DE3239223A1

DE3239223A1 - Getriebeanordnung

Info

Publication number: DE3239223A1
Application number: DE19823239223
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8910 Landsberg Thien
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-10-22
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1984-06-20

Description

Getriebeanordnung
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Steuerung der Abtriebsdrehzahl eines Getriebes sind sogenannte Schaltgetriebe, die das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb nach Entkoppelung des Antriebs ändern, bekannt. Bei diesen Schaltgetrieben ist nachteilig, daß der Antrieb zur Änderung der Abtriebsdrehzahl von dem Getriebe getrennt werden muß und diese Trennung über eine dem Verschleiß unterliegende Kupplung vorgenommen wird. Um diesem Nachteil zu begegnen sind sogenannte leistungsverzweigte Getriebe ent- wickelt worden, bei denen stets die Antriebswelle und die Abtriebswelle ohne Zwischenschaltung einer Kupplung jeweils mit einem Stirnrad-Planetengetriebe verbunden sind und parallel zu diesen Stirnrad-Planetengetrieben Axialkolbengetriebe in Form von hydrostatischen Getrieben mit einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sind, wobei eine Steuerung durch Verstellung der Neigung der Schrägscheibenflächen der Axialkolbengetriebe erfolgt.
Der Aufbau derartiger Getriebe ist relativ kompliziert und groß, und die Steuerung der Axialkolbengetriebe recht aufwendig. Die Herstellung derartiger Getriebe ist teuer, was ihrem Einsatz insbesondere bei Kraftfahrzeugen ebenfalls entgegensteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach und kompakt ausbildbare Getriebeanordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu schaffen, mit der eine einfache stufenlose Steuerung der Abtriebsdrehzahl bei konstanter Antriebsleistung vorgenommen werden kann.
Erfindungsgemäß sind zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 genannten Merkmale vorgesehen. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Die vorgesehene Ausbildung des Getriebes als Doppeldifferentialgetriebe ermöglicht u. a. durch Einsatz vorhandener Differentialzahnräder eine relativ einfache Getriebeanordnung, die insbesondere dadurch kompakt ausbildbar ist, daß das erste innere Differential von einem äußeren Differential unter Verwendung identischer Drehachsen umgeben ist. Hierdurch eignet sich die Getriebeanordnung besonders für Kraftfahrzeuge, wobei über das Kurzschließen der hydraulischen Pumpe besonders einfach eine stufenlose Steuerung der Abtriebsdrehzahl vorgenommen werden kann. Wenn als Steuereinrichtung vorzugsweise ein analoges hydraulisches Steuerventil vorgesehen ist, kann in vorteilhafter Weise bei konstanter Antriebsleistung die Drehzahl der Abtriebswelle der Getriebeanordnung durch langsames Schließen der Steuereinrichtung kontinuierlich bis zur Drehzahl der Antriebswelle ansteigen. Dies erfolgt lediglich durch Schließen eines Steuerventils, wodurch die hydraulische Pumpe zunehmend den hydraulischen Motor beaufschlagt und aufgrund des damit verbundenen erhöhten Förderwiderstandes eine Rückwirkung auf den Antrieb der Pumpe derart erfolgt, daß dieser abgebremst wird und infolge seiner Verbindung mit dem äußeren Differential entsprechend der verminderten Drehzahl über das Doppeldifferential eine entsprechende Zunahme der Drehzahl der Abtriebswelle bewirkt. Hierbei kann in vorteilhafter Weise die Antriebsleistung konstant gehalten werden, was insbesondere im Hinblick auf die wirtschaftliche Ausnutzung des Antriebsmotors, die nur in einem engen Drehzahl- und Drehmomentbereich möglich ist, von Bedeutung ist. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine optimale Ausnutzung der vom Antriebsaggregat abgegebenen Leistung, die insbesondere unter Energiesparaspekten stets der jeweils gerade benötigten Leistung durch entsprechende Verstellung des hydraulischen Steuerventils im Hinblick auf die Abtriebsbelastung und die Kennlinie des Antriebsaggregats möglich ist.
Im Gegensatz zu den oben diskutierten sogenannten leistungsverzweigenden Getrieben ist bei der Erfindung, u. a.
unter dem Aspekt eines einfachen, kompakten Aufbaus, die hydraulische Pumpe vor allem infolge der an ihr auftretenden Bremswirkung zur verschließfreien Drehzahlsteuerung der Abtriebswelle über das Doppeldifferential vorgesehen, wobei die zusätzliche Leistungsübertragung von der hydraulischen Pumpe auf den hydraulischen Motor und umgekehrt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Antriebsaggregats beiträgt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen und dem anschliessenden Beschreibungsteil enthalten. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 10 dargestellt.
