DE9010321U1 - Multiple continuously variable transmission combination for vehicle drive - Google Patents
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Description
G 90 10 521.1 Saalburgstr. 3o .G 90 10 521.1 Saalburgstr. 3o .
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Mehrfach-Stufenlos-Getriebekombination für den KFZ-AntriebMultiple continuously variable transmission combination for vehicle drive
Mehrfach-Stufenlos-Getriebekombination für den KFZ-Antrieb, bevorzugt für Hybridantriebe mit einem Verbrennungsmotor und einem Gyrospeicher zur Rückgewinnung und Speicherung von Bremsenergie, bestehend aus zwischen dem Antriebsmotor und dem Fahrwerk sowie zwischen Gyrospeicher und Fahrwerk, oder bzw. und zwischen dem Antriebsmotor und dem Gyrospeicher angeordneten Stufenlos-Getriebekomponenten.Multiple continuously variable transmission combination for vehicle propulsion, preferably for hybrid drives with an internal combustion engine and a gyro storage unit for recovering and storing braking energy, consisting of continuously variable transmission components arranged between the drive motor and the chassis and between the gyro storage unit and the chassis, or respectively and between the drive motor and the gyro storage unit.
Einsatzgebiete sind bevorzugt Nutzfahrzeuge mit stark intermittierender Betriebsweise (häufige Brems- und Beschleunigungsphasen) wie Stadtbusse, Zubringerfahrzeuge und Taxis. Aber auch elektrisch mittels Solarenergie angetriebene Fahrzeuge, bei denen eine effiziente Energietransformation ein essentielles Erfordernis ist, sind günstige Anwendungsgebiete. The preferred areas of application are commercial vehicles with highly intermittent operation (frequent braking and acceleration phases) such as city buses, feeder vehicles and taxis. But vehicles powered electrically using solar energy, where efficient energy transformation is an essential requirement, are also favorable areas of application.
Die Stufenlos-Getriebekomponenten vorliegenden erfindungsgemäßen KFZ-Antriebes bestehen aus stufenlos verstellbaren Kegelscheibenumsch1ingungsgetrieben . Solche Getriebe haben sich weltweit in vielen Entwicklungsprojekten der KFZ-Hersteller und auch schon in einigen Serienfahrzeugen bewährt. Ihre Vorteile im KFZ-Einsatz bestehen darin:The continuously variable transmission components of the present inventive motor vehicle drive consist of continuously variable conical pulley belt drives. Such transmissions have proven themselves worldwide in many development projects of motor vehicle manufacturers and also in some series vehicles. Their advantages in motor vehicle use are:
- echte übersetzungsreziproke Drehmomentenwandlung- real ratio-reciprocal torque conversion
- der Antriebsmotor kann optimal betrieben werden, entweder kraftstoffverbrauchsminimierend oder lei stungsmaxima1,- the drive motor can be operated optimally, either minimising fuel consumption or maximising performance1,
bei optimaler Verbrennung schadstoffarm,with optimal combustion low in pollutants,
- guter Wirkungsgrad- good efficiency
- große übersetzungsspreizung- large translation spread
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stufenfreie anpassbare Getriebeübersetzungen/ -funktionell günstiges und optimal arbeitendes elektronisches, verbundenes Ge triebe- und Motormanagement möglich .Continuously adjustable gear ratios / functionally inexpensive and optimally functioning electronic, connected gear and engine management possible.
Konkrete Details dieser Vorzüge werden z, B. in VDI-Bericht 579 angeführt. Ausführungsbeispiele solcher Getreibe veranschaulicht die Patentliteratur der Int. Klasse F 16 H, aus den jüngsten Anmeldeaktivitäten kommt die Aktualität des Einsatzes solcher Komponenten besonders zum Ausdruck.Concrete details of these advantages are given, for example, in VDI report 579. Examples of such gears are illustrated in the patent literature of the International Class F 16 H, and the most recent filing activities particularly demonstrate the topicality of the use of such components.
Im Zusammenhang mit Gyrospeichern im KFZ, z. B. zur Rückgewinnung und Verwertung der Bremsenergie ermöglichen solche Getriebe nicht nur eine optimale Abstimmung und Anpassung der Geschwindigkeiten zwischen ihm und dem Fahrwerksantrieb oder der Antriebsmaschine, sondern sie bewirken durch zweckentsprechendes übersetzungsverändern in solchen Pfaden auf einfache Weise einen beliebigen Fluß der kinetischen Energie zum Speichern oder Antreiben.In connection with gyro storage systems in vehicles, e.g. for recovering and utilizing braking energy, such transmissions not only enable optimal coordination and adjustment of the speeds between them and the chassis drive or the drive engine, but they also easily cause any flow of kinetic energy for storage or propulsion by appropriately changing the gear ratio in such paths.
Der generelle Vorteil solcher regenerativer Energiespeichereinrichtungen besteht bekanntlich darin, daßThe general advantage of such regenerative energy storage devices is, as is well known, that
- die installierte Leistung der Brennkraftmaschine bis zu 3o % gesenkt werden kann. Damit wird das Antriebsaggregat leichter und verbrauchsgünstiger- the installed power of the internal combustion engine can be reduced by up to 3o % . This makes the drive unit lighter and more fuel-efficient
- die momentane Spitzenleistung sich um einen Faktor 2- the current peak power is increased by a factor of 2
bis 2,5 steigern läßt. Hierdurch ergibt sich eine höhere Beschleunigung beim Anfahren und eine bessere Wirtschaftlichkeit des Fahrzeuges durch Entlastung der Brennkraftmasch ineup to 2.5. This results in higher acceleration when starting and better vehicle economy by reducing the load on the combustion engine ine
- die Kraftstoffersparnis bei vergleichbarer Fahrleistung je nach Speichersystem 15 bis 35 % beträgt- the fuel savings for comparable driving performance are 15 to 35 % depending on the storage system
- der Bremsenverschleiß durch die Bremsenergiespeicherung praktisch vermieden wird- brake wear is practically avoided by storing braking energy
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- die Schadstoffemissions herabgesetzt wird- pollutant emissions are reduced
- die Geräuschemission herabgesetzt wird (besonders beim Anfahren in diesbezüglich allergischen Stadtgebieten ist dies ein wichtiges Kriterium).- the noise emission is reduced (this is an important criterion, especially when starting in urban areas where noise is a problem).
