DE3912386A1 - Stufenlos hydrostatisch-mechanisches leistungsverzweigungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses hydrostatisch-mecha­ nisches Leistungsverzweigungsgetriebe zwischen einer An­ triebsquelle und einem Abtriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit gattungsgemäßen Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik gemäß der DE-PS 29 04 572. Bei dem darin beschriebenen stufenlosen hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe ist in dessen Planetendifferential das kleine Sonnenrad räumlich zwischen einem großen Sonnenrad und einem Antriebsmotor angeordnet. Bedingt dadurch mußte die das kleine Sonnenrad tragende, nichtantriebsseitige Welle als Hohlwelle ausge­ bildet und koaxial zu der das große Sonnenrad tragenden an­ triebsseitigen Welle, diese umgebend angeordnet sein. Da bei solchen Planetendifferentialen für deren Größe grund­ sätzlich das kleine Sonnenrad maßgebend ist, ergab sich zwangsläufig aufgrund vorgenannter Ausgestaltung und Anord­ nung der beiden Sonnenräder und deren Wellen die Gesamtgröße des Leistungsverzweigungsgetriebes.

Die Erfindung stellt sich demgegenüber die Aufgabe, unter Beibehaltung des Getriebe-Prinzipes das Leistungsverzwei­ gungsgetriebe so auszugestalten, daß es bei gleicher Lei­ stungsauslegung räumlich kleiner als bisher baut.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Einzelheiten dieser Lösung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Bedingt durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Plane­ tendifferentials ist es im Vergleich zur bisherigen Lösung nun möglich, das an der nichtantriebsseitigen Welle sitzende (kleine) Sonnenrad deshalb im Durchmesser kleiner auszubil­ den, weil die nichtantriebsseitige Welle nicht mehr wie bis­ her eine Hohlwelle sein muß, sondern als Vollwelle ausgebil­ det ist und sich lediglich an deren Durchmesser die Größe des (kleinen) Sonnenrades zu orientieren hat. Dadurch erge­ ben sich auch für alle anderen kraftübertragenden Teile des Planetendifferentials kleinere Durchmesser, mit dem Ergeb­ nis, daß das Planetendifferential insgesamt räumlich kleiner wird.

Ein solch kleiner bauendes Leistungsverzweigungsgetriebe läßt sich am Ort seiner Benutzung, z.B. in einem Kraftfahr­ zeug, einem Hebezeug wie Kran oder dergleichen, günstiger unterbringen und schafft Raum für die bessere Unterbringung anderer Aggregate.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung beispielhaft an­ hand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen stufenlosen hydrostatisch-mechanischen Leistungs­ verzweigungsgetriebes, das nachfolgend SHL-Getriebe genannt ist.

Das SHL-Getriebe 1 ist als Teil einer Antriebseinrichtung zwischen einer Antriebsquelle 2 und einem Abtriebsstrang 3 angeordnet. Bei der Antriebsquelle 2 kann es sich um eine Brennkraftmaschine, wie Dieselmotor, und/oder einen Elektro­ motor handeln. Bei dem zugehörigen Abtriebsstrang 3 kann es sich beispielsweise um den die Räder eines Kraftfahrzeuges antreibenden Achsantriebsstrang, oder die Seilwinde eines Kranes usw. handeln.

Das SHL-Getriebe 1 umfaßt als Hauptbestandteile ein minde­ stens vierwelliges Planetendifferential 4 und zwei Hydro­ statmaschinen 5, 6, die jeweils in beiden Drehrichtungen als Motor oder Pumpe betreibbar sind und über hydraulische Druckleitungen 7, 8 unter Zwischenschaltung eines elektrohy­ draulischen Steuerblockes 9 miteinander in Verbindung ste­ hen.

