DE8406646U1 - Antriebseinrichtung mit variabler gesamtuebersetzung - Google Patents
Antriebseinrichtung mit variabler gesamtuebersetzungInfo
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Description
P.5794/Nl/Wh
S -hweizerlsche Lokomotiy- und Maschinenfabrik
Winterthur / Schweiz
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit variabler Gesamtübersetzung, welche ein Ueberlagerungsgetriebe
mit einem Leistungspfad mit konstanter Uebersetzung und einem Leistungspfad mit variabler Uebersetzung aufweist, wobei
ein die Leistungen der genannten Leistungspfade zusammenführendes oder aufteilendes Umlaufgetriebe vorgesehen
ist. Antriebseinrichtungen mit Ueberlagerungsgetrieben sind an sich bekannt. So ist z. B. ein hydrostatisches überlagerungsgetriebe
(Hydrostatic power split transmission ) im Artikel "Ueberlagerungsantriebe" von Prof. Dr. Jean Thoma
in der Zeitschrift Oelhydraulik und Pneumatik 15 (1971)
S.123
Nr. 3,offenbart. Dabei wird die Leistung auf einen Leistungspfad mit konstanter Uebersetzung und einen Leistungspfad
mit variabler Uebersetzung aufgeteilt und die Leistungspfade
mittels eines als Summiergetriebe ausgebildeten Umlaufgetriebes wieder zusammengeführt. Der Leistungspfad mit variabler
Uebersetzung enthält ein Regelgetriebe, in diesem Falle ein hydrostatisches Regelgetriebe.
Ein solches Ueberlagerungsgetriebe weist einerseits den Vorteil auf, dass das Regelgetriebe nicht für die volle Leistung
ausgelegt sein muss, was sich vorteilhaft auf Preis und Leistungsverluste auswirkt, da der Wirkungsgrad der
I I I I 1 I I I
Regelgetriebe üblicherweise gering ist. Andererseits weisen solche Ueberlagerungsantriebe den Nachteil auf, dass durch
die genannte Aufteilung der Gesamtregelbereich verschlech- , * tert wird. Wenn nur sehr wenig Leistung über den Leistungspfad
mit variabler Uebersetzung geführt wird, z.B. 10 %, beträgt der Gesamtregelbereich ebenfalls nur ca. 10 % des
Regelbereichs des variablen Getriebes. Da das Umlaufgetriebe zum vornherein eine bestimmte eigene Ueber«=
setzung ins Langsame oder ins Schnelle aufweist, übersetzt
die Gesamtantriebseinrichtung generell entweder ins Schnelle oder ins Langsame. Soll jedoch die Antriebseinrichtung im
Uebersetzungsbereich um ca. 1:1 feinfühlig reguliert werden kennen, sind weitere Getriebestufen nötig, so dass der
Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung verhältnismässig schlecht ist.
Aufqabe der Erfindung ist es, eine Antriebseinrichtung der
^ insbesondere
eingangs genannten Art zu schaffen, welche/bei einem Uebersetzungsbereich
in der Gegend um 1:1 einen wesentlich besseren Wirkungsgrad als bisher aufweist.
Die zur Lösung dieser Aufgabe dienende Antriebseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die An- und Abtriebsstellen des Ueberlagerungsgetriebes mit einem ebenfalls
als Umlaufgetriebe ausgebildeten Zusatzgetriebe in Verbindung stehen, und dass ein rotierendes Getriebeelement des
Zusatzgetriebes als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
Hierdurch lässt sich erreichen, dass die Summe der Wälzleistungen aller Zahneingriffe, insbesondere desjenigen
Leistungspfades, der den grössten Anteil an Leistung zu übertragen hat, wesentlich geringer gehalten wird, als
bei einem üeberlagerungsgetriebe mit zugeschalteten herkömmlichen Getriebestufen. Auf diese Weise lässt sich z.B.