Bei bekannten, BMFT- geförderten Studienobjekten mit Bremsenergierückgewinnung in Stadtbussen, die sich meist hydraulischer Getriebekomponenten bedienten und in Übertragungspfaden sowie in der Speicherweise (z. T. mehrmals) die Energieform gewechselt wird, sind die Aggregate und Einrichtungen relativ aufwendig und besonders im Teillastgebiet ist der Energietransfer weniger effizient. Separate und getrennte Übertragungseinrichtungen und Ge triebekomponenten zwischen Kraftmaschine und Fahrwerksantrieb und Energiespeicher und Fahrwerksantrieb erfordern abermals einen größeren Bauaufwand, selbst wenn nur stufenlose mechanische Regelgetriebe und mechanische Speicher (die eine höhere spezifische Speicherkapazität als Hydrospeicher besitzen) zum Einsatz kommen. Nachteilig für die Auslegung solcher Getriebe- und Übertragungskomponenten (bezüglich Investition als auch Verlustminimierung) ist das Charakteristikum, das im Übertragungspfad zwischen einem Speicher zur Bremsenergierückgewinnung und dem Fahrwerksantrieb die Leistungsbeaufschlagung beim Bremsen bzw. Speichern das 2,5-fache des Treib-Betriebszustandes betragen kann. Dies erfordert eine im Verhältnis zu Treibbetriebsbedingungen überdimensionale Auslegung der Wandler. Käme für diese unterschiedliche Aufgaben ein Wandler zum Einsatz, der z. B. in mehreren Übertragungspfaden Einsatz findet und umgeschaltet wird, z. B. wechselweise in den Übertragungspfaden Antriebsmotor-Fahrwerk, Gyrospeicher-Fahrwerk oder Antriebsmotor-Gyrospeicher,verursacht er in seiner zeitanteilig längsten Betriebszeit, wo er nur mit Teillast ausgelastet ist, relativ hohe Verluste. Separate Wandler in einzelnen über-In known, BMFT-funded study objects with brake energy recovery in city buses, which mostly use hydraulic transmission components and the form of energy is changed in the transmission paths and in the storage method (sometimes several times), the units and devices are relatively complex and the energy transfer is less efficient, especially in the partial load range. Separate and separate transmission devices and transmission components between the engine and the chassis drive and the energy storage and chassis drive again require greater construction effort, even if only continuously variable mechanical control transmissions and mechanical storage (which have a higher specific storage capacity than hydraulic storage) are used. A disadvantage for the design of such transmission and transmission components (in terms of investment and loss minimization) is the characteristic that in the transmission path between a storage device for brake energy recovery and the chassis drive, the power applied during braking or storage can be 2.5 times the driving operating state. This requires an oversized design of the converters in relation to the driving operating conditions. If a converter were to be used for these different tasks, which is used in several transmission paths and is switched over, e.g. alternately in the transmission paths drive motor-chassis, gyro storage-chassis or drive motor-gyro storage, it causes relatively high losses in its longest operating time, when it is only partially loaded. Separate converters in individual over-
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tragungspfaden, &zgr;. B. für den Bremsenergietransfer erfordern wiederum hohen (zusätzlichen) Investitionsaufwand .transmission paths, &zgr;. B. for braking energy transfer again require high (additional) investment expenditure .
Das bezüglich Geräusch- und Schadstoffemission sehr vorteilhafte Antreiben (besonders beim Anfahren) mittels Antriebsenergie aus solchen Energiespeichern setzt einen relativ großen Regelbereich der Getriebekomponenten voraus.The very advantageous drive (especially when starting) using drive energy from such energy storage devices in terms of noise and pollutant emissions requires a relatively large control range of the transmission components.
Beim Einsatz hintereinandergeschalteter Regelgetriebe auch für den motorischen Fahrwerksantrieb - kann in diesem Fall nachteiligerweise infolge der echten Drehmomentenwandlung bei vollem Drehmoment an der Antriebsbasis und Wandlerstellung ins "Langsame" der nachgeschaltete Wandler überlastet, zumindes im Verhältnis zum ersten, relativ hoch belastet werden. Einheitliche Wand leran.ordnungen und Kombinationen führen bei Hintereinanderschaltung daher zu einer ungleichmäßigen Auslastung und ungleichmäßigen Lebensdauer dieser Ge triebekomponenten. Dies ist ein besonders wichtiges Kriterium im Nutzfahrzeugbau, da hier Lebensdauern von Antriebsaggregaten und sonstigen Komponenten ein Mehrfaches von denen im PKW-Einsatz erwartet und zu Grunde gelegt werden. Drehmomentenrelationen verschiedener Getriebekombinationen, aus denen die diesbezüglichen Nachteile herkömmlicher einfacher oder mehrfacher Getriebeanordnungen gegenüber den erfindungsgemäßen Lösungen hervorgehen, beinhaltet Fig. 9 bzw. geht aus der Beschreibung hervor.When using variable speed transmissions connected in series for the motorized chassis drive, the disadvantage in this case is that the downstream converter can be overloaded, at least in comparison to the first, as a result of the real torque conversion at full torque at the drive base and the converter setting to "slow". Uniform converter arrangements and combinations therefore lead to uneven utilization and uneven service life of these transmission components when connected in series. This is a particularly important criterion in commercial vehicle construction, since the service life of drive units and other components is expected to be several times longer than that in passenger car use and is taken as a basis. Torque ratios of various transmission combinations, from which the relevant disadvantages of conventional single or multiple transmission arrangements compared to the solutions according to the invention can be seen, are shown in Fig. 9 or can be seen from the description.
