DE2655011B1

DE2655011B1 - Stufenloses Koppelgetriebe

Info

Publication number: DE2655011B1
Application number: DE19762655011
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof Dr-Ing Jarchow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-04
Filing date: 1976-12-04
Publication date: 1978-06-08
Also published as: JPS5395462A; IT1091941B; DE2655011C2; FR2373000A1; GB1593750A

Description

Die Erfindung betrifft ein Koppelgetriebe zur stufenlosen Verstellung der Übersetzung zwischen

ίο Kraft- und Arbeitsmaschine.

Die folgenden Ausführungen sind auf die Verwendung als Fahrgetriebe, d. h. auf eine Arbeitsmaschine mit konstanter Leistungscharakteristik abgestimmt. Sie gelten sinngemäß auch für Arbeitsmaschinen mit anderen Kennlinien.

Zu dem Koppelgetriebe gehört ein Stellgetriebe. In der weiteren Beschreibung legt man dafür ein hydrostatisches Getriebe zugrunde. Die Ausführungen gelten sinngemäß aber auch für andere Stellgetriebe mit entsprechenden Eigenschaften.

Bekannt sind Koppelgetriebe, die aus einem dreiwelligen Umlaufgetriebe und einem hydrostatischen Getriebe bestehen. Zwei Wellen des Umlaufgetriebes stellen die An- und Abtriebswelle des Koppelgetriebes dar und werden als nicht freie Wellen bezeichnet Die dritte Welle des Umlaufgetriebes, genannt freie Welle, steht mit einer Verdrängermaschine des hydrostatischen Getriebes in Verbindung. Die andere Verdrängermaschine des hydrostatischen Getriebes ist bei ausgangsseitiger Leistungsverzweigung mit der Abtriebswelle und bei eingangsseitiger Leistungsverzweigung mit der Antriebswelle verbunden.

In den beschriebenen Koppelgetrieben gibt es einen hydrostatischen und einen mechanischen Leistungsfluß.

Bei einer Auslegung mit kleinerem hydrostatischen Leistungsfluß als die vom An- und Abtrieb des Koppelgetriebes durchzusetzende Leistung stellen sich im Vergleich zum hydrostatischen Getriebe für das Koppelgetriebe bessere Wirkungsgrade und für das zum Koppelgetriebe gehörige hydrostatische Getriebe auch kleinere maximale Verdrängungsvolumen ein.

Bei eingangsseitiger Leistungsverzweigung kreist bei niedrigen und bei ausgangsseitiger Leistungsverzweigung bei hohen Antriebszahlen bzw. Fahrgeschwindigkeiten unerwünschte Blindleistung im Koppelgetriebe.

Durch Umschalten von ausgangsseitiger auf eingangsseitige Leistungsverzweigung und umgekehrt, z. B. beschrieben in den DE-OS 21 41 098 und 25 41 975, läßt sich Blindleistung vermeiden. Die Wirkungsgrade

so werden besser. Es ergibt sich eine geringere Summe der zu installierenden maximalen Verdrängungsvolumen.

Dadurch fällt im allgemeinen auch die Baugröße des Koppelgetriebes kleiner aus.

Die Wirkungsgrade und die Summe der maximalen Verdrängungsvolumen bzw. die Baugrößen werden mit abnehmendem stufenlosem Verstellbereich zunehmend günstiger. Es bietet sich daher der Gedanke an, den notwendigen Verstellbereich in zwei oder mehrere einzelne stufenlose Verstellbereiche aufzuteilen und das hydrostatische Getriebe zweifach oder mehrfach auszunutzen.