Das SHL-Getriebe 1 hat innerhalb seines Gehäuses eine an der Antriebsquelle 2 angeschlossene erste Hauptwelle 10, eine nichtantriebsseitige Antriebswelle 11, eine Nebenwelle 12 und eine als ausgangsseitige Abtriebswelle fungierende zwei­ te Hauptwelle 13.

Die antriebsseitige Hauptwelle 10 ist im Fall mit heckseiti­ gem Getriebeausgang gemäß Fig. 1 als Hohlwelle ausgebildet, umgibt die nichtantriebsseitige Antriebswelle 11 koaxial und ist über ein Transfergetriebe, gebildet beispielsweise aus Zahnrädern 14, 15 und Welle 16, und gegebenenfalls - wie dargestellt - eine schaltbare Kupplung 17 mit der Welle 18 der Antriebsquelle 2 verbunden.

Im Fall mit seitlichem Getriebeausgang gemäß Fig. 2 dagegen ist die eingangsseitige Hauptwelle 10 als Vollwelle ausge­ bildet und entweder direkt, oder wie dargestellt, über die Kupplung 17 mit der Welle 18 der Antriebsquelle 2 verbunden.

Der Abtriebsstrang 3 ist im Fall von Fig. 1 direkt an der heckseitig aus dem Gehäuse des SHL-Getriebes 1 herausgeführ­ ten ausgangsseitigen Hauptwelle 13 angeschlossen.

Im Fall von Fig. 2 dagegen ist der Abtriebsstrang 3 indi­ rekt, nämlich über einen seitlich aus dem Gehäuse des SHL-Getriebes 1 herausgeführten Getriebezug 19, 20, 21 mit An­ schlußwelle 22, an der ausgangsseitigen Hauptwelle 13 des SHL-Getriebes 1 angeschlossen.

An der Nebenwelle 12 ist generell entweder direkt oder, wie dargestellt über ein beispielsweise aus Zahnrädern 23, 24 bestehendes Transfergetriebe, die Welle 25 der Hydrostatma­ schine 6 angeschlossen.

Der durch das Planetendifferential 4 gebildete mechanische Teil des SHL-Getriebes 1 umfaßt ein erstes (großes) Sonnen­ rad 26, das fest mit der antriebsseitigen Hauptwelle 10 verbunden ist, ein fest an der nichtantriebsseitigen An­ triebswelle 11 angeordnetes (kleines) Sonnenrad 27, zwei axial beabstandet miteinander verbundene und jeweils mit ei­ nem der Sonnenräder 26, 27 in Eingriff stehende Planetenrä­ der 28, 29, einen über eine Welle 30 die beiden Planetenrä­ der 28, 29 lagernden und selbst fest an der ausgangsseitigen Hauptwelle 13 angeschlossenen Steg 31, an dem ein Zahnrad 32 fest angeschlossen ist, und ein Hohlrad 33. Letzteres hat eine Innenverzahnung 34, mit dem das Planetenrad 29 kämmt, und eine Außenverzahnung 35, mit der über einen Getriebe­ zug 36, 37 die Welle 38 der Hydrostatmaschine 5 verbunden ist.

Im Planetendifferential 4 ist die Anordnung der kraftüber­ tragenden Glieder generell so, daß die wirksame Kraftein­ leitstelle der antriebsseitigen Hauptwelle 10 (Sonnenrad 26) räumlich zwischen dem an der nichtantriebsseitigen Welle 11 angeordneten (kleinen) Sonnenrad 27 und dem (in der Zeich­ nung links des SHL-Getriebes 1 angeordneten) Antriebsmotor 2 liegt. Bedingt dadurch, daß das (kleine) Sonnenrad 27 abge­ stimmt auf den notwendigen Durchmesser der nichtantriebssei­ tigen Welle 11 durchmessermäßig nur geringfügig größer als letztere sein kann, können auch alle anderen Teile 26, 28, 29, 31, 33 des Planetendifferentials 4 durchmessermäßig ver­ hältnismäßig klein ausgelegt werden, wodurch sich ein insge­ samt sehr klein bauendes, äußerst kompaktes Planetendiffe­ rential 4 ergibt.

