DE19605386C1 - Hydrostatisches Koppelgetriebe - Google Patents
Hydrostatisches KoppelgetriebeInfo
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Description
Die Erfindung richtet sich auf ein hydrostatisches Koppelgetriebe mit einer Hydro
pumpe, einem Hydromotor und einem Planetengetriebesatz, wobei die Drucklei
tung der Hydropumpe über den Hydromotor unter Ausbildung eines Kreislaufs zur
Saugleitung der Hydropumpe zurückgeführt ist, und wobei ein Drehteil der Hydro
pumpe, vorzugsweise das Gehäuse, drehfest mit dem Hohlrad des Planetenge
triebesatzes gekoppelt ist, während das andere Drehteil mit dem Chassis oder der
Abtriebswelle gekoppelt ist, und wobei ein Drehteil des Hydromotors, vorzugswei
se der Läufer, mit der Antriebswelle gekoppelt ist.
Derartige hydraulisch-mechanische Koppelgetriebe lassen sich vorteilhaft bei
Zugmaschinen, Sattelschleppern und/oder Traktoren einsetzen, um insbesondere
ein Anfahren unter schwerster Belastung zu ermöglichen und sodann stufenlos
die Übersetzung zu verändern, damit trotz einer Erhöhung der Drehzahl an der
Abtriebswelle des Getriebes der Antriebsmotor immer in seinem optimalen Dreh
zahlbereich betrieben werden kann, wo dessen Wirkungsgrad am höchsten ist
und/oder die maximale Leistung abgegeben werden kann. Die Transformation der
Nenndrehzahl des Antriebsmotors auf eine demgegenüber verringerte Drehzahl
der Abtriebswelle bis hin zum Stillstand wird dabei überwiegend durch die Über
setzungseigenschaften des Planetengetriebesatzes bewirkt, wobei das Hydraulik
system durch Veränderung der Schräg- oder Taumelscheiben von Hydropumpe
und/oder Hydromotor eine Variation des Drehzahlübersetzungsverhältnisses er
laubt.
Ein gattungsgemäßes Getriebe ist bspw. in der deutschen Offenlegungsschrift
195 03 923 offenbart. Mit der dortigen Anordnung ist zwar eine stufenlose Dreh
zahlverstellung an der Abtriebswelle von einer Maximaldrehzahl bis zum Stillstand
oder gar darüber hinaus in Form einer Reversion möglich. Jedoch ist dieses vor
bekannte Getriebe für den Einsatz bei Traktoren, wie sie in der Landwirtschaft
eingesetzt werden, wenig geeignet. Denn dort wird nicht nur eine stufenlose Dreh
zahlverstellung mindestens vom Stillstand bis zur maximalen Drehzahl gewünscht,
sondern darüber hinaus auch ein hohes und schnell verfügbares Drehmoment bei
hohen Steigungen, und zwar sowohl bei niedrigsten Fahrgeschwindigkeiten bis
hin zum Stillstand einerseits wie auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten anderer
seits. Diese für landwirtschaftliche Anwendungen ungünstigen Eigenschaften des
vorbekannten Getriebes resultieren einerseits daraus, daß bei Stillstand der Ab
triebswelle das Hohlrad des Planetengetriebes mitsamt aller daran befestigter
Schwungmassen entgegengesetzt der Abtriebswellendrehrichtung bei Vorwärts
fahrt rotiert, so daß bei einem plötzlichen Anfahren ein Großteil der Leistung des
Antriebsmotors zur Reversion dieser Schwungmassen benötigt wird und die ab
gebbare Leistung des Getriebes erheblich mindert, so daß die Anfahreigenschaf
ten relativ schlecht sind. Andererseits ist das Getriebe des Hydromotors mit dem
Getriebechassis verbunden, so daß dessen Schrägscheibe ständig und insbeson
dere auch bei hoher Fahrgeschwindigkeit gegenüber den Axialkolben rotiert, so
daß eine erhebliche Leistung des Antriebsmotors in nutzlose Reibungswärme
umgewandelt wird.
Hier kann auch der Aufsatz "Die Axialkolben-Mehrzellenmaschinen in der Hydro
statik, Teil 2" von Hans Molly in der VDI-Zeitschrift Band 114, Jahrgang 1972, Nr.
5 - April, Seiten 330 ff., insbesondere Bild 16.2, keine Verbesserungen bieten.
