DE2633090C2

DE2633090C2 - Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2633090C2
Application number: DE2633090A
Authority: DE
Inventors: Harold W. Downers Grove Ill. Melles
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Ji Case Co Racine Wis Us
Priority date: 1975-08-04
Filing date: 1976-07-22
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE2633090A1; FR2320478A1; CA1037738A; AU1248376A; FR2320478B1; US4138907A; JPS5219862A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisch-mc chanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solches Getriebe ist aus der US-PS 32 93 943 bekannt- Hierbei arbeitet eine mit dem Hohlrad oder Zahnkranz des Planetenrädergeiriebes verbundene hydrostatische Einheit in einem Bereich niedriger Fahrgeschwindigkeit als Pumpe, während die andere stufenlos über die Nullstellung hinweg verstellbare Einheit als Motor arbeitet, so daß eine Rüc kübei tragung zur Eingangswelle stattfindet Dieser Zustand bleibt auch bei Vorwärtslauf der Abtriebswelle so lange erhalten, bis der mit der einen Einheit verbundene Zahnkranz des Planetenrädergetriebes bei Einstellung der anderen Einheit auf Nullförderung zur Ruhe kommt und danach seine Drehrichtung wechselt. Erst danach geht das bekannte Getriebe zur Leistungsverzweigung über, wobei die mit dem Zahnkranz verbundene hydrostatische Einheit zum Motor wird.

Bei diesem bekannten Getriebe arbeitet die bei Leistungsverzweigungsbetrieb als Motor wirkende hyuiüstaiische Einheit mit einer ersten Überholkupplung zusammen, die zwischen deren Ausgangswelle und dem Zahnkranz des Planetenrädergetriebes liegt. Eine zweite Überholkupplung ist parallel zur ersten Kupplung geschaltet und kuppelt bei entgegengesetztem Drehsinn. Beide Überholkupplunger arbeiten mit verschieden übersei/ten Zahnradstufen zusammen, die zwischen der betreffenden hydrostatischen Einheit und dem erwähnten Zahnkranz liegen und alternativ wirksam sind, je nachdem, ob das Getriebe mit Leistungsverzweigung oder mit Reaktionsabstützung über die hydrostatischen Einheiten arbeitet. In beiden Betriebszuständen bleibt das hydrostatische Verstellgetriebe voll wirksam. Für die Fahrtrichtung ist dem hydrostatisch mechanischen Getriebe ein mechanisches, umschaltbares Wendegetriebe nachgeordnet.

Getriebe dieser Art wirken sich bei Schwerla<tfahrzeugen dann schädlich aus. wenn Überdreh/.ahlen auftreten, wenn also beispielweise heim Starten oder beim plötzlichen Einrücken der Kupplung ein verhältnismäßig großes Eingangsdrehmoment erzeugt wird. Dieses Überdrehen ist durch das geringe Übersetzungsverhältnis des Planetenrädergetriebes bedingt und hat eine überaus starke Drehmomentbelastung des hydrostatischen Verstellgetriebes zur Folge

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem hydrostatisch-mechanischen Getriebe der eingangs genannten Bauart Überdrehzahlbedingungen vom Verstellgetriebe selbsttätig fernzuhalten und dennoch wie bei dem bekannten Getriebe für eine Drchnn >mrritübertragung mit variablem Übersetzungsverhältnis f\\ sorgen.

Diese Aufgabe wird erfn/Jungsgemaß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches I angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch diese Auslegung der Überholkupplung ergibt sich eine Begrenzung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den hydrostatischen Einheiten in dem Betriebszustand, in dem diese als Reaktionsstutze wirksam sind, da ab dem Greifen der Überholkupplung die Abstützung primär auf die die Überholkupplung enthaltende, parallel zum hydrostatischen Verstellgetriebe liegende mechanische Übertragung übergeht. Unterhalb dieser Grenze und während der Drehmomentübertragung der beiden Kraftflüsse von der Antriebsmaschine zum Planetenrädergetriebe im Betriebszustand mit Leistungsverzweigung läuft die in

einer Richtung wirken» Überholkupplung frei um.