Die Getriebeanordnung 10 ist in einem Gehäuse 11 untergebracht, aus dem die Antriebswelle 16 und die Abtriebswelle 17 herausragen. In dem Gehäuse 11 befindet sich ein Doppeldifferentialgetriebe, das ein inneres Differential 13 und ein das innere Differential 13 umgebendes äußeres Differential 14 aufweist. Das innere Differential 13 weist vier gleiche Kegelzahnräder 19, 20, 22 und 23 auf.
Die Antriebswelle 16 ist mit dem Kegelzahnrad 19 und die Abtriebswelle 17 ist mit dem gegenüberliegenden Kegelzahnrad 20 fest verbunden.
Die Kegelzahnräder 22 und 23 des inneren Differentials 13 sind jeweils lose drehbar an Armen 21 und 24 des Differentialführungsbügels 25 befestigt, der bei 26 lose drehbar auf der Abtriebswelle 17 geführt ist. Die Arme 21 und 24 erstrecken sich stets rechtwinklig zu der Antriebswelle 16 bzw. der Abtriebswelle 17. An der der Lagerung des Kegelzahnrads 22 gegenüberliegenden Seite des Arms 21 ist das Kegelrad 27 des äußeren Differentials 14 lose drehbar befestigt. Das Kegelzahnrad 28 ist in entsprechender Weise am äußeren Ende des Arms 24 lose drehbar angebracht.
Die Kegelzahnräder 27 und 28 des äußeren Differentials haben gleichen Durchmesser und gleiche Zähnezahl und befinden sich stets im Eingriff mit größeren Kegelzahnrädern 29 und 30. Das Kegelzahnrad 29 ist bei 31 lose drehbar auf der Antriebswelle 16 befestigt, während das Kegelzahnrad 30 bei 33 lose drehbar auf der Abtriebswelle 17 angeordnet ist. Die Zähnezahl der Kegelzahnräder 27 und 28 verhält sich zur Zähnezahl der Kegelzahnräder 29 und 30 wie 1 : 5.
Die Kegelzahnräder 29 und 30 besitzen einen nach außen verlängerten Kegel 36, in den ein weiteres Kegelrad 37 eingreift, das bei 38 gehäusefest lose drehbar derart gelagert ist, daß seine Drehachse stets in der Ebene liegt, in der sich die Arme 21 und 24 des Differentialbügels 25 bewegen.
Das Kegelrad 37 ist mit einer Innenverzahnung 41 versehen, in die ein auf der Antriebswelle der hydraulischen Pumpe 43 vorgesehenes Ritzel 40 greift. Das Zahnverhältnis zwischen dem Kegelrad 37 und dem Ritzel 40 beträgt 10 : 1.
Die hydraulische Pumpe 43 ist zugleich als Motor betreibbar und mit dem hydraulischen Motor 44 über zwei hydraulische Förderleitungen 45 und 46 verbunden. Der hydraulische Motor 44 ist zugleich als Pumpe betreibbar. Die hydraulische Pumpe 43 und der hydraulische Motor 44 sind als Doppelzahnradpumpe ausgebildet. Sie sind ebenso wie der Vorratsbehälter 50, der über die Rücklaufleitungen 47 und 48 mit der hydraulischen Pumpe 43 bzw. dem hydraulischen Motor 44 verbunden ist, in dem Gehäuse 11 untergebracht.
An der Förderleitung 45, über die der hydraulische Motor 44 seitens der hydraulischen Pumpe 43 mit Druck beauf- schlagbar ist, ist eine Steuereinrichtung 52 angeschlossen, deren Betätigungsorgan in nicht dargestellter Weise aus dem Gehäuse 11 herausgeführt ist. Als Steuereinrichtung ist ein analoges hydraulisches Steuerventil vorgesehen, bei dessen öffnung die hydraulische Pumpe 43 kurzgeschlossen ist und im wesentlichen ohne Beeinträchtigung der Drehzahl des Kegelrads 37 das Hydrauliköl über das geöffnete Steuerventil 52 umwälzt. Der hydraulische Motor 44 besitzt eine Abtriebswelle, an deren Ende ein Ritzel 53 befestigt ist, das mit dem an der Abtriebswelle 17 der Getriebeanordnung 10 befestigten Zahnrad 54 untersetzend kämmt.
Die gesamte Getriebeanordnung 10 kann durch den vorgesehenen Aufbau besonders günstig in einem kompakten Gehäuse 11 untergebracht werden und eignet sich dadurch besonders für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen, bei denen sie anstelle des normalerweise vorgesehenen Schaltgetriebes oder einer Automatik mit der Antriebswelle 16 unmittelbar an den Motor und mit der Abtriebswelle 17 unmittelbar an das Antriebsdifferential für die Antriebsräder angeschlossen ist. Die stufenlose Getriebeanordnung arbeitet nun wie folgt.
Vor dem Anlassen des Motors wird das Steuerventil 52 vollständig geöffnet, so daß die hydraulische Pumpe 43 kurzgeschlossen ist. Wenn nun bei stehendem Fahrzeug der Motor angelassen wird, steht die Abtriebswelle 17 still.