Bekannte Hybridantriebskonzeptionen mit Stufenlosgetriebekomponenten umfasst weitgehend die Patent 1iteratur der Int.Kl. B 6o. So beschreibt z. B. die OffenlegungsschriftKnown hybrid drive concepts with continuously variable transmission components are largely covered by the patent literature of Int. Class B 60. For example, the published patent application
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DE 32 24 9 82 A 1 eine solche Lösung, in der im Fahrwerksantrieb Kegelscheibenumschlingungsgetriebe und zum Gyrospeicher hin ein Hydro wandler angeordnet sind. Dabei erweist sich bei den hintereinander geschalteten Getriebekomponenten die ü-reziproke M.-Wandlung - insbesondere bei der hohen Leistungsbeaufschlagung im Bremsbetriebsfall - . die Aus- und Belastung dieser Getriebekomponenten als sehr ungleichmäßig und daher ungünstig.DE 32 24 9 82 A 1 such a solution in which a conical pulley belt transmission is arranged in the chassis drive and a hydraulic converter is arranged towards the gyro accumulator. In the case of the transmission components connected in series, the ü-reciprocal M. conversion - especially with the high power application in braking operation - proves to be very uneven and therefore unfavorable.
In DE33oo416 A 1 sind z. B. zwei Stufenlosgetriebekomponenten mit einem Überlagerungsgetriebe und verschiedenen Schaltkupplungen eingesetzt, in die auch eine Verbindung zum Gyrospeicher geschaffen werden kann. Auch hierbei ist die Getriebebelastung sehr ungleichmäßig, so daß einerseits Lebensdauer, andererseits Verlustminimierung zwei nicht oder nur schlecht in Einklang zu bringende Fakten sind.In DE33oo416 A 1, for example, two continuously variable transmission components are used with a superposition gear and various clutches, in which a connection to the gyro storage device can also be created. Here too, the load on the transmission is very uneven, so that on the one hand service life and on the other hand loss minimization are two facts that cannot or only with difficulty be reconciled.
Allgemein ist bei solchen bekannten Konzeptionen der bauraum- und gewichtsmäßige Aufwand relativ groß , besonders dadurch, da die Ge triebekomponenten zerklüftet in den einzelnen Übertragungspfaden angeordnet sind. Es gibt auch Einsatzgebiete im Mobilantrieb, z. B. beimIn general, the space and weight requirements of such known concepts are relatively high, particularly because the gear components are arranged in a fragmented manner in the individual transmission paths. There are also areas of application in mobile drives, e.g. in
y«r<u«farm«y«r<u«farm«
KFZ mit solarelektrischem Antrieb, wo besonders dievUmsetzung einer Mindestenergiemenge eine essentielle Forderung ist. In Betriebsphasen geringen Leistungsangebotes werden daher von den Übertragungs- und Getriebeeinrichtungen minimale Verluste erwartet. Dem steht die Forderung nach einer gewissen Leistungsfähigkeit der Anlagen bei hohem Energieangebot gegenüber, wo übliche Verlustleistungen akzeptabel sind.Vehicles with solar-electric drive, where the conversion of a minimum amount of energy is an essential requirement. In operating phases with low power supply, minimal losses are therefore expected from the transmission and gear systems. This is offset by the requirement for a certain level of performance of the systems when the energy supply is high, where normal power losses are acceptable.
Aufgabe und Ziel vorliegenden Erfindungsgedankens besteht darin, für eingangs beschriebene Einsatzfälle und Be-The task and aim of the present inventive concept is to provide for the applications and conditions described above
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triebsbedingungen Antriebs- und Ge triebekonzeptionen zu schaffen, die einen mobileinsatzgerechten minimalen Bau- und Investitionsaufwand erfordern unter Berücksichtigung der anzustrebenden Aspekte:operating conditions to create drive and transmission concepts that require minimal construction and investment expenditure suitable for mobile use, taking into account the following aspects:
- Verlusteminimierung beim Transfer und Speicherung
von Bremsenergie,- Minimize losses during transfer and storage
of braking energy,
- gleichmäßige Auslasung und Lebensdauermaximierung
der Antriebskomponenten- uniform utilization and service life maximization
of the drive components
- einfaches, sicheres und praxisgerechtes Steuerungsmanagement. - simple, secure and practical control management.
Die Lösung besteht aus den in den Ansprüchen beschriebenen und aus den Ausführungsbeispielen hervorgehenden Ausführungsmerkmalen .The solution consists of the design features described in the claims and resulting from the embodiments.
Die spezifischen Vorteile der einzelnen Lösungsvarianten werden unter den Beschreibungen zu den Ausführungsbeispielen aufgeführt.The specific advantages of the individual solution variants are listed under the descriptions of the implementation examples.
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Fig. 1:Fig.1:
Schemadarstellung eines KFZ-Hybridantriebes mit einer Mehrfachgetriebekombination aus drei in einer Ebene angeordneten Kegelscheibenumschlingungsgetrieben mit Schaltkupplungen zum beliebigen einzelnen oder mehrfachen Betreiben dieser Getriebe in den Übertragungspfaden zwischen Motor und Fahrwerksantrieb, zwischen Motor-Gyrospeicher oder Fahrwerk-Gyrospeicher.Schematic representation of a vehicle hybrid drive with a multiple transmission combination of three conical pulley belt transmissions arranged in one plane with clutches for any individual or multiple operation of these transmissions in the transmission paths between the engine and the chassis drive, between the engine gyro storage or the chassis gyro storage.
Fig 2a bis 2d:Fig 2a to 2d:
Kraftflußpläne zu verschiedenen Schaltkombinationen und Betriebsweisen der Mehrfachgetriebekombinat ion gemäß Fig. 1.Power flow diagrams for various switching combinations and operating modes of the multiple transmission combination according to Fig. 1.