Ein Ausführungsbeispiel des hydrostatisch-mechanischen Getriebes nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden erläutert; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematisch wiedergegebene Gesamtdarstellung des Getriebes für ein Kraftfahrzeug;

Fig.2 eine teilweise geschnittene Ansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1.

Mit einer in F i g. 1 nur schematisch wiedergegebenen Kxaftübertragungseinrichtung wird die Antriebskraft von einer Brennkraftmaschine 10 auf die Antriebsräder 12 eines Schwerlastkraftfahrzeuges, beispielsweise eines Ackerschleppers, übertragen. Dabei führt eine mit der Brennkraftmaschine 10 gekoppelte Eingangswelle 14 direkt zu einem Zapfwellenanschluß 16.

Die Kraftübertragungseinrichtung umfaßt ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe 18, ein daran angeschlossenes dreigängiges Stufenschalt- und Umkehrgetriebe 20 für mehrere Vorwärts- und Rückwärts-Geschwindigkeiten und ein damit verbundenes Ausgleichgetriebe 22, über das die Antriebskraft zu den Antriebsrädern 12 gelangt. Mittels des Getriebes 18 läßt sich edes beliebige Übersetzungsverhältnis zwischen den Übersettungsiahlen der einzelnen Geschwindigkeitsbereiche stufenlos einstellen.

Die Kraftübertragung von der Brennkraftmaschine auf die Antriebsräder über das hydrostatisch-mechanische Getriebe 18 erfolgt beim Einrücken einer Eingangskupplung 24. durch welche die Eingangswelle 14 mit einer sie umgebenden hohlen Ausgangswelle 26 in Antriebsverbindung gebracht werden kann. An dem der Eingangskupplung 24 entgegengesetzten Ende ist an der hohlen Ausgangswelle 26 ein Antriebszahnrad 28 befestigt, welches in ständigem Eingriff steht mit einem auf einer parallel und auf Abstand /ur Eingangswelle 14 gelagerten Zwischenwelle 32 endseitig befestigten Zahnrad 30 und mit einem weiteren Zahnrad 34, über welches mit einem festgelegten Übersetzungsverhältnis ein Zahnkranz 44 eines Planetenrädergetriebes 36 in eine formschlüssige Antriebsverbindung mit der Ausgangswelle 26 gelangt.

Das Planetenrädergetriebe 36 umfaßt einen Planetenradträger 38. der mit einer Abtriebswelle 40 verbunden ist. welche gleichzeitig die Eingangswelle des Stufenschalt- und Umkehrgetriebes 20 ist. Diese Abtriebswelle 40 ist auf Abstand parallel zur Achse der Eingangswelle drehbar gelagert. Die am Planetenradträger 38 drehbar gelagerten Planetenräder 42 walzen sich an einem mit dem Zahnrad 34 verbundenen Zahnkranz 44 und an einem mit einer weiteren Vorgelegewelle 48 endseitig verbundenen Sonnenrad 46 ab. Insofern bildet der Zahnkran/ 44 des Planetenrädergetriebes das Endglied der aus dem Antriebszahnrad 28 und dem Zahnrad 34 bestehenden Getriebekette für die von der Brennkraftmaschine 10 ausgebende einseitige Drehmomentübertragung. Die Vorgelegewelle 48 fluchtet hierbei mit der Achse der Abtriebswelle 40. Das auf dieser Vorgelegewelle 48 sitzende Sonnenrad 46 ist mit einem hydrostatischen Verstellgetriebe verbunden, über welches das Drehmoment in beiden Richtungen übertragen werden kann. Dieses hydrostatische Verstellgetriebe besteht aus zwei hydrostatischen Einheiten 50 und 52.

