DE2716960A1 - Hydrostatisch-mechanisches getriebe mit leistungsverzweigung - Google Patents

Hydrostatisch-mechanisches getriebe mit leistungsverzweigung

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DE2716960A1 DE19772716960 DE2716960A DE2716960A1 DE 2716960 A1 DE2716960 A1 DE 2716960A1 DE 19772716960 DE19772716960 DE 19772716960 DE 2716960 A DE2716960 A DE 2716960A DE 2716960 A1 DE2716960 A1 DE 2716960A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik, wie· er beispielsweise durch die Getriebesysteme nach den deutschen Patentschriften 1 817 764 und 1 188 958 gegeben ist. Diese Getriebesysteme haben den Nachteil zu hohen Leistungsgewichts und -Volumens und damit zu hoher Kosten. Außerdem treten zu starke Geräusche unzumutbarer Schaltstöße und hohe innere Anfahrwiderstände (Losbrechmomente des Hydromotors) auf.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und darüber hinaus das Umweltverhalten und den Energieverbrauch zu optimieren.
Im einzelnen bestand die Aufgabe darin, ein Verzweigungssystem zu finden, das
1. ein Höchstmaß an Steigerung der Getriebeeckleistung - Produkt aus max. Abtriebsdrehmoment und max. Abtriebsdrehzahl - gegenüber dem einfachen Hydrostatgetriebe zur Optimierung der entscheidenden Wirtschaftlichkeitsfaktoren, wie Leistungsgewicht und -volumen, bringt
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2. trotzdem im Hauptbetriebsbereich mit minimaler, hydraulischer Leistung arbeitet, im Hinblick auf optimalen Wirkungsgrad und günstigere Lebensdauerwerte,
3. die inneren Anfahrwiderstände, die bei den bekannten Getriebesystemen im Losbrechwiderstand (Losbrechmoment) des Hydromotors liegen, beseitigt zur Erhöhung der Anfahrzugkräfte und Verbesserung der Anfahrqualität (ruckfreies Anfahren),
4. eine begrenzte Korrektur der Getriebecharakteristik bzw. der günstigsten Betriebswerte zur Anpassung an die Kennlinien des Motors zuläßt,
5. eine begrenzte gegenseitige Anpassung der Wirkungsgradwerte am Schaltpunkt vor und nach der Schaltung ermöglicht zur Beseitigung der bekannten Schaltstöße.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wurde davon ausgegangen, ein über den gesamten Geschwindigkeitsbereich stufenlos regelbares hydrostatisches Leistungsverzweigungs-Getriebe zu schaffen, das neben den gesamtwirtschaftlichen Forderungen der anspruchsvolleren Straßenverkehrsfahrzeuge auch optimale Voraussetzungen für Einrichtungen zur Rückgewinnung und Speicherung von Brems- und evtl. Überschußenergie bietet.
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Diese Aufgabe wird durch Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei durch die Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 3 insgesamt drei Ausführungsformen möglich sind. Die zusätzliche Aufgabe, die Bremsenergie rückzugewinnen und zu speichern, wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 4 gelöst. Dabei ist es nach dem Merkmal des Anspruchs gleich, ob das die Bremsenergie speichernde Schwungrad senkrecht oder parallel zur Getriebelängsachse angeordnet ist.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Ausführungsbeispiel eines hydrostatischmechanischen Getriebes mit Leistungsverzweigung ohne Speicher für die Bremsenergie,
Fig. 1a den Leistungsfluß für das Getriebe nach Fig. 1 für den Fahrbereich I,
Fig. 1b den Leistungsfluß für den Fahrbereich II,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel eines hydrostatisch-mechanischen Getriebes nach Fig. 1 mit geänderter Rad- und Ubersetzungsanordnung, aber gleichem, den Figuren 7 und 8 entsprechenden Kennlinienverlauf,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hydrostatisch-mechanischen Getriebes nach Fig. 1 mit geänderter Rad- und Ubersetzungsanordnung, aber eben-
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falls gleichem, den Figuren 7 und 8 entsprechendem Kennlinienverlauf,
Fig. 4 ein Getriebe nach Fig. 1 mit senkrecht zur Getriebelängsachse angeordnetem Schwungrad,
Fig. 5 das gleiche Getriebe mit waagerecht angeordnetem Schwungrad,
Fig. 6 den Drehzahlplan für ein Getriebe der Ausführungsform nach Fig. 1,
Fig. 7 die Leistungs- und Drehmomentkennwerte für ein Getriebe nach der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 3,
Fig. 8 das Leistungsdiagramm für ein Getriebe nach der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 3 in bezug auf die typische Motordrehzahl.