Fig. 3:Fig. 3:
Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Mehrfachgetriebekombination zum Antrieb eines KFZ, bestehend aus drei in einer Ebene auf zwei Achsen angeordneten Kegelscheibenumschl ingungsgetrieben und Schaltkupplungen zur beliebigen einzelnen oder mehrfachen Anordnung dieser Getriebe im Antriebspfad zwischen den Motor und dem Fahrwerksantrieb.Schematic representation of a multiple gear combination according to the invention for driving a motor vehicle, consisting of three conical pulley belt drives arranged in one plane on two axes and clutches for any individual or multiple arrangement of these gears in the drive path between the engine and the chassis drive.
Fig. 4a bis 4e:Fig. 4a to 4e:
Kraftflußpläne zu verschiedenen Schaltkombinationen und Betriebsweisen der Mehrfachgetriebekombination gemäß Fig.Power flow diagrams for various switching combinations and operating modes of the multiple transmission combination according to Fig.
Fig. 5 und 6 :Fig. 5 and 6 :
Schematisches Ausführungsbeispiel einer Mehrfach-Kegelscheibenumsch1ingungs-Getriebekombination mit Kegelreibscheiben auf einer zentralen Achse und koaxial dazu angeordneten Achsen, mit einem, das koaxial ausgebildete Getriebegehäuse z. T. umschließenden Schwungrad.Schematic embodiment of a multiple conical pulley belt transmission combination with conical friction disks on a central axis and axes arranged coaxially thereto, with a flywheel that partially encloses the coaxially designed transmission housing.
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Fig. 7 und 8:Figs. 7 and 8:
Schematisches Ausführungsbeispiel einer Mehrfach-Kegelreibscheibenumschlinguns-Getriebekombination mit einem das Getriebegehäuse z. T. umschließenden Schwungrad und einem im gemeinsamen Gehäuse integrierten Differential für den Einsatz an nicht motorisch angetriebenen KFZ-Achsen zur regenerativen Verwertung von Bremsenergie.Schematic example of a multiple conical friction disk belt transmission combination with a flywheel that partially encloses the transmission housing and a differential integrated in the common housing for use on non-motor-driven vehicle axles for the regenerative utilization of braking energy.
Fig. 9:Fig.9:
Eine Diagrammdarstellung, die das Drehmomentenwandlungsverhältnis von KegelscheibenumschIingungsgetrieben sowohl in einzelnen als auch in erfindungsgemäßen Mehrfachkombinationen in Abhängigkeit verschiedener Wandleran-und-Zuordnungen sowie -Übersetzungsstellungen darstellt, und deren Belastungen gegenüberstellt und veranschaulicht. A diagram showing the torque conversion ratio of conical pulley belt drives both in individual and in multiple combinations according to the invention as a function of different converter locations and assignments as well as gear ratio settings, and comparing and illustrating their loads.
Fig. 1o bis 17:Fig. 1o to 17:
Schemadarstellung verschiedener weiterer Anordnungsweisen von Mehrfach-Kegelscheibenumschlingungsgetrieben , im einzelnen zeigen:Schematic representation of various other arrangements of multiple conical pulley belt drives, showing in detail:
Fig. 1o und 11 mehrere, auf einer Ebene auf 2 Achsen angeordnete Getriebe, wobei alternativ zu Fig. 1 und 3 die An- oder bzw. und Abtriebsverbindung zwischen den Getriebeachsen angeordnet ist;Fig. 1o and 11 show several gears arranged on one level on 2 axes, whereby, as an alternative to Fig. 1 and 3, the input or output connection is arranged between the gear axes ;
Fig. 12 und 13 mehrere, weitgehend auf konzentrisch zugeordneten Achsen angeordneten Kegelreibscheibenpaare, wobei jeweils nur,die Kegelscheibenpaare zweier benachbarter Achsen über Zugkettenstränge oder Schubgliederbänder in Verbindung stehen;Fig. 12 and 13 several pairs of conical friction disks arranged largely on concentrically assigned axes, wherein only the pairs of conical disks of two adjacent axes are connected via traction chain strands or thrust link belts;
Fig. 14 und 15 mehrere, weitgehend auf konzentrisch zugeordneten Achsen angeordneten Kegel scheibenpaare, wobei diese nach beiden benachbartenFig. 14 and 15 several pairs of conical disks arranged largely on concentrically assigned axes, whereby these are aligned to both adjacent
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Seiten über Zugkettenstränge oder Schubgliederbänder untereinander verbunden sind; Fig. 16 und 17 mehrere, auf einer im Zentrum angeordneten Achse und weitgehend koaxial dazu angeordneten Achsen sitzenden Kegelreibscheiben, die über Zugkettenstränge oder Schubgliederbänder in Verbindung stehen.Sides are connected to one another via pull chain strands or push link belts; Fig. 16 and 17 several conical friction disks located on an axis arranged in the center and largely coaxial with it, which are connected via pull chain strands or push link belts.