Die hydrostatischen Einheiten 50 und 52 können als hierfür üblicherweise verwendete Verdrängerkolbenelemente ausgebildet sein, wobei die mit dem Sonnenrad 46 mechanisch "erbundene Einheit 50 mit fesler Verdrängung und <J'·: mit der zu den mit festgelegtem Übenietzungsverhältnis umlaufenden Zahnrädern 28,34 und 30 gehörenden Zwischenwelle 32 verbundene Einheit 52 mit variabler Verdrängung betrieben wird. Beide hydrostatische Einheiten sind durch Leitungen 54 miteinander hydraulisch verbunden, um so ein hydrostatisches Verstellgetriebe zu schaffen, dessen Drehzahl-Übersetzungsverhältnis stufenlos veränderbar ist, indem in bekannter Weise die mit variabler Verdrängung arbeitende Einheit 52 über die zugehörige Verstellvorrichtung gesteuert wird.

In dem als Summiergeiriebe wirksamen Planetenrädergetnebe 36 ist der Zahnkranz 44 ständig Leistungseingang. Das Sonnenrad 46 des Planetenrädergetriebes ist bei konstanter Drehrichtung der Abtriebswelle 40 in zwei möglichen Drehrichtungen betreibbar.

In der ersten gleichsinnig mit dem Zahnkranz 44 und der Abtriebswelle 40 verlaufenden Drehrichtung gibt das Sonnenrad 46 Antriebsleistung über den das hydrostatische Verstellgetriebe 50, 52 enthaltenden Leistungszweig an die Abtriebswelle 40 ab, wodurch das Gesamtgetriebe in Leistungsverzweigung arbeitet. In der zweiten gegensinnig zum Zahnkranz 44 und zur Abtriebswelle 40 verlaufenden Drehrichtung dient das Sonnenrad 46 als Reaktionselcment des Planetenrädergetriebes 36 und stützt sich über das hydrostatische Verstellgetriebe 50,52 ab.

Das hydrostatisch-mechanische Getriebe 18 weist weiterhin eine Überholkupplung 58 auf. die automatisch das Überdrehen kontrolliert und die einerseits mit der Zwischenwelle 32 und andererseits über ein auf dieser Zwischenwelle gelagertes Zahnrad 60 und ein damit in Eingriff stehendes, auf der Vorgelegewelle 48 drehfest sitzendes Zahnrad 62 mit dem von der Vorgelegewelle 48 getragenen Sonnenrad 46 des Planetenrädergetriebes 36 in Antriebsverbindu"g steht. Insoweit stützt sich das Sonnenrad 46 in seiner Drehrichtung als Reaktionselement, also bei gegensinnigem Umlauf /um Zahnkranz 44 und /ur Abtriebswelle 40. auch über die Zahnräder 62,60 und die Überholkupplung 58 bei deren Fassen an der Zwischenwelle 32 an der Eingangswelle 14 ab. Im Reaktionsbetrieb hat das Zahnrad 60 und d-riiit das äußere Element der Überholkupplung 58 dieselbe Drehrichtung wie die /.wischenwelle 32. so daß

die Überholkupplung faßt, sobald das Zahnrad 60 die Zwischenwelle 32 /u überholen sucht In diesem Zustand ist die Reaktion theoretisch verzweigt auf das hydrostatische Verstellgetriebe und die parallel da/.u zwischen den Wellen 48 und 32 liegende Zahnradver-

^D° bindung 62, 60 mit der Überholkupplung. Wegen der unvermeidbaren Leckverluste und der flüssigkeitselastizität ist aber die Reaktion praktisch allein von den Zahnrädern und der Überholkupplung getragen.

In der ersten gleichsinnig mit dem Zahnkran/ 44 und

der '.b:riebswelle 40 verlaufenden Drehrichtung des Sonnenrades läuft die Überholkupplung 58 frei um. so daß keine Antrieb ,verbindung zwischen deii auf der Welle 32 sitzenden Zahnrad 60 und dem auf der Vorgelegewelle 48 sit/cnden Zahnrad 62 besteht.