der Generator für die Stromversorgung eines Schiffes mit
\yeranderliche Drehzahl aufweisenden
konstanter Drehzahl Vöm/Hauptdieselmotor aus antreiben,
was kostenmässig Vorteile bringt. Da ein solcher Generator.·.
ir. der Praxis dauernd mit Vollast läuft, ist ein guter Wirkungsgrad der vorgeschalteten Antriebseinrichtung besonders
wichtig zwecks Reduzierung der Betriebskosten«
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung
kann die Hauptwelle des Ueberlagerungsgetriebes mit dem Steg des zugehörigen Umlaufgetriebes verbunden sein, wobei
das Sonnenrad desselben mit dem Sonnenrad des Zusatzgetriebes verbunden ist und das Hohlrad des Zusatzgetriebes
mit dem Steg des Umlaufgetriebes verbunden ist, sowie der Steg des Zusat2getriebes als An- oder Abtriebsstelle der
"Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauart mit geringen Wälzverlusten erzielt.
Weiter kann die Hauptwelle des Ueberlagerungsgetriebes mit dem Steg des zugehörigen Umlaufgetriebes verbunden sein,
wobei das Sonnenrad desselben mit dem Sonnenrad des 7usatzgetriebes verbunden ist und das Hohlrad des Zusatzgetriebes
über eine Hilfswelle mit der Hauptwelle des Ueberlagerungsgetriebes verbunden ist, sowie der Steg des Zusatzgetriebes
als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine
besonders flexible Anpassung des Getriebes an verschiedene Antriebsverhältnisse.
Schliesslich kann das Ueberlagerungstriebe als Leistungspfad mit variabler Uebersetzung ein Hydraulikgetriebe aufweisen,
dessen verstellbare Pump/Motor-Einheit (variable capacity pump/motor unit) mit der Hauptwelle verbunden ist
und dessen fixe Pump/Motor-Einheit (fixed capacity pump/ motor unit) mit dem Hohlrad des dem Ueberlagerungstriebe
_ 4 —
zugeordneten Umlaufgetriebes verbunden ist, wobei die verstellbare
Pump/Motor-Einheit in Abhängigkeit von einem dem Steg des Zusatzgetriebes zugeordneten DrehzahlfUhler ge- v
steuert ist. Hierdureh wird der Vorteil einer besonders feinfühligen Drehzahlregulierung erreicht*
Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit nachstehender
Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemässen
Antriebseinrichtung und
Fig. 2 eine zweite, besonders kompakte Ausführung der Antriebseinrichtung mit optimalem Wirkungsgrad.
' Eine z.B. mit einem Schiffsdieselmotor verbundene Hauptwelle
10 (Fig. 1) ist mit dem Steg 12 eines Umlaufgetriebes 14 verbunden, mit Planetenrädern 16, 18, welche einerseits
mit einem Sonnenrad 20 und anderseits mit einem Hohlrad 22 im Eingriff stehen. Dieses steht über ein Ritzel 24
mit einer fixen, somit konstante Durchflussmenge aufweisenden
hydraulischen Pump/Motor-Einheit 2£ in Verbindung, welehe
seinerseits über die Oelleitungen 28, 30 mit eim>r
Pump/Motor-Einheit 32, deren Durchflussmenge verstellbar
ist, in Verbindung steht. Die verstellbare Pump/Motor-Einheit 32 steht über die Ritzel 34, 36 mit der Hauptwelle 10
in Verbindung.
Der bisher beschriebene Teil der Antriebseinrichtung stellt ein Ueberlagerungsgetriebe bekannter Art dar, wobei der
zwischen dem Ritzel 36 und dem Steg 12 befindliche Teil 38 der Hauptwelle zusammen mit dem Steg 12 den Leistungspfad
mit konstanter Uebersetzung gebildet, während der Hydraulikkreis
32, 26, 28, 30 den Leistungspfad mit variabler Uebersetzung bildet.