Denn dort ist der Planetenradträger mit der Abtriebswelle und das Hohlrad dreh
mäßig mit der Antriebswelle gekoppelt, wobei die Drehzahl des Hohlrades gegen
über der Antriebswelle durch ein Stirnzahnradgetriebe erheblich reduziert ist. Beim
Stillstand der Abtriebswelle steht demnach der Planetenradträger ebenfalls still,
das Hohlrad läuft langsam in der gewünschten Antriebsdrehrichtung um, und der
mit dem Sonnenrad gekoppelte Teil der Hydropumpe rotiert in umgekehrter Rich
tung. Somit rotiert ausschließlich das Hohlrad in der richtigen Drehrichtung für das
Vorwärtsanfahren; beim Anfahren überträgt dieses seine Schwungenergie jedoch
auf das Sonnenrad, um dieses aus der gegenläufigen Rotation abzubremsen. Da
hierdurch ein Großteil der gespeicherten Rotationsenergie intern verbraucht wird,
sind die Anfahreigenschaften dieses Getriebes nicht besonders gut. Außerdem ist
hier das Gehäuse der Hydrompumpe an dem Chassis des Getriebes festgelegt,
so daß die Schrägscheibe gerade bei der höchsten Drehzahl an der Abtriebswel
le, wenn alle Teile des Planetengetriebes in synchronem Zustand rotieren, beson
ders hohe Reibungsverluste hervorruft.
Aus den Nachteilen des vorbekannten Stands der Technik resultiert das die Erfin
dung initiierende Problem, ein gattungsgemäße Getriebe derart weiterzubilden,
daß es die bei Traktoren und landwirtschaftlichen Zugmaschinen gewünschten,
günstigen Eigenschaften in den Grenzbereichen aufweist.
Insbesondere für den Einsatz in Traktoren sind einerseits günstige Langsam
fahreigenschaften bis hin zum Stillstand besonders wichtig, denn bei manchen
landwirtschaftlichen Maschinen, bspw. Sä- oder Drillmaschinen, sind keine großen
Fahrgeschwindigkeiten möglich, und eine gleichförmige Bodenbearbeitung ist
höchst wichtig, so daß auch bei niedrigsten Drehzahlen der Abtriebswelle eine
konstante Fahrgeschwindigkeit selbst bei unebenem oder steilem Gelände si
chergestellt sein muß. Hierbei kann es unter Umständen, bspw. beim Anfahren
am Hang, notwendig sein, beim Lösen der Bremse dem Getriebe schlagartig die
volle Leistung abzuverlangen, so daß eine gute Dynamik eines Getriebes gerade
auch im Stillstand unerläßlich ist.
Andererseits ist es nach dem Anfahren oftmals wichtig, auf der Antriebsachse des
Traktors auch bei normaler Fahrgeschwindigkeit eine maximale Leistung bereit
zustellen, damit bspw. schwere Arbeitsmaschinen auch an Hang lagen bis zu ih
rem Einsatzort hochgeschleppt werden können, oder zum Einfahren geernteter
Kartoffeln über bergige Landstraßen, etc.
Für diese Betriebszustände ist es wichtig, daß die Antriebsleistung möglichst di
rekt und unverzweigt vom Antriebsmotor auf die Antriebsachse eines Fahrzeugs
übertragen wird, so daß dort jederzeit und auch kurzfristig abrufbar eine maximale
Leistung zur Verfügung steht.
Eine erste erfindungsgemäße Maßnahme zur Verbesserung der Dynamik eines
gattungsgemäßen Koppelgetriebes, dessen Hydromotor gehäuseseitig mit dem
Chassis oder der Antriebswelle drehfest gekoppelt ist, besteht darin, den Plane
tenradträger des Planetengetriebesatzes mit der Antriebswelle und das Sonnen
rad mit der Abtriebswelle drehfest zu koppeln. Bei einer derartigen Anordnung,
wie sie bspw. in Fig. 1 der Zeichnung wiedergegeben ist, bleibt im Stillstand des
Fahrzeugs mit der Abtriebsachse des erfindungsgemäßen Getriebes auch das
Sonnenrad des Planetengetriebesatzes stillgesetzt. Infolge der Drehung des Pla
netenradträgers entsprechend der Drehzahl des Antriebsmotors wälzen sich die
Planetenräder auf dem stillstehenden Sonnenrad ab und versetzen dabei das
Hohlrad in eine verstärkte Drehbewegung, und zwar in derselben Drehrichtung
wie die Antriebsachse des erfindungsgemäßen Getriebes. In dem Hohlrad, wel
ches erfindungsgemäß mit einem Drehteil der Hydropumpe, vorzugsweise mit de
ren Gehäuse verbunden ist, wird demnach ein großer Betrag an kinetischer
Energie gespeichert, der bei Bedarf durch Abbremsen des Hohlrads mit der Hy
dropumpe entnommen und über deren Läufer direkt auf die Abtriebswelle übertra
gen werden kann. Dadurch steht bei Bedarf nicht nur die Antriebsleistung des
Motors, sondern auch die Schwungenergie des Hohlrads und des damit gekoppel
ten Drehteils der Hydropumpe zur Verfügung, so daß eine extrem hohe Impuls
leistung abgegeben werden kann. Bei eingeschaltetem Getriebe und angewählter
Drehzahl von null ist das Lösen der Bremse daher überhaupt nicht als Ruck spür
bar, selbst wenn der Traktor gerade an einem stark geneigten Hang steht.