Fig. 18 Schemadarstellung einer um Steuer- undFig. 18 Schematic representation of a control and
Regeleinrichtungen, entsprechenden Sensoren zur Erfassung verschiedener Betriebszustände und sonstiger dem Getriebemanagement dienenden Bedienungselementen modifizierten Mehrfach-Stufenlos-Getriebekombination gemäß Fig. 1Control devices, corresponding sensors for detecting various operating states and other operating elements used for transmission management modified multiple continuously variable transmission combination according to Fig. 1
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Beschreibungen:
zu Fig 1 und- 2Descriptions:
to Fig 1 and 2
Der Antriebsmotor 1 mit einer (bevorzugt hydraulischen) Kupplung 2 stellt die motorische Antriebsbasis der Getriebekombination 3 dar, welche ausgangsseitig mit dem Fahrwerk 19 eines KFZ in einer Drehverbindung steht. Innerhalb des Ge triebegehäuses 3 sind auf parallelen Achsen in einer Ebene Kegelreibscheibenpaare 4a - 4b, 5a -'5b, 6a - 6b angeordnet. 4a sitzt verdrehbar auf einer von Kupplung 2 bis Kupplung 9 sich erstreckende Welle und kann mittels Kupplung 7 mit ihr verdrehfest fixiert werden, über Kupplung 9 kann ein weiterer Verdrehverbund mit einer axial angrenzenden Welle hergestellt werden, auf der verdrehfest das Kegelscheibenpaar 5a und verdrehbar, oder mittels Kupplung 1o arretierbar Kegelreibscheibenpaar 6a sitzt. Auf der Abtriebswelle 16 letzterem zugeordnet, sitzt verdrehlose oder arretierbar durch Kupplung 11 das Kegelreibscheibenpaar 6b , auf der gleichen Welle 16 verdrehfest zugeordnet Kegelreibscheibenpaar 5b . Welle 16 kann mittels Kupplung 12 mit einer axial angrenzenden, koaxial zugeordneten Welle mit dem verdrehfesten Kegelreibscheibenpaar 4b verbunden werden, welche weiterhin auf der anderen Seite über Kupplung 14 mit einem ins Schnelle übersetzenden Getriebe 15 verbunden werden kann. Dies steht mit einem Schwungrad 17 (Gyrospeicher) in Drehverbindung.The drive motor 1 with a (preferably hydraulic) clutch 2 represents the motor drive basis of the gear combination 3, which is connected on the output side to the chassis 19 of a motor vehicle in a rotary connection. Inside the gear housing 3, conical friction disk pairs 4a - 4b, 5a - 5b, 6a - 6b are arranged on parallel axes in a plane. 4a is rotatably mounted on a shaft extending from clutch 2 to clutch 9 and can be fixed to it in a rotationally fixed manner using clutch 7. A further rotational connection can be made with an axially adjacent shaft via clutch 9, on which the conical disk pair 5a is rotatably mounted and the conical friction disk pair 6a is rotatably mounted or can be locked using clutch 10. The pair of conical friction disks 6b is located on the output shaft 16, which is assigned to the latter, and can be locked in place by means of a coupling 11. The pair of conical friction disks 5b is located on the same shaft 16 in a rotationally fixed manner. Shaft 16 can be connected to an axially adjacent, coaxially assigned shaft with the rotationally fixed pair of conical friction disks 4b by means of a coupling 12, which can also be connected on the other side to a gear unit 15 that converts into high-speed gears via a coupling 14. This is in rotational connection with a flywheel 17 (gyro accumulator).
Damit lassen sich z. B. folgende Getriebekombinationen erstellen und vorteilhafte Funktionen und Belastungsweisen bewi rken:This allows the following gear combinations to be created and advantageous functions and load types to be achieved:
GH 9t $0 V/GH 9t $0 V/
■■» yi * *■■» y * *
Motorisch antreiben;Motor drive;
Fig. 2a:Fig. 2a:
Wandler 5 allein Wandler 5, 4 parallelConverter 5 alone Converter 5, 4 parallel
Wandler 5, 4, 3 parallel für Teillastbetrieb
für Mittel lastbetriebConverter 5, 4, 3 in parallel for partial load operation
for medium load operation
für Hochlastbetriebfor high load operation
geringe Verluste geringe Verluste, Getriebekomp.-Schonung Getri ebekom.-Schonunglow losses low losses, protection of gear components protection of gear components
Fig. 2b: Wandler 4 in Reihe mit parallele Wandler 5 u.Fig. 2b: Converter 4 in series with parallel converters 5 and 6.
Antreiben und Bremsen mittels Gyro zum Anfahren
KriechgangDrive and brake using gyro to start
Creeper
großer Regelbereich, günstige Wandlerauslastung large control range, favorable converter utilization
Fig. 2c:Fig. 2c:
Wandler 4 in Reihe mit parallelen Wandlern 5 und 6Converter 4 in series with parallel converters 5 and 6
RückwärtsfahrtReverse driving
Fig. 2d mittels MotorFig. 2d by motor
Fig. 2e mittels GyroFig. 2e using gyro
Beliebiges Treiben mittels Gyro und MotorArbitrary propulsion using gyro and motor
Fig. 2f Beliebiges Nachladen des GyroFig. 2f Random reloading of the gyro
durch Motor oder Bremsung zum Anfahren,by engine or braking to start moving,
großer Regelbereich, ökonomisch und ökolog^ günstiglarge control range, economical and ecological^ favorable
für gemischten Fahr- und
Bremsbetriebfor mixed driving and
Braking operation
• * ei• * egg
148 00 22 ' ' * "**" " ··""*148 00 22 ' ' * "**" " ··""*
GM 96 90 VI - 19 -GM 96 90 VI - 19 -
Zu Fig. 3 und 4:Regarding Fig. 3 and 4:
Der Antriebsmotor 20 treibt über die Anfahrkupplung 21 eine durchgehende Getriebewelle 22 an, welche in einem Getriebegehäuse 23 mit einer weiteren Welle 24 gelagert ist. Auf diesen Wellen 22, 24 befinden sich Kegelscheibenumschl ingungsgetriebeThe drive motor 20 drives a continuous gear shaft 22 via the starting clutch 21, which is mounted in a gear housing 23 with another shaft 24. Conical pulley belt drives are located on these shafts 22, 24
25, 26, 27 mit ihren An- und Abtriebsreibscheibenpaaren 25a, 26a , 27a, und 25b, 26b, 27b. Benachbarte Reibscheiben sind durch Schaltkupplungen 28 bis 33 miteinander koppelbar oder mittels Kupplungen 34 - 37 mit den Wellen 22, 24 kraftschlüssig koppelbar. Ein Vorgelege- bzw. Umkehrzahnradgetriebe 39 kann durch Kupplungen 38, 35, 30 zweckentsprechend verbunden werden.25, 26, 27 with their input and output friction disk pairs 25a, 26a, 27a, and 25b, 26b, 27b. Adjacent friction disks can be coupled to one another by means of clutches 28 to 33 or can be coupled to the shafts 22, 24 in a force-locking manner by means of clutches 34 - 37. A countershaft or reversing gear transmission 39 can be connected as required by clutches 38, 35, 30.