In Fig. 1 ist das Gehäuse eines hydrostatisch-mechanischen Getriebes mit 14, die Getriebeeingangswelle mit 3, die Getriebeausgangswelle mit 11, die Hydrostateinheit mit 1 und 2 und zwei mit der Hydrostateinheit verbundene, hintereinander geschaltete Planetengetriebe mit 5 und 6 bezeichnet. Die Hydrostateinheit besteht aus der Verstellpumpe 1 und dem Konstantmotor 2. Die Getriebeantriebswelle besitzt einen durchgehenden Wellenstrang 3a, der den Planetenträger 4 des ersten Planetengetriebes 5 an-
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treibt sowie einen mittels einer Zahnradstufe 16 abzweigenden Wellenstrang 3b, der die Verstellpumpe 1 antreibt. Das Sonnenrad 12 des zweistufigen Planetengetriebes 5 ist über eine Zahnradstufe 17 mit der Abtriebswelle 13 des Konstantmotors 2 verbunden. Das zweite Planetengetriebe 6 ist einstufig und greift mit seinem als Doppelrad ausgebildeten Sonnenrad 9 in den Planetenradträger 4 und mit seinem Planetenradträger 10 über eine Kupplung 18 in das Hohlrad 8 des ersten Planetensatzes 5 ein. Das Hohlrad 15 kann über eine Bremse 15a festgehalten werden. Der Abtrieb aus dem zweiten Planetengetriebe zu einem nicht gezeichneten Achsantrieb erfolgt über die mit Planetenträger 10 verbundene Getriebeabtriebswelle 11. Der Antrieb des Gesamtgetriebes erfolgt über einen nicht gezeichneten Antriebsmotor, der mit der Getriebeantriebswelle 3 verbunden ist.
In Fig. 1a ist der Leistungsfluß beim Fahren im mechanischen Übersetzungsbereich I durch stärkeres Hervorheben der dort beteiligten Radsätze sichtbar gemacht worden.
Die Bremse 15a ist im Fahrbereich I geschlossen. Die Getriebeantriebswelle 3 ist, wie bereits ausgeführt, unter den Wellenstrang 3a mit dem Planetenträger 4 des ersten Planetenträgers 5 verbunden. Die Abtriebswelle 13 des Konstantmotors 2 wirkt über die Zahnradstufe 17 auf die Planetenräder der Planetenstufe 7 ein. Die über den Planetenträger 4 und über die Zahnradstufe 17 zugeführten Leistungen werden dem Sonnenrad 9 zugeführt und über das zweite Planetengetriebe 6 auf die Getriebeausgangswelle 11 übertragen.
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AO
Der mechanische Übersetzungsbereich II ist auf gleiche Weise in Fig. 1b gekennzeichnet worden. Hier wurden die dem Planetenträger 4 und der Zahnradstufe 17 zugeführten Leistungen über das Hohlrad 8 und die Kupplung 18 auf den Planetenträger und damit auf die Getriebeausgangswelle 11 übertragen.