Voneinander abweichende Umlaufgeschwindigkeiten der Wellen 12 und 48 werden lediglich durch die hydrostatischen binheüen hervorgerufen, Wenn jedoch beispielsweise durch plölzliches Einrücken der Eingangskupplung 24 während des Anfahrens des Fahrzeu-

*" ges ein hohes Eingangsdrehmoment erzeugt wird, wird den hyri-ostatischen Einheiten ein verhältnismäßig hohes Geschwindigkeitsvernältnis auferlegt, wobei die hydrostatische Einheil 50 unter Bedingungen der

Rückgewinnung der Antriebskraft darüber hinaus einer besonders hohen Drehmomcnibeiastung ausgesetzt ist. Das während dieser Rückgewinnung der Antriebskraft ansteigende Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Wellen 32 und 48 wird nun durch die Überholkupplung · 58 begrenzt, indem bei Erreichen der gewünschten Höhe des Geschwindigkeitsverhältnisses über die Zahnräder 60 und 62 eine Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Sonnenrad 46 herbeigeführt wird. Das Geschwindigkeitsverhältnis des '" hydrostatischen Verstellgetriebes wird dadurch ebenfalls begrenzt, um schädliche Überdrehzahlen der hydrostatischen Einheiten zu verhindern.

Um den Freilauf des Fahrzeugs bei ausgerückter Eingangskupplung 24 zu verhindern, ist zwischen ι· Eingangswelle 14 und Antriebszahnrad 28 im Innern des Antriebszahnrades 28 eine in einer Richtung wirksame Freilaufkupplung 56 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der selbsttätig einrückenden Überholkupplung 58 ergibt sich wie folgt: ■'"