Die zugeordneten Kraftflußpläne zeigen:The associated power flow diagrams show:
Fig.4 a für unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich (Anfahren, Kriechgang)Fig.4 a for lower driving speed range (starting, crawling)
Fig.4 b für mittleren Fahrgeschwindigkeitsbereich (hohe Belastung, Langzeiteinsatz)Fig.4 b for medium driving speed range (high load, long-term use)
Fig.4 c für erweiterten oberen Fahrgeschwindigkeitsbereich (Overdrive, Spargang)Fig.4 c for extended upper driving speed range (overdrive, economy gear)
Fig.4 d für mittleren Fahrgeschwindigkeitsbereich (Spargang) Fig.^ e für RückwärtsgangFig.4 d for medium speed range (economy gear) Fig.^ e for reverse gear
Vorteile dieser Getriebekonzeption sind:Advantages of this transmission design are:
- auf den Leistungsbedarf abstimmbarer Wandlereinsatz, daher günstige Auslastung und Langlebigkeit der Getriebekomponenten- Converter use can be adjusted to the power requirement, thus favourable utilisation and longevity of the transmission components
- durch Hintereinanderschalten von Getriebekomponenten Regelbereichserweiterung besonders günstig für das Anfahren,- by connecting transmission components in series, control range extension particularly advantageous for starting,
- bei Hintereinanderschalten von Getriebekomponenten in Gruppen drehmomentengerechte Belastungsverteilung bzw. gleichmäßige Auslastung der einzelnen Getriebekomponenten,- when connecting transmission components in series in groups, load distribution based on torque or even utilization of the individual transmission components,
- flache Bauweise, z. B. günstig für Unterflureinsatz- flat design, e.g. suitable for underground use
- geringe Verluste bei Teillast durch den Einsatz weniger bzw. einer Getriebekomponente.- low losses at partial load through the use of fewer or one transmission component.
148 oo 22 j ,_': -: ■-; · *"-jji I 148 oo 22 j ,_': -: ■-; · *"-jji I
GM 96 90 VI - 20 -GM 96 90 VI - 20 -
Zu Fig 5 und 6:Regarding Fig 5 and 6:
Im gemeinsamen Gehäuse 41 sind die Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 42 , 43 , 44 ,mit ihren An- und Abtriebsscheibenpaaren 42 a, 43a, 44 a undIn the common housing 41 are the conical pulley belt transmissions 42, 43, 44, with their input and output pulley pairs 42 a, 43a, 44 a and
42 b , 43 b , 44 b gelagert. Das Gehäuse 41 weist ferner Lagerbasen 45 für die topfförmige Schwungmasse 46 auf. Deren Zylinder besteht aus Verbundwerkstoff, einem metallenen Zylinder 47 und einer Bandage aus hochfestem, spezifisch leichterem Lamminat 48 . Die dem Antriebsmotor zugeordnete-AntriebswelIe 49 ist durch ein Planetengetriebe42 b , 43 b , 44 b . The housing 41 also has bearing bases 45 for the pot-shaped flywheel mass 46 . Its cylinder consists of composite material, a metal cylinder 47 and a bandage made of high-strength, specifically lighter laminate 48 . The drive shaft 49 assigned to the drive motor is connected to a planetary gear
5o geführt, welches zur Steigerung der Schwungraddrehzahl dient. Planetengetriebe 5o steht über Zahnrad 52 mit den Zahnrädern 53, 54, 55 im Eingriff, welche durch die Kupplungen 56, 57, 58 mit den Wellen der Kegelreibscheibensätze 42 a,5o, which serves to increase the flywheel speed. Planetary gear 5o is in engagement with gears 53, 54, 55 via gear 52, which are connected by clutches 56, 57, 58 to the shafts of the conical friction disk sets 42 a,
43 a und 44 a verbunden werden können. Die motorgetriebene Antriebswelle 49 streht über Zahnrad43 a and 44 a can be connected. The motor-driven drive shaft 49 extends over gear
56 mit den Zahnrädern 59 , 6o , 61 im Eingriff, welche wiederum mittels der Schaltkupplungen 62, 63 , 64 mit den Kegelreibscheibensätzen 42 a, 43 a , 44 a gekoppelt werden können. Die Abtriebsscheibensätze 43 b und 44 b befinden sich starr auf der Abtriebswelle 65, welche mit dem Fahrwerksantrieb in Kraftschluß steht. An diese kann durch Kupplung 66 der Abtriebsscheibensatz 42 b angekoppelt werden, welcher über Zahnrad 67 , das mittels Kupplung 68 mit der Welle des Reibscheiben-42 b gekoppelt werden kann und wiederum mit den Zahnrädern 69 , 7o der Reibscheibensätze 43 a und 44 a im Eingriff steht. An das Reibscheibenpaar56 engages with the gears 59, 6o, 61, which in turn can be coupled with the conical friction disk sets 42a, 43a, 44a by means of the clutches 62, 63, 64. The driven disk sets 43b and 44b are rigidly located on the output shaft 65, which is in frictional connection with the chassis drive. The driven disk set 42b can be coupled to this by means of clutch 66, which can be coupled to the shaft of the friction disk 42b by means of clutch 68 and in turn is in engagement with the gears 69, 7o of the friction disk sets 43a and 44a. The friction disk pair
42 b ist durch Kupplung 71 weiterhin das Zahnrad 72 ankoppelbar, welches mit einem Zwischenrad 73 im Eingriff steht und zur Drehrichtungsumkehr der Zahnräder 69 und 7o , somit der Reibscheibenpaare42 b, the gear 72 can also be coupled by means of coupling 71, which is in engagement with an intermediate gear 73 and is used to reverse the direction of rotation of the gears 69 and 7o, thus of the friction disk pairs
43 a und 43 b dient, als Krafpfad für den Rückwärtsbetrieb bestimmt ist. Die Anschlußbasis 74 ist43 a and 43 b, is intended as a power path for the reverse operation. The connection base 74 is
148 00 22 ■■·*- n-* '-' * 148 00 22 ■■·*- n -* '-' *
GM 96 90 VI - 21 -GM 96 90 VI - 21 -
für das Anflanschen an den Antriebsmotor bestimmt.intended for flanging to the drive motor.