Während mit der soeben beschriebenen Konstruktion eine besonders hohe Im
pulsleistung an der Abtriebswelle des erfindungsgemäßen Getriebes kurzzeitig zur
Verfügung gestellt werden kann, so ist ein anderes Merkmal der Erfindung, wel
ches sowohl kumulativ als auch alternativ zu der oben erläuterten Anordnung
verwirklicht sein kann, verantwortlich für eine besonders hohe Dauerleistung an
der Abtriebswelle des Getriebes. Dieses Erfindungsmerkmal besteht darin, bei
einem eingangs umschriebenen Koppelgetriebe mit einem Planetengetriebesatz,
dessen Sonnenrad mit der An- oder Abtriebswelle verbunden ist, während der
Planetenradträger mit der jeweils anderen Anschlußwelle des Getriebes drehfest
gekoppelt ist, ein Drehteil des Hydromotors, vorzugsweise das Gehäuse, mit der
Abtriebswelle des Getriebes drehfest zu koppeln. Bei einer derartigen Konstrukti
on ist kein einziges Drehteil der Hydropumpe oder des Hydromotors an dem
Chassis oder Gehäuse des Getriebes festgelegt sondern sowohl die Zylinder
trommeln wie auch die Taumelscheiben, Steuerkolben und Gehäuse sämtlicher
hydraulischer Elemente sind entweder mit der An- oder der Abtriebswelle drehfest
gekoppelt. Daher treten im synchronen Zustand des Getriebes, wo die Abtriebs
welle mit exakt derselben Drehzahl umläuft wie die Antriebswelle, keinerlei Rela
tivdrehzahlen innerhalb der hydraulischen Elemente auf, so daß nicht nur der Öl
strom vollständig zum Erliegen kommt, sondern auch jegliche innere Reibung in
nerhalb dieser Elemente vermieden wird. Da andererseits auch der Planetenge
triebesatz in diesem Betriebszustand eine völlig starre Verbindung darstellt, fällt in
diesem Betriebszustand allenfalls noch die Rollreibung in den Lagerungen für die
An- und die Abtriebswelle als Getriebeverlust an, was jedoch völlig vernachlässigt
werden kann. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Getriebes kann dem
nach im synchronen Betrieb näherungsweise mit 100% angesetzt werden.
Wie eingangs bereits ausgeführt, erfolgt die Verstellung des Drehzahlüberset
zungsverhältnisses des erfindungsgemäßen Getriebes durch Einflußnahme auf
die hydraulischen Elemente desselben. Zu diesem Zweck kann die Fördermenge
der Hydropumpe verstellbar sein, und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors
ist regulierbar. Zwar genügt es theoretisch, wenn nur eines der beiden Hydraulik
elemente variabel ist; im Hinblick auf die Realisierung einer Leerlauffunktion emp
fiehlt es sich jedoch, beide Schräg- oder Taumelscheiben verstellbar auszuführen.
Für die Verstelleinrichtung der Hydropumpe und/oder des Hydromotors kommt
eine Steuerhydraulik und/oder -pneumatik in Betracht. Im Hinblick auf eine mög
lichst exakte Regelung des Getriebes, insbesondere beim Langsamfahren oder
gar im Stillstand, ist jedoch eine Steuerhydraulik vorzuziehen. Hierbei kann der
notwendige Hydraulikdruck einem Gasdruck- oder Federspeicher entnommen
werden, der von der Hydropumpe gespeist wird, so daß neben einem Speicher
sowie gegebenenfalls einem Vorratsbehälter kaum zusätzliche Elemente notwen
dig sind.
