DE3726080A1 - Hydromechanisches leistungsverzweigungsgetriebe fuer ein fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydromechanisches Leistungsver­ zweigungsgetriebe zwischen dem Motor und dem Achsantriebs­ strang eines Fahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges, mit Merkmalen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Ein solches Getriebe ist beispielsweise aus Fig. 1 der DE-PS 29 04 572 und zugehöriger Beschreibung bekannt. Bei solchen Getrieben beträgt das Abtriebsmoment bei Rückwärts­ fahrt des Fahrzeuges nur ca. 50% des bei Vorwärtsfahrt ge­ gebenen Abtriebsmomentes. Hierfür sind folgende Gründe maß­ gebend: Während der Vorwärtsfahrt addieren sich das Moment des einen Hydrowandlers (Koppelkraftmaschine) und das Dreh­ moment des Antriebsmotors und das Stützmoment des anderen Hydrowandlers (Streuerkraftmaschine). Bei Rückwärtsfahrt da­ gegen subtrahieren sich das Drehmoment des Antriebsmotors und des Hydrowandlers (Steuerkraftmaschine) vom Moment des Hy­ drowandlers (Koppelkraftmaschine). Dies führt bei Rückwärts­ fahrt zu unbefriedigenden Antriebsbedingungen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, das hydromechanische Leistungsverzweigungsgetriebe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß zumindest für Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges ein höheres Antriebsmoment zur Verfügung ge­ stellt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Mittel gelöst.

Dadurch, daß einer der Hydrowandler im Betriebsbereich des Fahrzeuges (n _Ausgang : n _Eingang 50%) über zwei wahlweise aktivierbare Getriebeübersetzungen mit der Getriebeausgangs­ welle verbindbar ist, ist, wenn die größere derselben einge­ kuppelt ist, das Fahrzeug in Kriechgangfahrt vorwärts oder - das ist der vorwiegende Fall - in Rückwärtsfahrt mit einem beträchtlich erhöhten Antriebsmoment bewegbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Details der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend ist das erfindungsgemäße hydromechanische Lei­ stungsverzweigungsgetriebe anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch ein hydromechanisches Leistungsverzwei­ gungsgetriebe mit den erfindungsgemäßen Mitteln

Fig. 2 bis 4 jeweils das Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß Fig. 1 in je einer anderen Getriebe­ übertragung.

In der Zeichnung sind mit 1 ein Antriebsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit 2 ein als Kennungswandler dienendes hydro­ mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe und mit 3 eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges, insbesondere Nutzfahr­ zeuges wie LkW oder Omnibusses, bezeichnet. Das Leistungs­ verzweigungsgetriebe 2 weist wenigstens zwei Arbeitsbereiche auf und ist durch ein Planetendifferentialgetriebe 4 sowie zwei Hydrowandler 5, 6, gebildet. Letztere können jeweils in beiden Richtungen als Motor oder Pumpe betrieben werden und stehen über hydraulische Leitungen 7, 8, miteinander in Verbindung. Mit 9 ist eine mit dem Antriebsmotor 1 direkt verbundene bzw. über eine nicht dargestellte Kupplung zu­ schaltbare Getriebeeingangswelle und mit 10 die Getriebeaus­ gangswelle bezeichnet, die mit dem Achsantriebsstrang 11 des Fahrzeugs in Verbindung steht. Das Planetendifferentialge­ triebe 4 umfaßt ein fest mit der Eingangswelle 9 verbundenes großes Sonnenrad 12, ein kleines Sonnenrad 13, mehrere je­ weils auf einem fest mit der Getriebeausgangswelle 10 verbun­ denen Steg 14 drehbar gelagerte Doppelplanetenräder 15, 16, eine mit dem Steg 14 koaxial verbundene Hohlwelle 17 sowie ein Hohlrad 18. Letzteres besitzt eine Innenverzahnung 19, mit der die Verzahnungen der Planetenräder 16 kämmen. Das kleine Sonnenrad 13 ist drehfest mit einer Hohlwelle 20 verbunden, die auf der Getriebeeingangswelle 9 gelagert ist, außerdem ein Zahnrad 21 trägt und die Hohlwelle 17 lagert. Drehfest mit dem Hohlrad 18 ist ein Zahnrad 22 verbunden, das mit einem Zahnrad 23 kämmt, das fest auf der Welle 24 sitzt, die die Antriebsverbindung zum Hydrowandler 5 herstellt. Das auf der Hohlwelle 20 sitzende Zahnrad 21 kämmt mit einem drehbar, aber axial gesichert, auf einer Welle 25 gelagerten Zahnrad 26, mit dem drehfest über eine Hohlwelle die Mitnehmerscheibe 27 einer Schaltkupplung SK ver­ bunden ist, deren Schaltmuffe mit 28 bezeichnet ist. Die Welle 25 kann direkt die mechanische Verbindung zwischen Planetendifferentialgetriebe 4 und Hydrowandler 6 herstel­ len; in diesem Fall wäre der Hydrowandler 6 mit seiner Welle direkt mit der Welle 25 verbunden. Im dargestellten Fall bildet die Welle 25 aber eine Zwischenwelle, die ein Zahn­ rad 29 drehfest trägt, das als Teil einer Getriebeüberset­ zung 29, 30, zum Hydrowandler 6 mit einem Zahnrad 30 kämmt, welches drehfest auf einer Welle 31 sitzt, die die mechani­ sche Verbindung zum Hydrowandler 6 herstellt.