Es sei angenommen, daß das Fahrzeug stillsteht und die Eingangskupplung 24 plötzlich eingerückt wird. Dies hat zur Folge, daß die hydrostatische Einheit 52 über die Zahnräder 28 und 30 angetrieben wird. Gleichzeitig wird der Zahnkranz 44 des Planetenrädergetriebes 36 in -¹ Vorwärtsrichtung angetrieben. Da das Fahrzeug stillsteht, wird auch der Plantenradträger 38 nicht in Drehung versetzt. Um ihn in Drehung zu versetzen, muß am Sonnenrad 46 ein verhältnismäßig hohes gegenläufiges Drehmoment angreifen. Da die mit dem Sonnenrad >" 46 verbundene hydrostatische Einheit 50 nicht genügend Drehmoment aufbringen kann, um dem umlaufenden Sonnenrad 46 sofort entgegenzuwirken, steigt deren Unidrehungsgeschwindigkeit sehr schnell in Richtung eines Übergeschwindigkcitszustandes an. Sobald die Geschwindigkeit die vom Übersetzungsverhältnis der miteinander kämmenden Zahnrader 60 und 62 bestimmte gewünschte Grenzgeschwindigkeit erreicht hai, wird die Überholkupplung 58 wirksam und schafft eine Antriebsverbindung zwischen dem Sonnenrad 46 und dem Zahnkranz 44 mit einem von der relativen Anzahl der Zähne der Zahnräder 60, 62, 30, 28 und 34 bestimmten Übersetzungsverhältnis. Wenn die Last an der Abtriebswelle 40 überwunden ist. und das Sonnenrad 46 nicht mehr dazu neigt, mit Überdrehzahl umzulaufen, kann das Übersetzungsverhältnis des Getriebes durch die hydrostatischen Einheiten gesteuert werden, wobei dann die Überholkupplung 58 frei umläuft. Die Überholkuppliing 58 spricht natürlich auch bei anderen Übergeschwindigkeitsbedingungen an, die durch ein plötzlich auftretendes Eingangsdrehmomcni hervorgerufen werden, welches das Drehmoment der Abtriebswclle 40 übersteigt. Dabei ist die Eingangskupplung 24 deshalb angeordnet, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Eingangswclle auf ein Minimum zu halten, da das Getriebe keinen Überselzungsbcreieh enthält, der bei einer Fahrtgeschwindigkeit von Null beginn». Das langsamste Übersetzungsverhältnis des in seiner Oesamtübersetzung verstellbaren hulrostatischmechanischen Getriebes 18 hat nämlich einen Wert größer als Null.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung für Kraftfahrzeuge, in welchem sich der Kraftfluß auf ein von einer Eingangswelle angetriebenes formschlüssiges Getriebe und auf ein hydrostatisches Verstellgetriebe, das über eine Nullstellung hinweg reversibel ist und aus zwei hydrostatischen, jeweils als Pumpe und als Motor betreibbaren Einheiten besteht, mit in bezug auf das formschlüssige Getriebe begrenztem Drehmomentübertragungsvermögen verteilt und die so aufgeteilten Kraftflüsse in einem eine Abtriebswelle antreibenden, als Summiergetriebe dienenden Planetenrädergetriebe vereinigt werden, wobei das hydrosta- tische Verstellgetriebe (52, 50) über eine Zwischenwelle (32) mit der Eingangswelle (14) und über eine Vorgelegewelle (48) mit einem Glied (46) des Planetenrädergetriebes (36) in Verbindung steht, dieses Glied (46) bei konstanter Drehnchtung der Abtriebsw fte (40) in beiden Drehrichtungen be-Ireibbar ist und in der einen Drehrichtung Antriebsleistung über den das hydrostatische Verstellgetriebe (52,50) enthaltenden Leistungszweig in das Planetenrädergetriebe (36) einspeist, während es in seiner anderen Drehnchtung als Reaktionsclement des PlanetenrädergetrieSes (36) dient und sich über das hydrostatische Verstellgetriebe (52, 50) an der Eingangswelle (14) abstützt, und ferner die Vorgelegewelle (48) über eine Überholkupplung mit jo Teilen des hydrostatisch-mechanischen Getriebes zusammena.'jeitet. dadurch gekennzeichnet, daß die ÜberhnlkuppP'ng (58) einerseits mit der /wischenwelle (32) und andererseits über ein auf dieser Zwischenwelle (32) gela-ertes Zahnrad (60) js und ein hiermit in Eingriff stehendes, auf der Vorgelegewelle (48) drehfest sitzendes Zahnrad (62) mit dem von der Vorgclegewelle (48) getragenen Sonnenrad (46) des Planetenrädergetriebes (36) in Antriebsverbindung steht und derart ausgelegt ist. daß in der Reaktionsdrehrichtung des Sonnenrades (46) eine Kupplungsverbindung /wischen der Zwiichenwelle (32) und dem auf ihr gelagerten Zahnrri |60) hergestellt wird, sobald letzteres diese Zwischenwelle zu überholen sucht, während in der anderen Drehrichtung des Sonnenrades (46) die Überholkupplung (58) freiläuft.

2. Hydrostatisch mechanisches Getriebe nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das langsamste Übersetzungsverhältnis des in seiner w Ges-iiTitiiberset/ung versicllbaren hydrostatischmechanischen Getriebes (18) einen Wert größer als Null hat und die Antriebsmaschine (10) über eine trennbare Eingangsknpplung (24) in der Eingangswelle (14) an das Getriebe (18) anschließbar ist. ü

i Hydrostatisch mechanisches Getriebe nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die erste hydrostatische Einheit (52) mit der Eingangswelle (14) über Zahnräder (28. K)) des formschlüssigen Getriebes (26.28. JO, 34) und über die Kingangskupp- <>" lung (24) und die /weite hydrostatische Einheit (50) mit dem Planctenrädergetriebe (36) über dessen Sonnenrad (46) in Antriebsverbindung stehen.