Die Vorteile sind:The advantages are:
- kurze kompakte Bauweise,- short compact design,
- Integration des Gyrospeichers in die Getriebekonzeption verschafft extrem günstige konstruktive Vorteile eines Hybridantriebes,- Integration of the gyro storage into the transmission design provides extremely favorable structural advantages of a hybrid drive,
- vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der Getriebekomponenten ermöglichen die sich daraus ergebenden Vorteile wie unter Fig. 2 beschrieben,- a wide range of possible combinations of the transmission components enable the resulting advantages as described in Fig. 2,
- topfförmige, den Getrieberaum umschließende Schwungradform ist eine platzsparende Anordnung mit extrem günstigem Leistungsgewicht,- pot-shaped flywheel shape enclosing the gearbox compartment is a space-saving arrangement with an extremely favorable power-to-weight ratio,
dasthe
- Energiefluß durch zwischen Speicher und Fahrwerk oder Antriebsmotor zweckentsprechende Übersetzungsvariieren der Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ohne weitere Komponenten und Aggregate, daher sehr effizienter Energietransfer,- Energy flow through appropriate ratio variation between the storage unit and the chassis or drive motor of the conical pulley belt transmission without additional components and units, therefore very efficient energy transfer,
- Trennvorrichtung am Schwungrad (Kupplung 51) verringert LeerlaufVerluste.- Separating device on the flywheel (clutch 51) reduces idling losses.
Zu Fig. 7 und 8: Regarding Fig. 7 and 8 :
■Diese Kombination dient der Speicherung und Rückführung von Bremsenergie in den Fahrwerksantrieb, z. B. für Stadtbusse, insbesondere für Mehrgliederbusse oder LKW-Anhänger, an nicht motorisch angetriebenen Treibachsen.■This combination is used to store and return braking energy to the chassis drive, e.g. for city buses, especially for multi-unit buses or truck trailers, on non-motor-driven drive axles.
Im gemeinsamen Gehäuse 75 befinden sich 2 Kegelscheibenumschl ingungsgetriebe 76, 77 mit den Kegel Scheibensätzen 76a und 77a und 77a und 77b , das Differentialgetriebe 78 mit seinen zurIn the common housing 75 there are 2 conical pulley belt drives 76, 77 with the conical pulley sets 76a and 77a and 77a and 77b, the differential gear 78 with its
- &idiagr; ns <> is .. &eegr;- &idiag; ns <> is .. &eegr;
148 00 22148 00 22
GM 96 90 VI - 22 -GM 96 90 VI - 22 -
Treibachse führenden Wellen 79 und 80 sowie das Schwungrad 81 . Z. B. kann Bremsenergie vom Differentialgetriebe 78 ausgehend in einen Übertragungspfad über die Kegelräder 82, 83 zu einzeln oder parallel geschalteten Wandlern über das zentrale Zahnrad 84 weiter zu den Zahnrädern 85, 86 , welche durch die Kupplungen 87, 88 mit den Scheibenpaaren 76a und 77 a verbunden werden, geführt werden. Der Kraftfluß erstreckt sich weiter über die Reibscheibenpaare 75 b und 76 b über die Kupplungen 89, 90 den Zahnrädern 91, 92 zum Planetenübersetzungsgetriebedrive axle, as well as the flywheel 81. For example, braking energy can be fed from the differential gear 78 into a transmission path via the bevel gears 82, 83 to individually or parallel-connected converters via the central gear 84 and then to the gears 85, 86, which are connected to the disc pairs 76a and 77a by the clutches 87, 88. The power flow extends further via the friction disc pairs 75b and 76b via the clutches 89, 90 and the gears 91, 92 to the planetary transmission gear.
93 , welches zur Drehzahl Steigerung dient, über die Kupplung 94 zur Welle 95 des Schwungrades 81 . Alternativ kann bei Hintereinanderschalten der Getriebe93 , which serves to increase the speed, via the clutch 94 to the shaft 95 of the flywheel 81 . Alternatively, when connecting the gears in series
75 und 76 der Kraftfluß durch Zahnräder 96, 97, 98 der Kupplung 99 zum Kegelscheibenpaar 77a führen, der dann analog 90, 91, zum Planetenübersetzungsgetriebe 93 führt. Energieflüsse vom Schwungradspeicher 81 zumFahrwerksantrieb 79 , 80 erfolgen entsprechend in umgekehrter Richtung. Die Befestigungsvorrichtungen 101 sind für den Anbau am Fahrzeugrahmen vorgesehen. Die Steuerung und Betätigung der Kupplungen, so das Verstellen der Getriebe, wird von einer zentralen Steuer- und Regeleinrichtung bewerkstelligt. 75 and 76 the power flow through gears 96, 97, 98 of the clutch 99 to the conical disk pair 77a, which then leads analogously to 90, 91, to the planetary transmission gear 93. Energy flows from the flywheel storage unit 81 to the chassis drive 79, 80 occur in the opposite direction. The fastening devices 101 are intended for attachment to the vehicle frame. The control and operation of the clutches, i.e. the adjustment of the gears, is carried out by a central control and regulating device.
Die wesentlichsten Vorteile dieser Getriebekombination sind:The main advantages of this gear combination are:
- die Möglichkeit als solche, die Bremsenergie an mehrachsigen oder Mehrgliederfahrzeugen zu erfassen und regenerativ zu verwerten,- the possibility of capturing braking energy on multi-axle or multi-articulated vehicles and using it regeneratively,
- bezüglich Effizienz und Investitionsaufwand günstige Lösung.- cost-effective solution in terms of efficiency and investment costs.