Erfindungsgemäß ist der Hydrowandler 6 über wenigstens zwei unterschiedliche Getriebeübersetzungen mit der Getriebeaus­ gangswelle 10 verbindbar. Hierzu ist an der mit dem Steg 14 fest verbundenen Hohlwelle 17 drehfest ein Mitnehmerrad 32 einer Wechselschaltkupplung WSK angeordnet, deren Schaltmuf­ fe mit 33 bezeichnet ist. Die Schaltmuffe 33 der Wechsel­ schaltkupplung WSK kann eine neutrale, antriebslose mittlere 0-Stellung (siehe Fig. 1) und zwei Antriebsübertragungsstel­ lungen a und b (siehe Fig. 2 und 4) einnehmen, in denen je­ weils unterschiedlich große Übersetzungen wirksam sind.

In einer ersten, von der neutralen 0-Stellung verschiedenen Schaltposition (siehe Fig. 2) steht das Mitnehmerrad 32 über die Wechselschaltkupplung WSK mit einem Mitnehmerrad 34 in Wirkverbindung, das fest auf einer axial gesichert, aber dreh­ bar auf der Hohlwelle 17 gelagerten Nabe 35 sitzt und des weite­ ren fest verbunden ein Zahnrad 36 trägt, das mit einem dreh­ fest auf der Zwischenwelle 25 angeordneten Zahnrad 37 kämmt. In dieser ersten Schaltposition a ist eine erste Getriebe­ übersetzung vom Hydrowandler 6 zur Getriebeausgangswelle 10 gegeben, bei einem Betrieb des Fahrzeugs im Bereich (n _Ausgang : n _Eingang ≦50%) in Vorwärtsrichtung.

In einer zweiten, von der neutralen 0-Stellung verschiedenen Schaltposition b (siehe Fig. 4) steht das Mitnehmerrad 32 über die Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK mit einem Mitnehmerrad 38 in Wirkverbindung, das fest auf einer dreh­ bar, aber axial gesichert auf der Hohlwelle 17 gelagerten Nabe 39 sitzt und des weiteren ein drehfest mit ihr verbun­ denes Zahnrad 40 trägt, das mit einem drehfest auf der Zwi­ schenwelle 25 angeordneten Zahnrad 41 kämmt. Die Übersetzung Zahnrad 41/Zahnrad 40 beträgt beispielsweise 1 : 4,5 und ist größer als das beispielsweise 1 : 2,5 betragende Übersetzungs­ verhältnis von Zahnrad 37/Zahnrad 36 in der ersten Schaltpo­ sition a. In dieser zweiten Schaltposition b der Wechsel­ schaltkupplung WSK ist somit eine zweite, größere Getriebeüber­ setzung vom Hydrowandler 6 zur Getriebeausgangswelle 10 ge­ geben, die bei einem Betrieb des Fahrzeugs im Kriechgang vorwärts oder insbesondere bei Rückwärtsfahrt im Bereich (n _Ausgang : n _Eingang ≦50%) für die Bereitstellung eines er­ höhten Antriebsmomentes dient.