Die Hauptwelle 10 steht weiter über die Zahntettenräder 40v
42 sowie die Zahnkette 44 im Eingriff mit der Hilfswelle
46, welche über das Ritzel 48 mit dem Hohlrad 50 des eben- -x.
falls als Umlaufgetriebe ausgebildeten Zusatzgetriebes 52 im Eingriff steht. Das Hohlrad 50 steht über die Planetenräcer
54, 46 einerseits mit dem Sonnenrad 58 im Eingriff, welcnes über eine Welle 60 mit dem Sonnenrad 20 des Umlaufgetriebes
14 gekoppelt ist, und steht anderseits über den Steg 62 mit der Antriebswelle 64 in Verbindung. An
dieser befindet sich ein Drehzahlfühler 66, welcher über eine Steuereinrichtung 67 und eine Signalleitung 68 mit
der verstellbaren Pump/Motor-Einheit 32 verbunden ist.
Für ein Betriebsbeispiel der beschriebenen Vorrichtung wird angenommen, dass mit der Hauptwelle 10 ein Schiffsdieselmotor
verbunden ist, dessen Drehzahl in bestimmten Grenzen schwankt und dass mit der Abtriebswelle 64 ein Generator
verbunden ist, dessen Drehzahl konstant gehalten werden soll. Das Drehzahlverhältnis des Leistungspfades mit
variabler Uebersetzung, d.h. verstellbare Pump/Mctor-Einheit 32 und die fixe Pump/Motor-Einheit 26, ist in diesem
Fall regelbar zwischen Null und eins. Beim Drehzahlverha'ltnis 1:1 weisen An- und Abtrieb des hydrostatischen Leistungspfades,
d.h. die Ritzel 34 und 24, die gleiche Drehzahl auf. In diesem Falle dreht sich das Hohlrad 22 des
Umlaufgetriebes 14 gleich schnell wie der Steg 12 mit der Hauptwelle 10, damit muss auch das Sonnenrad 20 die selbe
Drehzahl aufweisen. Im Umlaufgetriebe 52 drehen sich deshalb das Sonnenrad 58 und das Hohlrad 50 gleich schnell,
wobei das Sonnenrad 58 über die Welle 60 mit dem Sonnenrad 20 gekoppelt ist, und das Hohlrad 50 über die Hilfswelle
46 mit den Ritzeln 48 und dem Zahnketter.trieb 42, 44, 40
mit der Hauptwelle 10 gekoppelt ist. Die ganze Antriebseinrichtung, mit Ausnahme der Hilfswelle 46, läuft als starrer
• « · ·· «I lit t
Block um, es findet keinerlei Wälzbewegung in den Umlaufgetrieben
statt, so dass in diesen auch keine Verluste entstehen. Verluste entstehen im wesentlichen im hydro- ,ν
statischen Leistungspfad, der aber nur einen geringen Teil der Gesamtleistung zu übertragen hat.
Wird die Pump/Motor-Einheit 32 über den Drehzahlfühler 66 und die Steuereinrichtung 67 so eingestellt, dase die
Pump/Motor-Einheit 26 stillsteht, so steht auch das Hohlrad 22 des Umlaufgetriebes 14 still. Damit läuft das
Sonnenrad 20 schneller um als die Hauptwelle 10. Dies gibt dem Steg 62 im Umlaufgetriebe 52, der mit der Abtriebswelle
64 verbunden ist, eine Zusatzdrehung. Die Abtriebswelle 64 läuft also in diesem Falle etwas schneller um als die
- Hauptwelle 10.