Beim Einsatz in einem Fahrzeug übernimmt das erfindungsgemäße Getriebe vor
allem die näherungsweise Konstanthaltung des Antriebsdrehmoments vom Still
stand bis zu einer unteren Grenzdrehzahl, bei der das Getriebe seine 1 : 1-
Übersetzung erreicht. Oberhalb dieser Drehzahl wird eine weitere Beschleunigung
des Fahrzeugs vor allem durch eine Erhöhung der Drehzahl des Antriebsmotors
vorgenommen. In dem "Langsamfahrbereich" muß die Getriebeübersetzung dabei
jeweils immer so nachgestellt werden, daß die Motordrehzahl nicht unter die
Leerlaufdrehzahl absinkt, damit der Motor nicht abgewürgt wird. Diese Regelcha
rakteristik kann bereits auf mechanischem Weg dadurch vorgegeben werden, daß
die Verstelleinrichtungen für die hydraulischen Elemente des Getriebes an me
chanische Elemente zur Erfassung der Drehzahl, insbesondere Fliehkraftregler,
gekoppelt sind.
Da jedoch andererseits, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, eine Rei
he von Betriebszuständen unterschieden werden können, denen das erfindungs
gemäße Getriebe durch eine adaptive Einstellung seiner Hydroelemente gerecht
zu werden in der Lage ist, sieht die Erfindung weiterhin vor, daß die Verstellein
richtungen der Hydropumpe und/oder des Hydromotors von einem Computer ge
steuert werden. Hiermit können bspw. bestimmte Fahrcharakteristika, wie insbe
sondere: Möglichst günstiger Wirkungsgrad; konstantes Drehmoment; konstante
Geschwindigkeit; etc. angewählt werden, so daß dem Getriebe für jeden Anwen
dungsfall optimale Eigenschaften verliehen werden. Um dabei jedoch den Be
triebszustand des Antriebsmotors nicht unberücksichtigt zu lassen, empfiehlt es
sich bei Verwendung eines Steuercomputers, diesen mit einem Sensor zur Erfas
sung der Drehzahl des Antriebsmotors zu koppeln.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, daß mehrere Hydropumpen
und/oder Hydromotoren mechanisch und/oder hydraulisch parallel und/oder in
Reihe geschalten sind. Indem eine größere Anzahl von Hydroelementen verwen
det wird, läßt sich das erfindungsgemäße Getriebe nach dem Baukastenprinzip an
Antriebsmotoren unterschiedlicher Leistung anpassen; außerdem hat die mecha
nisch-axiale Reihenschaltung mehrerer Hydroelemente den Vorteil eines niedrige
ren Trägheitsmoments im Verhältnis zu einem einzigen Hydroelement mit ent
sprechend großem Durchmesser, so daß die Dynamik eines Getriebes verbessert
werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Getriebe ist es möglich, die Abtriebswelle übersyn
chron gegenüber der Antriebswelle zu betreiben, was bei Fahrzeugen einem
Spar- oder Economy-Gang entspricht, andererseits ist auch ein Brems- oder
Schiebebetrieb möglich, da die an der Abtriebswelle anfallende Leistung über den
Hydromotor auf die Antriebswelle übertragen wird, so daß dort die drehzahlstabi
lisierende Wirkung der sog. Motorbremse ausgenutzt werden kann. Weiterhin ist
nicht nur ein Abbremsen bis zur Drehzahl null möglich, sondern sogar die Erzeu
gung eines aktiven Gegenmoments, das ein Rückwärtsfahren erlaubt. Insbeson
dere bei Verwendung eines Steuercomputers, der gegebenenfalls zusätzlich auch
auf die Motordrehzahl Einfluß nehmen kann, ist es daher möglich, für sämtliche
Einsatzfälle, insbesondere im landwirtschaftlichen Bereich, optimale Fahreigen
schaften zu erzeugen, und dies sowohl mit einer überragenden Dynamik wie auch
bei einem bisher unerreichten Wirkungsgrad.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung
sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Getriebes mit hoher
Dynamik, teilweise im Längsschnitt; sowie
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine weitere Getriebeausführungsform mit
einem optimalen Gesamtwirkungsgrad.