Des weiteren gehören zum mechanischen Teil des SHL-Getrie­ bes 1 ein Zahnrad 39, das fest auf der nichtantriebsseiti­ gen Antriebswelle 11 sitzt, und ein mit letzterem kämmendes, drehbar, aber axial gesichert auf der Nebenwelle 12 gelager­ tes Zahnrad 40. Auf der Nebenwelle 12 ist außerdem ein wei­ teres Zahnrad 41 drehbar, aber axial gesichert gelagert, das mit dem am Steg 31 angeordneten Zahnrad 32 in Eingriff steht.

Mit 42 ist ein drehfest, aber axial auf der Nebenwelle 12 verschiebbares Schaltorgan einer Wechselschaltkupplung be­ zeichnet, mit dem nach Verschiebung aus neutraler O-Stellung in der einen Schaltstellung a das Zahnrad 41, in der anderen Schaltstellung c dagegen das Zahnrad 40 drehfest mit der Ne­ benwelle 12 gekuppelt werden kann. In der zwischen beiden Schaltstellungen a, c liegenden 0-Stellung ist keines der beiden Zahnräder 40 bzw. 41 mit der Nebenwelle 12 verbunden. Das Schaltorgan 42 der Wechselschaltkupplung erhält seine Betätigungsimpulse von einer nicht dargestellten Steuerein­ richtung.

Die Drehzahl der ausgangsseitigen Hauptwelle 13 des SHL-Ge­ triebes 1 summiert sich aus den Drehzahlen des (großen) Son­ nenrades 26 und des Hohlrades 33, welche die Umfangsge­ schwindigkeit der Planetenräder 28, 29 bzw. des Steges 31 festlegen. Die Hydrostatmaschine 5 bewirkt durch ihre Dreh­ zahl und Drehrichtung über den Getriebezug 35, 36, 37 die Drehzahl und Drehrichtung des Hohlrades 33.

Aus besagtem Aufbau des SHL-Getriebes 1 ergibt sich mit die­ sem während des Betriebes folgende Wirkung:

In dem Fall, wenn der Abtriebsstrang 3 aus dem Stillstand oder langsamer Bewegung heraus beschleunigt werden soll, ar­ beitet die Hydrostatmaschine 5 in einem ersten Arbeitsbe­ reich des SHL-Getriebes 1 (gegeben durch n-Ausgang 13: n-Eingang 10 kleiner bzw. gleich 50%) bei einer Drehrichtung des Hohlrades 33 umgekehrt zur Drehrichtung des (großen) Sonnen­ rades 26 als Pumpe und liefert die umgesetzte Leistung über die Druckleitungen 7, 8 an die Hydrostatmaschine 6. Letztere arbeitet in diesem Fall als Motor und treibt die Nebenwel­ le 12 an, an der mittels des sich in Schaltstellung a be­ findlichen Schaltorgans 42 der Wechselschaltkupplung das Zahnrad 41 angekuppelt und damit Leistung über den Steg 31 und die ausgangsseitige Hauptwelle 13 auf den Abtriebsstrang 3 übertragbar ist.