148 oo 22
GM 96.90 VI _ 23 -148 oo22
GM 96.90 VI _ 23 -
Zu Fig. 9:To Fig. 9:
Die Abszisse stellt das Wandlungsverhältnis ü = n„ /n „The abscissa represents the conversion ratio ü = n” /n „
a ft An a ft An
eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes dar, die Koordinate das zugeordnete Drehmomentenverhältnis MtAb/MtAn. Der Wirkungsgrad, der im Nennlastbereich bei solchen Getrieben zwischen 86 und 96 % liegt, ist unberücksichtigt geblieben.of a conical pulley belt transmission, the coordinate the associated torque ratio Mt Ab /Mt An . The efficiency, which lies between 86 and 96% in the nominal load range for such transmissions, has not been taken into account.
In dieser für den Vergleich der Be- und Auslastung verschiedener Wandlerkombinationen bestimmten Darstellung ist als jegliche Bezugs- und Vergleichsbasis eine konstante Antriebsmomentbeaufschlagung als Kurve 1 &ogr; 1 -1o2-1o3 anzusehen.In this representation, which is intended for comparing the loading and utilization of different converter combinations, a constant drive torque application as curve 1 ϳ 1 -1o2-1o3 is to be regarded as any reference and comparison basis.
Kurve 1o4-1o2-1o5 zeigt das reziproke zu ü gewandelte Momentenverhältnis der Abtriebsbasis. Hieraus ist z. B. ersichtlich, in welchem starken Maße ein einem ersten Wandler nachgeschaltetes zweites Getriebe unterschiedlich belastet wird;Curve 1o4-1o2-1o5 shows the reciprocal to ü converted torque ratio of the output base. From this it is clear, for example, to what extent a second transmission connected downstream of a first converter is subjected to different loads;
Kurve 1o6-1o7-1o8 veranschaulicht die 3-fache Belastbarkeit dreier parallel angeordneter Wandler, wodurch die inCurve 1o6-1o7-1o8 illustrates the 3-fold load capacity of three parallel arranged converters, whereby the
A h j" r*i &rgr;&Tgr;&lgr; &ogr; _A h j" r*i &rgr;&Tgr;&lgr;&ogr; _
Kurve 1o9-1o7-11o damit erreichbare"Momenten- und somitCurve 1o9-1o7-11o thus achievable "moments and thus
Antriebskraftsteigerung einer solchen Getriebekombination verdeutlicht wird;The increase in driving power of such a transmission combination is illustrated;
Kurve 112-1o4-1o2-1o5 verdeutlicht das erweiterte Über-Curve 112-1o4-1o2-1o5 illustrates the extended over-
setzungs- und M.-Wand 1ungsverhältnis zweier hintereinander geschalteter Wandler .Würde z. B. der erste Wandler bei ü · betrieben, entspräche bereits das Eingangsmoment des zweiten dem Punkte 1o4, d. h. er wäre gegenüber den Punkten 1 &ogr; 1 , 1o2, 1o3, die dem Eingangsnennmomentration and M.-Wand 1ation ratio of two converters connected in series. If, for example, the first converter were operated at ü ·, the input torque of the second would already correspond to point 1o4, i.e. it would be opposite the points 1 ω 1 , 1o2, 1o3, which correspond to the nominal input torque
oo 22oo22
- 24 -
M 96 90 VI- 24 -
M 96 90 VI
entsprechen, um etwa das 2,2-fache überlastet. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Variierbarkeit der Wandlerkombinationen liegt nun darin, daß sie auch in unterschiedlichen Gruppen in Reihe geschaltet werden können. Somit ist es für vorstehenden Betriebsfall günstig, nachgeschaltete Wandler beivorgesch. mit Stellung "Langsam" als parallel betriebene Gruppe einzusetzen, z. B. für den Betriebsbereich 1 o4-112. Im Schnellen, im Overdrive-Betriebsbereich dagegen ist es sinnvoll, eine erste Zweiergruppe mit der zulässigen Eingangsbelastung 113-114 anzuordnen, welche eineAbtriebsmomentenwandlung 113-1o3-115 bewirkt und somit einen nachgeschalteten Einzelwandler nicht überlastet.correspond to, are overloaded by about 2.2 times. A significant advantage of the inventive variability of the converter combinations is that they can also be connected in series in different groups. Thus, for the above operating case, it is advantageous to use downstream converters with the "slow" setting as a parallel operated group, e.g. for the operating range 1 o4-112. In the fast, overdrive operating range, on the other hand, it is sensible to arrange a first group of two with the permissible input load 113-114, which causes an output torque conversion 113-1o3-115 and thus does not overload a downstream individual converter.
Bei hintereinander geschalteten Wandlern oder -gruppen kann es vorteilhaft sein, das Steuer- und Verstellprogramm bzw. -schema zu Gunsten günstiger Getriebebelastungen nicht ü-konform ablaufen zu lassen. Wie aus vorangegangenen konträren Beispielen erkennbar, kann es weiterhin nützlich sein, während einer Beschleunigungsphase über einen großen Regelbereich bei hintereinander geschalteten Wandlern die Gruppenanordnung zu wechseln. Hierzu ist es wiederum vorteilhaft, das Verstellprogramm so abzustimmen und zu gestalten daß als Um- oder Zuschaltpunkt ü=1 : 1 angefahren und als Synchronisations- und Umschaltbetriebspunkt vorbestimmt und genutzt wird.With converters or groups connected in series, it can be advantageous not to run the control and adjustment program or scheme in accordance with ü in order to achieve more favorable gear loads. As can be seen from previous contrary examples, it can also be useful to change the group arrangement over a large control range during an acceleration phase with converters connected in series. For this, it is again advantageous to adjust and design the adjustment program in such a way that ü=1:1 is approached as the changeover or activation point and is predetermined and used as the synchronization and changeover operating point.
Claims (25)
G' 90 10 3 21.1CtM 96 90 VI
G' 90 10 3 21.1
Priority Applications (1)
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DE9010321U DE9010321U1 (en) | 1990-07-07 | 1990-07-07 | Multiple continuously variable transmission combination for vehicle drive |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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DE9010321U1 true DE9010321U1 (en) | 1991-11-07 |
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DE9010321U Expired - Lifetime DE9010321U1 (en) | 1990-07-07 | 1990-07-07 | Multiple continuously variable transmission combination for vehicle drive |
Country Status (1)
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