In Fig. 1 ist ein Antrieb für ein Fahrzeug schematisch wiedergegeben, der nach
dem erfindungsgemäßen Prinzip arbeitet und daher eine verbesserte Dynamik
aufweist. Die Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors 1 ist mit der Antriebswelle
2 eines erfindungsgemäßen Getriebes 3 gekoppelt, dessen Abtriebswelle 4 über
ein zwischengeschaltetes Differential mit den nicht wiedergegebenen Antriebsrä
dern eines Fahrzeugs verbunden ist.
Die Antriebswelle 2 wie auch die Abtriebswelle 4 sind von gegenüberliegenden
Seiten miteinander fluchtend in das Getriebe 3 hinein und dort bis zu einem Pla
netengetriebesatz 5 geführt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen ist
nun die Antriebswelle 2 mit dem Träger 6 für die Planetenräder 7 verbunden, wäh
rend die Abtriebswelle 4 an dem Sonnenrad 8 unverdrehbar festgelegt ist. Ein
drittes Drehelement des Planetengetriebes 5 bildet das Hohlrad 9, dessen Dreh
zahl bei vorgegebener Drehzahl des Motors 1 die Drehzahl der Abtriebswelle 4
und damit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt.
Um die Relativdrehzahl zwischen Hohlrad 9 und Abtriebswelle 4 steuern zu kön
nen, ist auf der Abtriebsseite 4 des Planetengetriebesatzes 5 eine Hydropumpe
10 angeordnet, deren Gehäuse mit dem Hohlrad 9 fluchtet und mit demselben
einstückig ausgebildet ist. Die Hydropumpe 10 ist als Axialkolbenpumpe ausge
führt, deren Schrägscheibe 11 auf der Abtriebswelle 4 um eine zu dieser recht
winkelig auskragenden Achse 12 verdrehbar, ansonsten jedoch unverrückbar
festgelegt ist. Zur Veränderung des Neigungswinkels der Schrägscheibe 11 ge
genüber der Abtriebswelle 4 dienen achsparallel zur Abtriebswelle 4 angeordnete
Steuerzylinder, deren Halterung an der Abtriebswelle 4 festgeschweißt ist.
Solange das Hohlrad 9 und damit das Gehäuse der Hydropumpe 10 mit einer an
deren Geschwindigkeit umläuft als die Abtriebswelle 4 und die von den Steuerzy
lindern 13 schräggestellte Scheibe 11, werden die Pumpenkolben 14, deren
Trommel am Pumpengehäuse unverrückbar festgelegt ist, von der Schrägscheibe
11 periodisch aus ihrem Zylinder herausgezogen und anschließend wieder hin
eingedrückt. Über in der Figur nicht wiedergegebene Steuerschlitze, welche mit der
Geschwindigkeit der Taumelscheibe 11 rotieren, wird die bei Herausziehen der
Kolben aus deren Zylinder angesaugte Flüssigkeit der Druckleitung 15 entnom
men, während die beim Einschieben der Kolben 14 komprimierte Hydraulikflüssig
keit vermittels eines anderen Steuerschlitzes der Druckleitung 16 zugewiesen
wird.
Zwischen die freien Enden der Hydraulikleitungen 15, 16 ist ein Hydromotor 17
unter Ausbildung eines geschlossenen Ölkreislaufs 15, 10, 16, 17 eingeschalten.
Dieser gehorcht demselben Konstruktionsprinzip wie die Hydropumpe 10, wobei
jedoch die Wirkungsweise umgekehrt ist, so daß im normalen Betriebszustand die
hydraulisch zugeführte Leistung an der Antriebswelle 2 mechanisch abgegeben
wird. Dies wird dadurch bewirkt, daß vermittels des Hydraulikstroms 15, 16 in ei
ner gehäusefesten Zylindertrommel des Hydromotors 17 angeordnete Axialkolben
19 periodisch auf eine Schrägscheibe 18 einwirken, welche mit der Antriebswelle
2 drehfest gekoppelt ist, so daß die axiale Bewegung der Arbeitskolben 19 in eine
Rotationsbewegung der Antriebswelle 2 umgesetzt wird.
Dabei wird die an der Abtriebsseite 4 des Getriebes 3 überschüssige Energie von
der Hydropumpe 10 abgegriffen und vermittels des Hydromotors 17 an der Ein
gangswelle 2 des Getriebes 3 zugeführt. Einerseits geht dadurch keinerlei Energie
verloren, andererseits kann bei einem Durchziehen der Abtriebswelle 4 die brem
sende Wirkung des Verbrennungsmotors 1 ausgenutzt werden, so daß keine In
stabilität des Getriebes zu befürchten ist.
Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 3 wird durch Veränderung des Nei
gungswinkels der Schrägscheiben 11, 18 vorgegeben. Je nach dem eingestellten
Verhältnis von Fördermenge der Hydropumpe 10 zu Schluckvolumen des Hydro
motors 17 ergibt sich ein bestimmtes Drehzahlverhältnis von Hydropumpe 10 zu
Hydromotor 17, welches zusammen mit dem Übersetzungsverhältnis des Plane
tengetriebes 5 das Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes 3 bestimmt.
Für die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Getriebes sind zwei Be
triebszustände charakteristisch:
Bei der synchronen Drehzahl rotieren Antriebswelle 2 und Abtriebswelle 4 mit der
selben Winkelgeschwindigkeit, so daß Sonnenrad 8 und Planetenradträger 6
ebenfalls synchron umlaufen. Aus diesem Grund können sich die Planetenräder 7
nicht um ihre Achsen 20 drehen, und das Hohlrad 9 läuft ebenfalls mit derselben
Geschwindigkeit um. Daher stellt sich zwischen Zylindertrommel 21 und Schräg
scheibe 11 der Hydropumpe 10 keine Relativdrehzahl ein, so daß kein Hydrauliköl
gefördert werden kann. Dies hat zur Folge, daß der Ölstrom innerhalb des Hy
draulikkreislaufs 15, 10, 16, 17 zum Erliegen kommt, und demzufolge nur äußerst
geringe Verluste innerhalb des Getriebes 3 auftreten.
Andererseits muß beim Anfahren in der üblichen Fahrtrichtung die Abtriebswelle 4
ebenfalls in derselben Drehrichtung beschleunigt werden wie die Antriebswelle 2,
und zwar bis zu dem oben beschriebenen Fall der synchronen Drehzahl. Hierbei
kommt ein zweiter Vorzug des erfindungsgemäßen Getriebes 3 zum Tragen,
nämlich die hohe Dynamik aufgrund der Tatsache, daß infolge der getriebemäßi
gen Verkopplung von Sonnenrad 8 und Planetenradträger 6 das Hohlrad 9 und
die Zylindertrommel 21 der Hydropumpe 10 im Stillstand des Fahrzeugs bereits in
der richtigen Drehrichtung umlaufen, und zwar sogar mit einer Winkelgeschwin
digkeit, welche größer ist als die synchrone Drehzahl des Getriebes 3. Der
Schwung der trägen Massen 9, 21 kann daher zum Beschleunigen der Abtriebs
welle 4 verwendet werden, indem durch Abbremsen des Hohlrades 9 vermittels
der Hydropumpe 10 dessen Schwungenergie direkt auf die Schrägscheibe 11 und
damit auf die Abtriebswelle 4 übertragen wird. Dies hat den besonderen Vorteil,
daß beim Anfahren in Vorwärts-Fahrtrichtung zusätzliche, in den Schwungmassen
9, 21 gespeicherte Rotationsenergien freigesetzt und auf direktem Weg auf die
Abtriebswelle 4 eingespeist werden, so daß während der Beschleunigungsphase
der Abtriebswelle 4 sogar eine größere Leistung zur Verfügung steht als der Ver
brennungsmotor 1 überhaupt erzeugen kann. Der Wirkungsgrad des Getriebes 3
ist daher während der Beschleunigungsphase sogar größer als 100%.
Obzwar die in Fig. 1 wiedergegebene Getriebeform demzufolge bereits nahezu
ideale Eigenschaften aufweist, so ist - bedingt durch die gehäuseseitige Kopplung
des Hydromotors 17 - zwar eine geringe, aber nicht vollständig verschwindende
Reibung im Synchronbetrieb festzustellen, welche daraus herrührt, daß die lot
recht zur Antriebswelle 2 eingestellte Schrägscheibe 18 gegenüber den stillste
henden Axialkolben 19 mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors umläuft. Auch
diese relativ geringe Restreibung läßt sich jedoch mit der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 vermeiden.