In einem zweiten Betriebsbereich des Fahrzeuges (n _Ausgang : n _Eingang ≦50%) wird über die Schaltmuffe 28 der Schalt­ kupplung SK eine weitere Getriebeübersetzung vom Hydrowand­ ler 6 zur Getriebeausgangswelle 10 wirksam. Die Schaltmuffe 28 der Schaltkupplung SK verbindet dabei eine hinter der Mit­ nehmerscheibe 17 benachbart zu dieser fest an der Zwischen­ welle 25 angeordnete Mitnehmerscheibe 42 mit der Mitnehmer­ scheibe 27, so daß dann das Zahnrad 26 an die Zwischenwelle 25 angekuppelt und dadurch über das Zahnrad 21 und die Hohl­ welle 20 das daran angeordnete kleine Sonnenrad 13 getrieb­ lich angeschlossen ist. Diese Antriebsverbindung ist aus Fig. 3 ersichtlich. Im ersten Betriebsbereich des Fahrzeuges ist diese Antriebsverbindung nicht gegeben, wobei die Schaltmuffe 28 der Schaltkupplung SK dann in ihre offene Stellung geschaltet ist.

Die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 10 summiert sich aus den Drehzahlen des großen Sonnenrades 12 und des Hohlrades 18, welche die Umlaufgeschwindigkeit der Planetenräder 15 bzw. des Steges 14 festlegen. Der Hydrowandler 5 bewirkt durch seine Drehzahl und Drehrichtung über die Zahnräder 23 und 22 und das Hohlrad 18 dessen Drehzahl und Drehrichtung.

Soll die Getriebeausgangswelle 10 und über diese das Fahr­ zeug in einem ersten Betriebsbereiche (n _Ausgang : n _Eingang ≦50%) für normale Fahrt vorwärts beschleunigt werden, so wird die Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK aus ihrer neutralen 0-Stellung in die erste Schaltposition a ge­ mäß Fig. 2 gebracht. Der Hydrowandler 5 arbeitet dann bei einer Drehrichtung des Hohlrades 18 umgekehrt zur Drehrich­ tung des vom Antriebsmotor 1 aus angetriebenen großen Son­ nenrades 12 als Pumpe und liefert die umgesetzte Leistung an den Hydrowandler 6. Dieser arbeitet als Motor und treibt die Welle 31 an, wodurch Leistung über die Zahnräder 30 und 29 auf die Zwischenwelle 25, mit dem Zahnrad 37 und von die­ sem über das Zahnrad 36 und die in erster Schaltposition a geschlossene Wechselschaltkupplung WSK an die Hohlwelle 17 und von dieser über den Steg 14 an die Getriebeausgangswelle 10 übertragen wird.

Am Ende dieses Betriebsbereiches hat die Drehzahl des Hydro­ wandlers 5 soweit abgenommen, daß dieser vollständig bzw. nahezu stillsteht. In diesem Fall wird praktisch die gesamte Leistung des Antriebsmotors 1 vom Planetendifferentialgetrie­ be 4 allein mechanisch auf die Getriebeausgangswelle 10 übertragen. In dieser Situation erfolgt, sofern das Fahrzeug weiter beschleunigt werden soll, der Übergang in den zweiten Betriebsbereich (n _Ausgang : n _Eingang ≧50%) durch Umschal­ tung der Schaltmuffe 33 Wechselschaltkupplung WSK in deren neutrale 0-Stellung sowie Betätigung der Schaltmuffe 28 der Schaltkupplung SK zur Verbindung des Zahnrades 26 mit der Zwischenwelle 25. Dies ist aus Fig. 3 ersichtlich. Die An­ triebsleistung für den Hydrowandler 6 wird damit vom kleinen Sonnenrad 13 her über die Hohlwelle 20, die Zahnräder 21, 20, die Zwischenwelle 25, die Zahnräder 29, 30 und die Welle 31 übertragen. In diesem zweiten Betriebsbereich arbeitet dann der Hydrowandler 5 bei gleicher Drehrichtung des Hohlrades 18 und des großen Sonnenrades 12 als Motor, der seine Leistung von dem nun als Pumpe arbeitenden Hydrowandler 6 über die hydraulischen Verbindungsleitungen 7, 8, erhält.