Nach der US-Patentschrift 38 69 939 sind durch die Anordnung von zwei hintereinandergeschalteten dreiwelligen Umlaufgetrieben zwei stufenlose Verstellbereiche vorgesehen. Bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten liegt abtriebsseitige Verzweigung und ab Übersetzung 1:1, d. h. bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, antriebsseitige Verzweigung vor. Im Stellbereich für

hohe Fahrgeschwindigkeiten wird ins Schnelle übersetzt Jeweils in beiden Stellbereichen, d.h. bei abtriebsseitiger Leistungsverzweigung bei relativ hohen und bei antriebsseitiger Leistungsverzweigung bei verhältnismäßig niedrigen Fahrgeschwindigkeiten und somit insgesamt betrachtet bei mittleren Fahrgeschwindigkeiten gibt es unerwünschte Blindleistung. Der zweite stufenlose Verstellbereich wird über den Umweg der Obersetzungen ins Schnelle erkauft und dürfte in vielen Fällen nachteilig sein. ι ο

Aus der DE-Offenlegungsschrift 15 30 590 läßt sich entnehmen, daß der Stellbereich des Koppelgetriebes in drei einzelne stufenlose Bereiche aufgeteilt wird. Dazu ist hinter das eigentliche Koppelgetriebe mit ausgangsseitiger Leistungsverzweigung ein zusätzliches dreiwel-Iiges Umlaufgetriebe angeordnet Dieses abtriebsseitig liegende Umlaufgetriebe kann durch entsprechende Umschaltungen drei verschiedene Übersetzungen erhalten. In dem abtriebsseitigen Umlaufgetriebe kreist aber eine erhebliche Blindleistung. Für das in der DE-Offenlegungsschrift 15 30 590 angegebene Beispiel beläuft sich z. B. im dritten Gang, d. h. bei eingeschalteter Kupplung K3, die Blindleistung auf das lOfache der Antriebsleistung. Ein solches Getriebe ist deshalb in vielen Anwendungsfällen unbrauchbar.

Die hier vorliegende Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, durch die Hintereinanderschaltung von zwei oder mehr dreiwelligen Umlaufgetrieben den gesamten Stellbereich des Koppelgetriebes in zwei oder mehr einzelne Stellbereiche aufzuteilen und somit das hydrostatische Getriebe zwei- oder mehrfach auszunutzen, wobei aber ein Übersetzungsbereich mit Übersetzungen ins Schnelle und ferner Blindleistungen in den als reine Übersetzungsstufen bzw. Vorgelege dienenden dreiwelligen Umlaufgetrieben vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird — ausgehend von einem Stand der Technik (US-PS 38 69 939) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 — durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalsgruppen a und b gelöst Dabei wird unter Verwendung von Schaltkupplungen die zur freien Welle eines dreiwelligen Umlaufgetriebes gehörenden Verdrängermaschine des hydrostatischen Getriebes bei Erreichen einer Stellbereichsgrenze drehmomentfrei und bei synchronen Drehzahlen auf die freie Welle eines anderen dreiwelligen Umlaufgetriebes umgeschaltet, wobei die frei werdende freie Welle mittels Schaltkupplungen unmittelbar oder unter Verwendung von Vorgelegerädern mit einer der nicht freien Wellen des betroffenen Umlaufgetriebes gekoppelt wird.

In Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt

Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 1 bis 11 dargestellt

Nach F i g. 1 befinden sich zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 zwei miteinander verbundene dreiwellige Umlaufgetriebe. Im stufenlosen Stellbereich für niedrige Fahrgeschwindigkeiten wirkt das antriebsseitige Umlaufgetriebe in Verbindung mit dem hydrostatischen Getriebe als stufenloses Koppelgetriebe und das abtriebsseitige Umlaufgetriebe als Nachschaltstufe mit fester Übersetzung. Im stufenlosen Stellbereich für hohe Fahrgeschwindigkeiten liegen die Verhältnisse umgekehrt Das antriebsseitige Umlaufgetriebe wird zum Vorgelege mit einer Übersetzung von 1 bzw. nahe bei 1. Die Umkopplung erfolgt an der Grenze zwischen beiden Stellbereichen.