In Fig. 2 und 3 ist je ein weiteres Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 beschriebenen Getriebes dargestellt worden. Dabei sind für die in Fig. 1 dargestellten Getriebeteile die gleichen Bezugsziffern verwendet worden, während kinematisch gleichwertige Getriebeteile mit um 100 bzw. 200 erhöhten Bezugsziffern gekennzeichnet wurden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsforui wird ebenfalls wie in Fig. 1 ein doppelter Planetenträger verwandt, dessen Wellen jedoch auf verschiedenen Radien angeordnet sind. Die Welle 120 ist auf einem kleineren Radius angeordnet als die Welle 121. Das auf der Welle 120 drehbar angeordnete Planetenrad 107a kämmt mit dem inneren Zentralrad 12 und dem äußeren 108a, das auf der Welle 121 mit dem inneren Zentralrad 109a und dem äußeren 108b.
Im ersten Fahrbereich I ist die Bremse 15a geschlossen. Von der Getriebeeingangswelle 3 wird der Träger 104, der die beiden Planeten 107a und 107b trägt direkt und über das hydrostatische Getriebe 1, 2 wird das innere Zentralrad 12 des ersten Planetensatzes 105 indirekt angetrieben. Die beiden
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äußeren Planetenräder 108a und 108b sind miteinander verbunden, so daß das Doppelrad 109 über das Planetenrad 6 und den PIanetenradträger 10 die Abtriebsleistung der Ausgangswelle 11 zugeführt werden kann. Im zweiten Fahrbereich II ist die Kupplung 18 geschlossen. Die beiden äußeren Zentralräder 108a und 108b sind jetzt unmittelbar mit dem Planetenträger 10 und dort mit der Ausgangswelle 11 verbunden; die Drehzahl der Ausgangswelle 11 ist also die gleiche wie die beiden äußeren Zentralräder 108a und 108b.
Die Fig. 3 zeigt einen anderen Aufbau des ersten Planetenrades 205. Das innere Zentralrad 222 wird über die Welle 212 und die Zahnradstufe 17 von dem hydrostatischen Getriebe 1, 2 angetrieben. Das äußere Zentralrad 204 wird über die Zahnradstufe 16 von der Getriebeeingangswelle 3 angetrieben. Das äußere Zentralrad 204 kämmt mit dem äußeren Planetenrad 207, das mit zwei inneren Planetenrädern 220 und 221 kämmt. Alle drei Planetenräder sind auf einen gemeinsamen Träger 208, jedoch auf verschiedene Achsen angeordnet. Das Planetenrad 207 auf der Achse 208a, das Planetenrad 220 auf der Achse 208b und das Planetenrad 221 auf der Achse 208c. Das innere Planetenrad 220 kämmt mit dem inneren Zentralrad 222 und das innere Planetenrad 221 mit dem inneren Zentralrad 209, wie sich auch an den Fig. 3a und 3b ergibt.
Im ersten Fahrbereich I ist die Bremse 15a geschlossen und die Ausgangsleistung des ersten Planetensatzes 205 wird über die Welle 209 dem inneren Zentralrad des zweiten Planetensatzes
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zugeführt. Von diesem inneren Zentralrad wird über das Planetenrad der Träger 10 und die mit diesem verbundene Ausgangswelle 11 angetrieben. Im zweiten Fahrbereich II ist die Kupplung 18 geschlossen und die Abtriebswelle 11 wird mit der Drehzahl des Planetenträgers 208 angetrieben.
Die Einrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung der Bremsenergie ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Sie besteht aus einer Schwungmasse 19 und einem Planetenrad-Übersetzungsgetriebe 20 zum Hochtreiben der Schwungmasse 19 bei Schubbetrieb. Die Schwungmasse 19 und das übersetzungsgetriebe gemäß den Fig. 1, 2 oder 3 liegen konzentrisch zum Wellenstrang 3, 26 und sind hintereinander geschaltet. Die Schwungmasse 19 ist mit dem Son'nenrad 21 des Übersetzungsgetriebes 20 verbunden und stützt sich beim Anfahren über den Freilauf 25 gegen das Gehäuse 1 fest ab. Der nicht dargestellte Antriebsmotor ist mit der Welle 26 verbunden, die zu dem Hohlrad 22 führt. Von diesem Hohlrad wird bei Rückgewinnung der im Schwungrad 19 gespeicherten kinetischen Energie über den Steg 23 die Antriebswelle 3 des hydrostatisch-mechanischen Getriebes 27, das dem in den Fig. 1 bis 1a dargestellten entspricht, angetrieben.