Die Motordrehzahl wird über die Antriebswelle 16 direkt auf das innere Differential 13 gegeben, wo sie wegen des Stillstehens des Kegelzahnrades 20 zu einem entsprechenden Abwälzen der Kegelzahnräder 22 und 23 führt. Dabei vollzieht der Differentialführungsbügel 25, auf dem die Kegelzahnräder 22 und 23 lose drehbar gelagert sind, eine Rotationsbewegung mit einer Drehzahl, die aufgrund der Gleichheit der Kegelzahnräder 19, 20, 22 und 23 der Drehzahl an der Antriebswelle 16 entspricht.
Infolge dieser Rotationsbewequng des Differentialführungsbügels 25 wälzen sich auch die Kegelzahnräder 27 und 28 des äußeren Differentials 14 an den ihnen rechtwinklig zugeordneten Kegelzahnrädern 29 und 30 ab. Da das Zahnverhältnis zwischen den Kegelzahnrädern 27 und 29 bzw. 28 und 30 1 : 5 ist, wälzen sich die Zahnräder 27 und 28 mit der fünffachen Drehzahl des Differentialbügels 25 auf den Kegelzahnrädern 29 bzw. 30 ab, wobei sich das Kegelzahnrad 29 mit der gleichen Drehzahl und Drehrichtung wie die Antriebswelle 16 und das Kegelzahnrad 30 mit der gleichen Drehzahl, jedoch entgegengesetzter Richtung wie die Antriebswelle 16, drehen. Die Kegelzahnräder 29 und 30 übertragen ihre gegensinnige Drehbewegung auf das weitere Kegelzahnrad 37, das über seine Innenverzahnung 41 das Ritzel 40 mit einer Übersetzung um den Faktor 10 antreibt. Solange das Steuerventil 52 geöffnet ist, pumpt die hydraulische Pumpe 43 nur im Kurzschlußkreislauf, und die Abtriebswelle 17 wird nicht angetrieben.
Wenn nun der Motor mit einer Drehzahl läuft, bei der für das Anfahren des Kraftfahrzeugs ein ausreichendes Drehmoment zur Verfügung steht, kann das Anfahren dadurch bewirkt werden, daß das Steuerventil 52 langsam geschlossen wird. Beim Schließen des Steuerventils 52 erhöht sich der Pumpwiderstand der hydraulischen Pumpe 43 allmählich, und dies führt zu einem Abbremsen des Antriebs der hydraulischen Pumpe 43. Über das Ritzel 40 teilt sich die Verringerung der Drehzahl dem Kegelzahnrad 37 und damit dem äußeren Differential 14 mit und führt hier zu einer entsprechenden Verringerung der Drehzahl. Dies hat zur Folge, daß auch der Differentialführungsbügel 25 mit seinen Armen 21 und 24 mit einer entsprechend verringerten Drehzahl umläuft. Da aufgrund des ausreichenden Drehmoments des Antriebsmotors die Drehzahl der Antriebswelle konstant ist, teilt sich durch die Wirkung des inneren Differentials 13 die Differenz zwischen der Drehzahl an der Antriebswelle 16 und der Drehzahl des Differentialführungsbügels 25 dem Kegelzahnrad 20 und der Abtriebswelle 17 mit. Dies hat zur Folge, daß sich das Fahrzeug in Bewegung setzt und während des weiteren Schließens des Steuerventils 52 mit konstanter Motorleistung solange beschleunigt, bis die Drehzahlen der Antriebswelle 16 und der Abtriebswelle 17 gleich sind.
Durch die erfindungsgemäße Getriebeanordnung kann somit ohne Reibungsverluste in einer Kupplung angefahren werden, wobei die volle Leistung des Motors auf die Räder stufenlos übertragen werden kann. Da von Anfang an die volle Leistung des Antriebsaggregats zur Verfügung steht, kann eine wesentlich schnellere Beschleunigung erzielt werden, wobei der Motor stets im optimalen Arbeitsbereich gehalten werden kann. Dies hat auch Bedeutung hinsichtlich des Einsparens von Brennstoff, da mit der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung der Motor so beeinflußt werden kann, daß er nur die gerade benötigte Leistung für die jeweiligen durch die Gländebeschaffenheit bestimmten Lastverhältnisse abgibt. | I Durch das Steuerventil 52 können der Druck und die Fördermenge der Drehzahl des Motors entsprechend eingestellt werden, wobei bei gleichbleibendem Druck die Fördermenge stufenlos einstellbar ist und bei gleichbleibender Fördermenge der Druck stufenlos regulierbar ist. Im Zusammenwirken mit dem hydraulischen Motor 44, dessen Abtrieb 53 mit dem Zahnrad 54 der Abtriebswelle 17 der Getriebeanordnung 10 verbunden ist, kann, da der hydraulische Motor zugleich als Pumpe betreibbar ist, ein Teil der Getriebeverluste dadurch kompensiert werden, daß durch die Förderleitung 45 oder 46 nahezu verlustfrei die hydraulische Pumpe 43 als Motor betrieben wird, der über das Ritzel 40 einen wesentlichen Teil der Verlustleistung des Doppeldifferentials im Wege der Rückführung in das Doppeldifferential einleitet. Andererseits können die hydraulische Pumpe 43 und der hydraulische Motor 44 jedoch auch bei entsprechender Einstellung der Durchflflß'n mengen bzw. des Drucks wie ein steuerbares hydrostatisches Getriebe mit gutem Wirkungsgrad arbeiten und damit in erheblichem Maße den Wirkungsgrad der gesamten Getriebeanordnung verbessern.