Die freie Welle 3 des antriebsseitigen Umlaufgetriebes läßt sich entweder über die Räder 4, 5 Schaltkupplung 6, Verdrängungsmaschinen 7, 8 und Räder 9, 10 mit der Zwischenwelle 11 oder über die Räder 4, 5, Schaltkupplung 12, Räder 13, 14 mit der Antriebswelle 1 verbinden. Die freie Welle 15 des abtriebsseitigen Koppelgetriebes wird entweder über Rad 16, Zwischenrad 17, Rad 18, Schaltkupplung 19, Rad 20 und Rad 21 an die Abtriebswelle 2 oder aber über die Räder 16,17,18, Schaltkupplung 22, Verdrängermaschinen 7, 8 und Räder 9, 10 an die Zwischenwelle 11 angeschlossen.

Die Steuerung des Koppelgetriebes geht aus den Fig.2 bis 5 hervor. Ein senkrechter Pfeil bedeutet Verdrängungsvolumen Null, ein im Uhrzeigersinn gedrehter Pfeil positives und entgegen dem Uhrzeigersinn gedrehter Pfeil negatives Verdrängungsvolumen. Fig.2 zeigt den Anfahrzustand. Ab Erreichen der Stellung nach Fig.3 kann volle Leistung übertragen werden. In der Stellung nach F i g. 4 ist der Stellbereich für niedrige und in der Stellung nach Fig.5 für hohe Fahrgeschwindigkeiten zu Ende. Das Umkuppeln erfolgt in der Stellung nach Fig.4. Die eingerückten Kupplungen sind jeweils angegeben.

Zu dem Koppelgetriebe nach Fig.6 gehören drei hintereinanderliegende und miteinander verbundene dreiwellige Umlaufgetriebe. Auf diese Weise erhält man drei stufenlose Stellbereiche. Das abtriebsseitig sich befindende dreiwellige Umlaufgetriebe ist bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten zum Zwanglauf mit seiner freien Welle 23 über Rad 24, Zwischenrad 25, Rad 26, Kupplung 27, Rad 28 und Rad 29 mit der Abtriebswelle 2 gekoppelt und wirkt als Vorgelege. Es wird für den Stellbereich bei hohen Fahrgeschwindigkeiten zur Übersetzungsverstellung benutzt. Dazu wird die Kupplung 30 eingerückt, so daß das für mittlere Fahrgeschwindigkeiten vorgesehene mittlere dreiwellige Umlaufgetriebe jetzt als Vorgelege mit kleiner Übersetzung oder der Übersetzung 1 wirkt. Mit Einrücken der Kupplung 31 und Ausrücken der Kupplung 27 ist das hydrostatische Getriebe an das abtriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe angekoppelt Die Fig. 7 bis 11 verdeutlichen das Verstellen der Verdrängermaschinen 7, 8 vom Anfahrzustand bis zum Betriebszustand mit höchster Fahrgeschwindigkeit. Es sind jeweils die eingerückten Kupplungen vermerkt. Das Verdrängungsvolumen der Verdrängermaschine 8 wird beim Koppelgetriebe nach F i g. 6 dreifach ausgenutzt.

Unter Verwendung von Vorgelegen kann in bekannter Weise die Verdrängermaschine 8 bei Erreichen ihres Verdrängungsvolumens Null von einer nicht freien Welle auf die andere nicht freie Welle drehmomentfrei bei synchronen Drehzahlen umgeschlatet werden. Auf diese Weise vermeidet man auch bei den mit dem hydrostatischen Getriebe in Verbindung stehenden Umlaufgetrieben Blindleistung. Die Wirkungsgrade verbessern sich und die zu installierende Summe der maximalen Verdrängungsvolumen geht weiter zurück.

Ferner erfolgt in bekannter Weise das Reservieren nur mit dem hydrostatischen Getriebe, wozu über Vorgelege dessen als Pumpe wirkende Verdrängermaschine mit der An- und dessen als Motor arbeitende Verdrängermaschine mit der Abtriebswelle des Umkoppelgetriebes verbunden werden. Auf diese Weise vermeidet man Blindleistung beim Rückwärtsfahren.

