weit angehoben wird (z.B. durch eine elektronische Motorregelung), daß die Anfahrkupplung voll geschlossen wird und ein Drehmo­ ment übertragen kann, das den jeweiligen Betriebssituatio­ nen entspricht.

14. Verzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 und 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für kontinuierlichen Druckaufbau der Anfahrkupplung ein regel­ bares Druckventil vorgesehen ist, das durch ein Bremssi­ gnal durch Loslassen der Bremse und durch ein Motordreh­ zahlsignal bis zu einem Abtriebsmoment angesteuert wird, das einer Mindestleerlaufgröße des Motors entspricht, und der weitere Druckaufbau bis zum vollen Schließen der Anfahrkupplung durch Gasgeben erzeugt wird.

15. Verzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 und 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zum Schließen der Anfahrkupplung durch ein lastab­ hängiges Signal übersteuert wird.