Die in diesem Fall entstehenden Verluste im Umlaufgetriebe 52 sind sehr bescheiden, da die Wälzleistungen in den Verzahnungen
klein gehalten werden können. Etwas grosser sind die Verluste lediglich im Umlaufgetriebe 14, das grössere
Umlaufgeschwindigkeiten aufweist. Andererseits entstehen wegen des stillstehenden Hydraulikmotors 26 keine Verluste
im hydrostatischen Leistungspfad. Gesamthaft gesehen, sind
die Verluste der Antriebseinrichtung auch bei diesem Betriebszustand geringer als bei herkömmlichen Antriebseinrichtungen
der eingangs erwähnten Art.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist das Hohlrad 70
des Umlaufgetriebes 52 direkt mit dem Steg 12 des Umlaufgetriebes 14 gekuppelt, so dass auf die Hilfswelle 46 mit
dem Zahnkettentrieb 40,42,44 verzichtet werden kann. Hierdurch wird eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades
erreicht. Die Wirkungsweise ist gleich wie im oben beschriebenen AusfUhrungsbeispiel.
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Es versteht sich, dass der Leistungspfad mit dem hydrostatischen Getriebe auch zwischen einem negativen und einem
positiven maximalen Drehzahlverhältnis verstellt werden kann, wobei die Pump/Motor-Einheit 26 also reversiert
wird. Dadurch verdoppelt sich auch der Regelbereich der gesamten Antriebseinrichtung. In diesem Fall funktioniert
die Pump/Motor-Einheit 26 als Pumpe und die Pump/Motor-Einheit 32 als Motor.
Selbstverständlich können An- und Abtrieb vertauscht werden, wobei die Antriebseinrichtung ins Langsame übersetzt
anstatt ins Schnelle.
Der Drehzahlfühler 66 könnte auch an dec- jeweiligen Antriebswelle
vorgesehen sein.
Claims (4)
1. Antriebseinrichtung mit variabler Gesamtübersetzung, -ν·
welche ein Ueberlagerungsgetriebe mit einem Leistungspfad mit konstanter Uebersetzung und einem Leistungspfad mit
variabler Uebersetzung aufweist, wobei ein die Leistungen der genannten Leistungspfade zusammenführendes oder aufteilendes
Umlaufgetriebe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die An- und Abtriebsstellen
(10, 60) des Ueberlagerungsgetriebes (26, 32; 14) mit einem ebenfalls als Umlaufgetriebe ausgebildeten Zusatzgetriebe
(52) in Verbindung stehen, und dass ein rotierendes Getriebeelement (64) des Zusatzgetriebes (52) als An- oder Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle (10) des Ueberlagerungsgetriebes
(26, 32; 14) mit dem Steg (12) des zugehörigen Umlaufgetriebes (14) verbunden ist, dass das Sonnenrad (?ζ>) desselben
mit dem Sonnenrad (58) des Zusatzgetriebes (52) verbunden ist und dass das Hohlrad (70) des Zusatzgetriebes
(52) mit dem Steg (12) des Umlaufgetriebes (14) verbunden ist, wobei der Steg des Zusatzgetriebes (52) als An- oder
Abtriebsstelle der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle (10) des Ueberlagerungsgetriebes
(26, 32; 14) mit dem Steg (12) des zugehörigen Umlaufgetriebes (14) verbunden ist, dass das Sonnenrad
(2O) desselben mit dem Sonnenrad (58) des Zusatzgetriebes(52) verbunden ist, und dass das Hohlrad (50) des Zusatzgetriebes
über eine Hilfßwelle (46) mit der Hauptwelle (10) des Ueberlagerungsgetriebes (26, 32; 14) verbunden ist, wobei
a * 4 *
der Steg (62) des Zusatzgetriebes (52) als An- oder Abtriebsstelle
der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ueberlagerungsgetriebe (26,32;14)
als Leistungspfad mit variabler Uebersetzung ein Hydraulikgetriebe (26,32) aufweist, dessen verstellbare Pump/
Motor-Einheit (32) mit der Hauptwelle (10) verbunden ist, und dessen fixe Pump/Motor-Einheit (26) mit dem Hohlrad
(22) des dem Ueberlagerungsgetriebe zugeordneter Umlaufgetriebes
(14) verbunden ist, wobei die verstellbare Pump/ Motor-Einheit in Abhängigkeit von einem dem Steg (62) des
Zusatzgetriebes (52) zugeordneten Drehzahlfühler (66)
cesteuert ist.
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