Außerdem läßt sich bei Erreichen der kleinsten Übersetzung, d. h. der maximalen Fahrgeschwindigkeit die Hoch- und Niederdruckseite des hydrostatischen

Getriebes kurzschließen, wobei dann gleichzeitig die freie Welle des abtriebsseitigen dreiwelligen Umlaufgetriebes zum Zwanglauf über Vorgelege oder unmittelbar mit einer nicht freien Welle des betroffenen Umlaufgetriebes gekoppelt wird. Da dann das hydrostatische Getriebe leerläuft, verbessert sich in diesem Betriebszustand der Wirkungsgrad des Koppelgetriebes.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim Anfahren, d. h. bei großer Übersetzung des Koppelgetriebes, wirkt das abtriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe durch die Kopplung seiner freien Welle 15 über Rad 16, Zwischenrad 17, Rad 18, Schaltkupplung 19, Rad 20 und Rad 21 an die Abtriebswelle 2 als Vorgelegestufe. Im Stellbereich für langsame Fahrgeschwindigkeit besorgt das dreiwellige Umlaufgetriebe an der Abtriebsseite die Übersetzungsverstellung des Koppelgetriebes. Dazu ist die freie Welle 3 über die Räder 4, 5, Schaltkupplung 6, Verdrängermaschine 7,8, Schaltkupplung 32 und Räder 9, 10 mit der gemeinsamen Welle 11 der beiden Umlaufgetriebe zum Zwanglauf gekoppelt. Die Verdrängermaschine 8 wird mit Erreichen ihres Verdrängungsvolumens Null mittels der Schaltkupplung 33 und Räder 34, 14 auf die Antriebswelle 1 umgekoppelt. Wenn die Verdrängermaschine 8 einmal ihren Verdrängungsvolumenbereich durchfahren hat, laufen die Wellen 1 und 3 gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl. Nach Betätigung der Schaltkupplung 35 arbeitet nunmehr das antriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe als Kupplung. In diesem Betriebszustand werden die Kupplungen 22,36 ein- und die Kupplungen 6,19 und 33 ausgerückt: Auf diese Weise befindet sich nun bei dem abtriebsseitigen dreiwelligen Umlaufgetriebe zwischen freier Welle 15 über die Räder 16, 17, 18 und Abtriebswelle 2 über die Räder 21,37 das hydrostatische Getriebe. Es liegt jetzt der Stellbereich für hohe Fahrgeschwindigkeiten vor. Bei Verdrängungsvolumen Null der Verdrängermaschine 8 wird sie mit den Rädern 34,14 über die Schaltkupplungen 33 nach Lösen von der

ίο Ab- (2) an die Antriebswelle (1) angeschlossen. Bei der Übersetzung 1 des Koppelgetriebes kann bei synchronen Drehzahlen die Kupplung 30 betätigt und über das Stellventil 38 die Hoch- und Niederdruckseite des hydrostatischen Getriebes kurzgeschlossen werden.