Claims

Getriebeanordnung Ansprüche.

m Getriebeanordnung mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, einem zwischen diesen vorgesehenen Getriebe, einer steuerbaren hydraulischen Pumpe und einem an die Abtriebswelle angreifenden hydraulischen Motor, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Getriebe (10) als Doppeldifferentialgetriebe (13, 14) ausgebildet ist, das ein inneres Differential (13) und ein das innere Differential umgebendes äußeres Differential (14) aufweist, wobei das innere Differential (13) an die Antriebswelle (16) und die Abtriebswelle (17) angeschlossen ist, und das äußere Differential (14) die hydraulische Pumpe (43) antreibt, die mit dem hydraulischen Motor (44) in Verbindung (45, 46) steht und über eine Steuereinrichtung (52) kurzschließbar ist.
2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß als Steuereinrichtung ein analoges hydraulisches Steuerventil (52) vorge sehen ist.
3. Getriebeanordnung nach Anpruch 1 oder 2, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß das innere Differential (13) mit gleichen Kegelzahnrädern (19, 20, 22, 23) gebildet ist.
4. Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das äußere Differential (14) mit unterschiedlichen Kegelzahnrädern (27, 28 bzw. 29, 30)gebildet ist.
5. Getriebeanordnung nach Anspruch 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Kegelzahnräder (29, 30) mit der größeren Zähnezahl einen nach außen verlängerten Kegel (36) aufweisen, in den ein weiteres Kegelrad (37) für den Antrieb (40) der hydraulischen Pumpe (43) eingreift.
6. Getriebeanordnung nach Anspruch 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das weitere Kegelrad (37) mit einer Innenverzahnung (41) versehen ist, in die ein auf der Antriebswelle der hydraulischen Pumpe (43) vorgesehenes Ritzel (40) greift.
7. Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der hydraulische Motor (44) über eine Zahnradpaarung (53, 54) mit der Abtriebswelle (17) der Getriebeanordnung (10) verbunden ist.
8. Getriebeanordnung nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Zahnradpaarung (53, 54) untersetzend ist.
9. Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der hydraulische Motor (44) zugleich als Pumpe und die hydraulische Pumpe (43) zugleich als Motor betreibbar ist.
10. Getriebeanordnung nach Anspruch 9, dadurch g e -k e n n z e i c h ne t, daß die hydraulische Pumpe (43) und der hydraulische Motor (44) als Doppelzahnradpumpe ausgebildet sind.
11. Getriebeanordnung nach Anspruch 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, da zwischen der hydraulischen Pumpe (43) und dem hydraulischen Motor (44) zwei hydraulische Förderleitungen (45, 46) vorgesehen sind, und die Steuereinrichtung (52) an der Förderleitung (45) angeschlossen ist, über die der hydraulische Motor (44) seitens der hydraulischen Pumpe (43) mit Druck beaufschlagbar ist.
12. Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die gesamte Getriebeanordnung (10) in einem kompakten Gehäuse (11) untergebracht ist.