Das dort dargestellte Getriebe 30 ist von einem etwa zylindrischen Gehäuse 31
umschlossen, das an einer Stirnseite 32 von der Antriebswelle 33 und an der ge
genüberliegenden Stirnseite 34 von der mit der Antriebswelle 33 fluchtenden Ab
triebswelle 35 durchsetzt ist. Im Durchtrittspunkt der Anschlußwellen 33, 35 durch
das Getriebegehäuse 31 sind jeweils zwei axial gegeneinander versetzte Kugella
ger 36, 37 zur Abstützung der betreffenden Welle 33, 35 angeordnet. Infolge die
ser Doppel-Lagerungen 36, 37 bedürfen die in das Getriebegehäuse 31 hineinge
führten Wellenstummel 33, 35 keiner weiteren Lagerung und sind sogar ihrerseits
in der Lage, ein weiteres Drehteil in Form eines Innengehäuses 38 mit stirnseiti
gen Kugellagern 39 abzustützen. Dieses Innengehäuse 38 trägt eine Innenver
zahnung 40, welche das Hohlrad eines Planetengetriebesatzes 41 darstellt, des
sen Sonnenrad 42 an der Abtriebswelle 35 unverrückbar festgelegt bspw. axial
angeschraubt 43 ist, während die Planetenräder 44 an einem Planetenradträger
45 drehbar gelagert sind, der an der Antriebswelle 33 unverrückbar festgelegt
bspw. festgeschweißt 46, ist. Der Anschluß des Planetengetriebes 41 entspricht
daher prinzipiell der Ausführungsform gemäß Fig. 1.
Wie dort, so ist auch in der Fig. 2 das mit dem Hohlrad 40 einstückig ausgebildete
Innengehäuse 38 mit der Zylindertrommel 47 einer Hydropumpe 48 integral aus
gebildet, deren Schrägscheibe 49 auf der Abtriebswelle 35 um eine zu dieser lot
rechten Achse neigbar, ansonsten jedoch unverrückbar und insbesondere ver
drehfest angeordnet ist. Die Neigung der Schrägscheibe 49 wird durch Steuerkol
ben 50 eingestellt, welche über interne Hydraulikleitungen 51, 52 mit je einem
Element 53, 54 zum Anschluß von externen Hydraulik-Steuerleitungen verbunden
sind.
In ähnlicher Form ist auf der Antriebswelle 33 eine Schrägscheibe 55 angeordnet,
welche um eine radiale Achse neigbar, ansonsten jedoch unverrückbar und ins
besondere auch unverdrehbar festgelegt ist. Der Neigungswinkel der Schräg
scheibe 55 kann über Steuerzylinder 56 eingestellt werden, deren hydraulische
Anschlußleitungen 57, 58 zu je einem Anschlußelement 59, 60 des Getriebege
häuses 31 herausgeführt sind, wo eine Verbindung mit einer externen Steuerhy
draulik vorgenommen werden kann. Die Schrägscheibe 55 ist Bestandteil eines
Hydromotors 61, dessen Arbeitszylinder 62 in einer Zylindertrommel 63 aufge
nommen sind, welche mit der Abtriebswelle 35 drehfest verbunden oder einstüc
kig ausgebildet ist.
Wie in Fig. 1, so sind auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Hydraulik
elemente, nämlich die Hydropumpe 48 und der Hydromotor 61, über einen Öl
kreislauf miteinander verbunden. Zu diesem Zweck sind die Hydraulikanschlüsse
64 der Arbeitszylinder 65 der Hydropumpe 48 zu einer Stirnseite der Zylinder
trommel 47 geführt, und in ähnlicher Form sind die Hydraulikanschlüsse 66 der
Arbeitszylinder 62 des Hydromotors 61 zu einer innenliegenden Begrenzungsflä
che der Zylindertrommel 63 des Hydromotors 61 herausgeführt. Im Bereich der
Mündungen der Hydraulik-Anschlußleitungen 64, 66 befindet sich jeweils ein als
Steuerscheibe ausgebildeter Teil der Abtriebswelle 35 einerseits sowie der An
triebswelle 33 andererseits. Diese Steuerscheiben enthalten je zwei etwa halb
kreisförmige Steuerschlitze 67, 68, von denen jeweils zwei Schlitze 67, 68 durch
eine Hydraulikleitung 69, 70 miteinander verbunden sind. Diese Hydraulikleitun
gen 69, 70 entsprechen den Hydraulikleitungen 15,16 gemäß Fig. 1.