Mit zunehmender Drehzahl der ausgangsseitigen Hauptwelle 13 ergibt sich im SHL-Getriebe 1 ein Betriebspunkt, bei dem die Hydrostatmaschine 5 zumindest annähernd stillsteht und die in das SHL-Getriebe 1 von der Antriebsquelle 2 eingespeiste Antriebsleistung praktisch rein mechanisch vom Planetendif­ ferential 4 übertragen wird. In dieser Situation er­ folgt, sofern der Abtriebsstrang 3 weiter beschleunigt wer­ den soll, der Übergang in einen zweiten Arbeitsbereich des SHL-Getriebes 1 (gegeben durch n-Ausgang 13: n-Eingang 10 grö­ ßer bzw. gleich 50%) durch Umschaltung des Schaltorganes 42 der Wechselschaltkupplung in Schaltposition c, worauf die Hydrostatmaschine 6 über die Nebenwelle 12, das daran ange­ kuppelte Zahnrad 40 und das mit diesem kämmende Zahnrad 39 mit der zweiten Antriebswelle 11 antriebsmäßig verbunden ist. Die Hydrostatmaschine 5 arbeitet in diesem zweiten Ar­ beitsbereich des SHL-Getriebes 1 bei gleicher Drehrichtung des Hohlrades 33 und des (großen) Sonnenrades 26 wie vorher, nun als Motor, der seine Antriebsleistung von der jetzt als Pumpe arbeitenden Hydrostatmaschine 6 über die Druckleitun­ gen 7, 8 zugeführt bekommt. Die Hydrostatmaschine 6 erhält demnach ihre Antriebsleistung in diesem Fall von der ein­ gangsseitigen Hauptwelle 10 her über das (große) Sonnenrad 26, die Planetenräder 28, 29, das (kleine) Sonnenrad 27 mit An­ triebswelle 11, den an der Nebenwelle 12 angeschlossenen Getriebezug 39, 40 und den Getriebezug 23, 24 zugeführt.

Bei einer Drehzahlreduzierung am Abtriebsstrang 3 laufen die vorbeschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab.

Claims (3)

1. Stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzwei­ gungsgetriebe (1) zwischen einer Antriebsquelle (2) und einem Abtriebsstrang (3), mit einem mindestens vierwelli­ gen Planetendifferential (4) mit zwei Sonnenrädern (26, 27), wenigstens zwei mit je einem der letzteren kämmenden Pla­ netenrädern (28, 29), einem letztere lagernden Steg (31) und einem Hohlrad (33), ferner mit zwei den Eingang bzw. Ausgang bildenden und jeweils an verschiedenen Wellen des Planetendifferentials (4) angeschlossenen Hauptwel­ len (10, 13), und mit mindestens zwei Hydrostatmaschi­ nen (5, 6), die jeweils in mindestens einem Arbeitsbe­ reich des Leistungsverzweigungsgetriebes (1) an einer eigenen Welle des Planetendifferentials (4) angeschlossen sind und wechselweise als Pumpe oder Motor arbeiten, wo­ bei mindestens eine (6) der Hydrostatmaschinen (5, 6) bei zumindest annähernd stillstehender anderer Hydrostatma­ schine beim Übergang vom einen in den anderen Arbeitsbe­ reich durch Betätigung einer schaltbaren Kupplung (42) von der ausgangsseitigen Hauptwelle (13) zum nichtan­ triebsseitigen Sonnenrad (27) umschaltbar ist und im Zug­ betrieb von Motor- auf Pumpenfunktion wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß im Planetendifferential (4) die an­ triebsmäßig wirksame Krafteinleitstelle (26) der an­ triebsseitigen Hauptwelle (10) räumlich zwischen dem an einer nichtantriebsseitigen Welle (11) angeordneten Son­ nenrad (27) und der dem Getriebe (1) vorgeordneten An­ triebsquelle (2) liegt.

2. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an der nichtantriebsseitigen Wel­ le (11) angeordnete Sonnenrad (27) als kleines Sonnenrad im Planetendifferential (4) gegeben ist und einen kleine­ ren Durchmesser hat als das große Sonnenrad (26), das die im Planetendifferential (4) wirksame Krafteinleit­ stelle der antriebsseitigen Hauptwelle 10 bildet und fest an dieser angeordnet ist.

3. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß - bedingt durch die Möglichkeit, das an der nichtantriebsseitigen Welle (11) sitzende Sonnenrad (27) durchmessermäßig so klein wie möglich auszubilden - die Planetenräder (28, 29) auf einer im Steg (31) drehbar gelagerten Welle (30) drehfest anzu­ ordnen sind.