In Fig. 5 ist das Schwungrad 19 und der Freilauf 25 liegend und parallel zur Getriebelängsachse angeordnet. Das Planetengetriebe 20 verbleibt in der in Fig. 4 dargestellten Lage und ist über das Kegelrad- und Stirnradpaar 28, 2 9 mit dem Schwungrad 19 verbunden.
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In dem Drehzahldiagramm der Fig. 6 sind die verschiedenen Linien mit den Bezugszahlen der Zahnräder und Wellen des Getriebes nach der Fig. 1, 2 und 3 bezeichnet, deren Drehzahlen sie wiedergeben. Der Planetenträger 4, 104 bzw. Hohlrad 204, der mit der Antriebswelle 3 direkt oder über Zahnradstufen verbunden ist, läuft proportional zur Getriebeantriebsdrehzahl um. Dieser Drehzahl wird die stufenlos regelbare Drehzahl des Sonnenrades 12, 212 überlagert. Die Summe beider Drehzahlen 4, 104, 204 und 12, 212 verläßt das zweistufige erste Planetengetriebe 5, 105, 205 je nach Schaltung der Kupplungen I und II wahlweise über das Hohlrad 8, 108 bzw. Steg 208 oder über das Sonnenrad 9, 109, 209. In dem darauffolgenden zweiten, einstufigen Planetengetriebe 6, 106, 206 wird dann die Summationsdrehzahl bei Eintrieb vom Sonnenrad 9, 109, 209 aus dem Verhältnis i > und bei Eintrieb vom Hohlrad aus mit i = 1 übersetzt. Die Radübersetzungen in beiden Planetengetrieben sind dabei so gewählt, daß beim Übergang vom Fahrbereich I in den Fahrbereich II die Kupplung II synchron zugeschaltet werden kann.
In Abhängigkeit von den in Fig. 6 aufgezeichneten Drehzahlverhältnissen treten zwischen den hydrostatisch und der mechanisch übertragenen Leistung bestimmte, in Fig. 7 und 8 dargestellte Beziehungen auf.
In Fig. 7 sind die bei Vollast (100 % Leistung) in Abhängigkeit von der jeweiligen hydraulischen Getriebeübersetzung auftretenden Leistungsanteile und das Getriebeabtriebs-Drehmoment aufgetragen.
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Fig. 8 zeigt den typischen Motordrehzahlverlauf und die bei den jeweiligen Drehzahlen auftretenden hydraulischen Leistungsanteile. Aus geräuschmindernden und.verbrauchsoptimalen Gründen ist deren Drehzahlverlauf anzustreben. Der dabei auftretende hydraulische Leistungsanteil bestimmt den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes.
30.03.1977 T-PA fr-we Akte 5386
8098A2/IH69

Claims (5)

  1. ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft
    Friedrichshafen
    Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung
    Patentansprüche
    ( 1. Hydrostatisch-mechanische Getriebe mit Leistungsverzweigung, bestehend aus einem aus zwei hydrostatischen Maschinen (1, 2) bestehenden hydrostatischen Getriebe und einem mechanischen Getriebe, wobei die Getriebeeinigungswelle (3) sowohl mit dem mechanischen Getriebe (3a) als auch mit dem hydrostatischen Getriebe (3b) verbunden ist und das mechanische Getriebe mit einer Summierungseinheit (5) zur Summierung der über die Antriebswelle (3a) und über das hydrostatische Getriebe zugeführten Leistungszahlen (3b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungen des mechanischen und hydrostatischen Getriebes derart gewählt sind, daß im ersten Fahrbereich in der Stellung "Leerlauf" die von dem hydrostatischen Getriebe dem Summiergetriebe neben der Antriebsdrehzahl zugeführte Drehzahl keine Abtriebsdrehzahl am Ausgang des Summiergetriebes erzeugen.