Die Funktion des Getriebes gemäß Fig. 2 entspricht weitgehend dem nach Fig. 1,
wobei jedoch die Zylindertrommel 63 des Hydromotors 61 nicht mit dem Getriebe
gehäuse 31, sondern mit der Abtriebswelle 35 verbunden ist. Dies hat den erheb
lichen Vorteil, daß in dem synchronen Zustand des Getriebes 30, bei welchem die
Abtriebswelle 35 dieselbe Drehzahl aufweist wie die Antriebswelle 33, innerhalb
des Gehäuses 31 alle Teile des Planetengetriebes 41, der Hydropumpe 48 und
des Hydromotors 61 mit derselben Drehzahl umlaufen. Daher treten neben der
Reibung in den Kugellagern 36, 37 keinerlei Verluste innerhalb des Getriebes 30
auf und dessen Wirkungsgrad ist nahezu optimal.
Claims (10)
1. Hydrostatisches Koppelgetriebe (3) mit einer Hydropumpe (10), einem
Hydromotor (17) und einem Planetengetriebesatz (5), wobei die
Druckleitung (16) der Hydropumpe (10) über den Hydromotor (17) unter
Ausbildung eines Kreislaufs zur Saugleitung (15) der Hydropumpe (10)
zurückgeführt ist, und wobei ein Drehteil der Hydropumpe (10),
vorzugsweise das Gehäuse (21), drehfest mit dem Hohlrad (9) des
Planetengetriebesatzes (5) gekoppelt ist, während ein Drehteil des Hy
dromotors (17), vorzugsweise der Läufer (18), drehfest mit der
Antriebswelle (2) gekoppelt ist, und wobei die jeweils anderen Drehteile
(11; 19) der beiden Hydroelemente (10; 17) jeweils entweder mit dem
Getriebechassis (3) oder mit der Abtriebswelle (4) drehfest gekoppelt
sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (6) des
Planetengetriebesatzes (5) mit der Antriebswelle (2) und das Sonnenrad
(8) mit der Abtriebswelle (4) drehfest gekoppelt ist.
2. Hydrostatisches Koppelgetriebe (30) mit einer Hydropumpe (48), einem
Hydromotor (61) und einem Planetengetriebesatz (41), wobei die
Druckleitung (69) der Hydropumpe (48) über den Hydromotor (61) unter
Ausbildung eines Kreislaufs zur Saugleitung (70) der Hydropumpe (48)
zurückgeführt ist, und wobei entweder das Sonnenrad oder der
Planetenradträger (45) des Planetengetriebesatzes (41) mit der
Antriebswelle (33) und das jeweils andere Drehteil (42) des
Planetengetriebesatzes (41) mit der Abtriebswelle (35) drehfest ge
koppelt ist, während das Hohlrad (40) mit einem Drehteil der
Hydropumpe (48), vorzugsweise dem Gehäuse (38), drehfest gekoppelt
ist, deren anderes Drehteil (49) drehfest mit dem Chassis oder der
Abtriebswelle (35) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Drehteil des Hydromotors (61), vorzugsweise der Läufer (55), mit der
Antriebswelle (33), und das andere Drehteil (63) mit der Abtriebswelle
(35) drehfest gekoppelt ist.
3. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fördermenge der Hydropumpe (10; 48)
verstellbar ist.
4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schluckvolumen des Hydromotors (17; 61)
verstellbar ist.
5. Getriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstelleinrichtung (11, 18; 49, 55) der Hydropumpe (10; 48) und/oder
des Hydromotors (17; 61) hydraulisch und/oder pneumatisch betätigt (13;
50, 56) ist.
6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hydraulikdruck zur Betätigung der Verstelleinrichtung(en) einem
Gasdruck- oder Federspeicher entnommen wird, der von der
Hydropumpe (10; 48) gespeist wird.
7. Getriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstelleinrichtungen (11, 18; 49, 55) der Hydropumpe (10; 48)
und/oder des Hydromotors (17; 61) bzw. deren Betätigungselemente (13;
50, 56) an mechanische Elemente zur Erfassung der Drehzahl,
insbesondere Fliehkraftregler, gekoppelt sind.
8. Getriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstelleinrichtungen (11, 18; 49, 55) der Hydropumpe (10; 48)
und/oder des Hydromotors (17; 61) bzw. deren Betätigungselemente (13;
50, 56) an einen Steuercomputer gekoppelt sind.
9. Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuercomputer mit einem Sensor zur Erfassung der Drehzahl des
Antriebsmotors (1) gekoppelt ist.
10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Hydropumpen (10; 48) und/oder
Hydromotoren (17; 61) mechanisch und/oder hydraulisch parallel
und/oder in Reihe geschalten sind.
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