Das abtriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe läuft nun auch als Kupplung um. Zur Rückwärtsfahrt sind die Kupplungen 31,32 und 19 eingeschaltet Die Leistungsübertragung erfolgt dann über das hydrostatische Getriebe, wobei das abtriebsseitige dreiwellige Umlaufgetriebe als Vorgelege wirkt. Die Fig. 13 bis 19 veranschaulichen die Einstellungen der Verdrängungsvolumen der Verdrängermaschinen 7 und 8 vom Reversierbetrieb nach Fig. 13 bis Stillstand nach F i g. 14 und bei Vorwärtsbetrieb bis zur Übersetzung 1 nach F i g. 14 bis 19. In den Einstellungen von F i g. 15 bis 19 kann die volle Leistung des Motors, d.h. der Kraftmaschine übertragen werden. In den einzelnen Figuren sind außerdem jeweils die eingerückten Kupplungen angegeben. Aus den entsprechenden Figuren lassen sich auch die notwendigen Umschaltungen entnehmen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stufenlos einstellbares leistungsverzweigendes Koppelgetriebe mit mindestens zwei zwischen An- und Abtriebswelle angeordneten, über eine gemeinsame Zwischenwelle verbundenen dreiwelligen Umlaufrädergetrieben, die jeweils zwei nicht freie Wellen für den An- und Abtrieb bzw. für die Verbindung zwischen zwei Umlaufrädergetrieben (Zwischenwelle) und eine dritte, d.h. freie Welle aufweisen und ferner mit einem einstellbaren zweiwelligen Stellgetriebe mit nahezu lastunabhängiger Übersetzung, insbesondere einem hydrostatischen Getriebe, wobei zur Schaffung mehrerer Stellbereiche mehrere Schaltkupplungen vorgesehen sind, von denen je eine zum Koppeln der freien Wellen jedes Umlauf rädergetriebes dient und wobei in jedem Stellbereich des Koppelgetriebes der Stellbereich des Stellgetriebes einmal durchfahren wird und die einzelnen Übersetzungen der Rädergetriebe so abgestimmt sind, daß das Betätigen der Schaltkupplungen ohne Drehmomentunterbrechung bei Gleichlauf der Kupplungshälften erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß,

a) jede freie Welle (3 bzw. 15 bzw. 23) eines jeden der Umlaufrädergetriebe zwei Schaltkupplungen (6, 12 bzw. 19, 22 bzw. 27, 31) aufweist, über welche die freie Welle (3, 15, 23) eines jeden Umlaufrädergetriebes wechselweise mit einer von zwei nicht freien Getriebewellen (Antriebswelle 1, Abtriebswelle 2, Zwischenwelle, z. B. 11) koppelbar ist;

b) daß in jedem Stellbereich eine bzw. mehrere der freien Wellen (3, 15, 23) unmittelbar durch eine Schaltkupplung (35,30) oder mittelbar über Vorgelegestufen (4,5,13,14; 16,17,18,20,21; 24,25,26,28, 29) durch eine andere Schaltkupplung (12 bzw. 19 bzw. 27) mit einer der nicht freien Getriebewellen (1 bzw. 2 bzw. Zwischenwelle) gekoppelt ist und eine andere der freien Wellen (3, 15, 23) durch eine weitere Schaltkupplung (6, 22, 31) über das Stellgetriebe (hydrostatisches Getriebe 7, 8) mittelbar unter Zwischenschaltung einer Vorgelegestufe (4,5,9,10 bzw. 16,17,18,9,10 bzw. 24,25,26,9,10 bzw. 4, 5, 34, 14 bzw. 16, 17, 18, 37, 21) oder unmittelbar mit einer anderen nicht freien Welle (1, 2, Zwischenwelle) gekoppelt ist.

2. Koppelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die an eine nicht freie Welle (1, 2, 11) eines dreiwelligen Umlaufgetriebes angeschlossene Verdrängermaschine (8) bei Erreichen ihres Verdrängungsvolumens Null auf eine andere nicht freie Welle (1,2,11) eines der dreiwelligen Umlaufgetriebe unter Verwendung von Vorgelegen über weitere Schaltkupplungen (32,33,36) umschaltbar ist (F i g. 12).

3. Koppelgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise das Reversieren nur mit dem hydrostatischen Getriebe (7,8) erfolgt, wozu über Vorgelege (14,13 und 9,10) dessen als Pumpe wirkende Verdrängermaschine (7) mit der An- (1) und dessen als Motor arbeitende Verdrängermaschine (8) mit der Zwischenwelle (11) bzw. der Abtriebswelle (2) verbunden wird.

4. Koppelgetriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die Hoch- und Niederdruckseite des hydrostatischen Getriebes (7, 8) kurzschließbar (38) ist, wobei zum Zwanglauf jeweils die freie Welle (3, 15, 23) über Vorgelege oder unmittelbar mit jeweils einer der nicht freien Wellen (1, 2, Zwischenwelle) der Umlaufgetriebe gekoppelt sind.