Soll dagegen die Getriebeausgangswelle 10 und über diese das Fahrzeug im ersten Betriebsbereich (n _Ausgang : n _Eingang 50%) für Fahrt im Kriechgang vorwärts bewegt werden, so wird bei offengehaltener Schaltkupplung SK die Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK aus ihrer neutralen 0-Stellung in ihre zweite Schaltposition b gebracht, was aus Fig. 4 er­ sichtlich ist. Der Hydrowandler 5 arbeitet in diesem Fall gleich wie im Bereich für normale Fahrt vorwärts als Pumpe und liefert die umgesetzte Leistung über die Leitungen 7, 8, an den Hydrowandler 6. Dieser arbeitet als Motor und treibt die Welle 31 sowie über die Zahnräder 30, 29, die Zwischen­ welle 25 an. Die Leistung wird in diesem Fall entsprechend dem gewünschten Kriechgang des Fahrzeuges über die größere Übersetzung der in Wirkverbindung mit der Hohlwelle 17 ste­ henden Zahnräder 41, 40, über den Steg 14 auf die Getriebe­ ausgangswelle 10 mit dem Ergebnis einer geringeren, Aus­ gangsdrehzahl, aber höherem Antriebsmoment, übertragen.

Der Übergang vom Kriechgang des Fahrzeugs in Beschleunigung für normale Fahrt vorwärts erfolgt durch Umschalten der Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK in deren Schaltposition a.

Soll dagegen die Getriebeausgangswelle 10 und über diese das Fahrzeug im ersten Betriebsbereich (n _Ausgang : n _Eingang ≦50%) für Rückwärtsfahrt aus dem Stillstand heraus beschleunigt werden, so werden getriebeseitig die gleichen Verhältnisse wie für Kriechgang vorwärts eingestellt, wie aus Fig. 4 er­ sichtlich. Gegenüber Kriechgang Vorwärtsfahrt müssen ledig­ lich die Drehrichtung des Hydrowandlers 6, sowie die Druck­ verhältnisse in den hydraulischen Leitungen 7, 8, umgekehrt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit möglich, das Fahrzeug im Betriebsbereiche (n _Ausgang : n _Eingang ≦50%) mit zwei verschiedenen Getriebeübersetzungen, die jener des Pla­ netendifferentialgetriebes 4 überlagert sind, vorteilhaft an bestimmte Betriebsbedingungen angepaßt, zu betreiben.

Außerdem erlaubt die Gestaltung des hydromechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes 2, so, wie in den Figuren dar­ gestellt, ohne Vergrößerung von dessen Gehäuse 43 die Unter­ bringung einer Versorgungspumpe 44 für den hydrostatischen Kreis samt Antrieb durch Zahnräder 45, 46, von der Getrie­ beeingangswelle 9 her im Gehäuse 43, räumlich vor dem vorder­ sten Zahnrad 21.

Die Schaltmuffen 33 der Wechselschaltkupplung WSK und 28 der Schaltkupplung SK sind durch nicht dargestellte Betäti­ gungseinrichtungen betätigbar, welche ihre Schaltbefehle von einer ebenfalls nicht dargestellten Steuereinrichtung erhalten.

Claims (5)

1. Hydromechanisches Leistungsverwzeigungsgetriebe zwischen dem Motor und dem Achsantriebsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges, mit einem Planetendifferen­ tialgetriebe mit mindestens zwei Reihen von Planetenrä­ der, zwei Sonnenrädern, einem Steg und einem Hohlrad, ferner mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getrie­ beausgangswelle, angeschlossen an verschiedene Wellen des Planetendifferentialgetriebes, und mit mindestens zwei Hydrowandlern, die jeweils in mindestens einem Betriebs­ bereich an einer Welle des Planetendifferentialgetriebes angeschlossen sind, wobei mindestens einer (6) der Hydro­ wandler von einer eigenen Welle zur anderen beim Übergang vom einen in den anderen Betriebsbereich über schaltbare Kupplungen, während der andere Hydrowandler (5) zumindest annähernd stillsteht, umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrowandler (6) im Betriebsbereich des Fahrzeu­ ges (n _Ausgang : n _Eingang ≦50%) durch eine von zwei vor­ handenen, verschieden großen, wahlweise durch eine Wech­ selschaltkupplung (WSK) aktivierbaren Getriebeübersetzun­ gen (37, 36 bzw. 41, 40) mit der Getriebeausgangswelle (10) verbindbar ist, wobei die größere (41, 40) der beiden Ge­ triebeübersetzungen für Kriechgangvorwärtsfahrt, vorwie­ gend jedoch für Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges verwendet und in diese Getriebeübersetzung bei Antriebsstillstand umgeschaltet wird.

2. Hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach An­ spruch 1, mit zwei Hydrowandlern (5, 6), dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der beiden unterschiedlichen Getriebe­ übersetzungen aus zwei Zahnrädern (37, 36 bzw. 41, 40) besteht, und daß die jeweils durchmesserkleineren Zahnrä­ der (37 bzw. 41) auf einer gemeinsamen, mit dem Hydro­ wandler (6) in Antriebsverbindung stehenden Welle (25) angeordnet sind, während die jeweils durchmessergrößeren Zahnräder (36 bzw. 40) über die Wechselschaltkupplung (WSK) wahlweise mit einer mit der Getriebeausgangswelle (10) fest verbundenen Welle (17) des Planetendifferentialge­ triebes (4) kuppelbar sind.

3. Hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Hydrowand­ ler (5) durch eine Zahnradübersetzung (22, 23, 24) mit dem Hohlrad (18) des Planetendifferentialgetriebes (4) in Antriebsverbindung steht, daß der andere Hydrowandler (6) durch eine Zahnradübersetzung (31, 30, 29) mit einer Zwi­ schenwelle (25) drehfest mit dieser verbunden je­ weils das durchmesserkleinere Zahnrad (37 bzw. 41) der beiden unterschiedlichen Getriebeübersetzungen (37, 36 bzw. 41, 40) angeordnet ist.

4. Hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchmessergrößeren Zahnräder (36 bzw. 40) der beiden Getriebeübersetzungen jeweils auf einer Nabe (35 bzw. 39) drehfest angeordnet sind, die jeweils axial ge­ sichert, aber drehbar auf einer fest mit dem Steg (14) des Planetendifferentialgetriebes (4) verbundenen Hohl­ welle (17) angeordnet sind, wobei der Steg (14) mit der Getriebeausgangswelle (10) drehfest verbunden ist, und daß jede der beiden Naben (35 bzw. 39) außerdem eine fest angeschlossene Mitnehmerscheibe (34 bzw. 38) trägt, zwi­ schen denen mittig ein drehfest mit der Hohlwelle (17) verbundenes Mitnehmerrad (32) angeordnet ist, auf dem die Schaltmuffe (33) der Wechselschaltkupplung (WSK) axial nach beiden Seiten zur wahlweisen Kupplung mit der einen (34) oder anderen Mitnehmerscheibe (38) für Ankupplung der einen (41, 40) oder anderen Getriebeübersetzung (37, 36) an die Hohlwelle (17) verschiebbar ist.

5. Hydromechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Zwischenwel­ le (25) außer den Zahnrädern (29, 37, 41) noch ein weite­ res Zahnrad (26) drehbar, aber axial gesichert angeordnet ist, das über eine Nabe mit einer Mitnehmerscheibe (27) drehfest verbunden ist, der räumlich beabstandet davor eine drehfest an der Zwischenwelle (25) angeordnete Mit­ nehmerscheibe (42) zugeordnet ist, auf der die Schaltmuf­ fe (28) der Schaltkupplung (SK) sitzt, die durch Axial­ verschiebung eine Antriebs-Verbindung mit der Mitnehmer­ scheibe (27) zur Ankupplung des Zahnrades (26) an die Zwischenwelle (25) herstellt, daß das Zahnrad (26) mit einem Zahnrad (21) kämmt, das drehfest an einer das klei­ ne Sonnenrad (12) des Planetendifferentialgetriebes (4) tragenden Hohlwelle (20) angeordnet ist, und daß die An­ triebsverbindung vom Hydrowandler (6) über die Zahnrad­ übersetzung (31, 30, 29), die Zwischenwelle (25) und die Zahnradübersetzung (26, 21) zum Planetendifferentialge­ triebe (4) durch Schließen der Schaltkupplung (SK) bei gleichzeitigem Rückführen der Wechselschaltkupplung (WSK) in deren neutrale 0-Stellung für einen Betrieb des Fahr­ zeuges im zweiten Betriebsbereich (n _Ausgang : n _Eingang ≧50%) herstellbar ist.