    Akte 5386
    809842/0469
    ORIGINAL INSPECTED
  2. 2. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mechanischen Getriebe mit zwei Planetenradsätzen von der Getriebeeingangswelle (3) das hydrostatische Getriebe (1) sowie der Planetenträger (4, 104) bzw. Hohlrad (204) der ersten Planetengetriebeeinheit 5 direkt oder über eine oder mehrere Zahnradstufen angetrieben werden und daß der Ausgang des hydrostatischen Getriebes (2) die vorzugsweise konstanten Verdrängervolumen hat mit dem Sonnenrad (12, 212) des ersten Planetensatzes(5) direkt oder über Stirnradstufen in Eingriff steht, wobei über die Planetenräder (7, 107, 207) des ersten Planetensatzes (5) die hydraulische Leistung mit der mechanischen in dem Planetengetriebe (5 bzw. 105, 205) summiert und gemeinsam über das Sonnenrad (9, 109, 209) des zweiten Planetensatzes (6) im ersten Fahrbereich (I) oder über das Hohlrad (8, 108) bzw. den Planetenträger (208) des ersten Planetensatzes (5) im Übersetzungsbereich II zum Abtrieb (11) weitergeleitet werden.
  3. 3. Getriebeanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei hintereinander geschalteten Planetengetriebe (5, 105, 205) und (6, 106, 206) folgenden Aufbau haben:
    a) Erstes Planetengetriebe:
    Zweistufiges Planetengetriebe als Summiergetriebe der Drehzahlen aus Getriebeantriebswelle (3) und Abtriebswelle (13) des hydrostatischen Getriebes (1, 2),
    Akte 5386
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    wobei der mechanische Antrieb am Steg 4, 104 bzw.
    am Hohlrad 204 der hydrostatische Antrieb an dem
    inneren Zentralrad (12, 212) angreifen und der Abtrieb im ersten" Fahrbereich (I) über das innere
    Zentralrad (9, 109, 209) und im zweiten Fahrbereich (II) über das Hohlrad (8, 108) bzw. den Steg (208)
    erfolgen.
    b) Zweites Planetengetriebe:
    Einstufiges Planetenradgetriebe als Überlagerungsgetriebe im ersten Fahrbereich (I) für aus dem ersten Planetensatz (5, 105, 205) kommenden Drehzahlen, wobei das innere Zentralrad (19, 109, 209) angetrieben und der Abtrieb mit dem Planetenträger verbunden ist und im zweiten Fahrbereich (II) keine Drehzahlübersetzung erfolgt.
  4. 4. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Getriebe eine Einrichtung zur Rückgewinnung und Speicherung der Bremsenergie zugeordnet ist, bestehend aus einem Schwungrad (19) das mit einem Freilauf (25) und mit dem inneren Zentralrad (21) eines vorgeschalteten Planetengetriebes (20) verbunden ist, wobei dessen äußeres Zentralrad (22) mit der Abtriebswelle (26) des Antriebsmotors und der Planetenträger (23) mit der Getriebeantriebswelle (3) verbunden ist.
    Akte 5386
    8 0 9 8 U Ί I 0 U 6 9
  5. 5. Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (19) sowohl senkrecht als auch parallel zur Getriebeantriebswelle (3) angeordnet sein kann.
    Akte 5386
    80984^/0469
DE2716960A 1977-04-16 1977-04-16 Hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit Leistungsverzweigung Expired DE2716960C2 (de)

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