DE4236671C1 - Stufenlos wirkendes hydrostatisch-mechanisches Lastschaltgetriebe in kurzer Bauweise - Google Patents

Description

Stufenlos wirkende hydrostatisch-mechanische Lastschaltgetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Art eignen sich vorteilhaft für Kraftfahrzeuge, da sie sich in weiten Bereichen stufenlos verstellen lassen und außerdem gute Wirkungsgrade haben. Der relativ große Stellbereich erlaubt den Betrieb der Brennkraftmaschine auf Vorzugskennlinien. Solche Kennlinien können z. B. die Kurve für minimalen Kraftstoffverbrauch oder eine Linie für ein gutes Beschleunigungsverhalten sein.

Aus den Figuren der Patentschrift DE 31 47 447 C2 geht hervor, daß sich die Nachschaltstufen beidseitig von dem vierwelligen Umlaufgetriebe befinden. Dies ist auch der Fall bei den Fig. 1 bis 5 der Patentschrift DE 35 12 523 C1. Bei den übrigen Figuren dieser Patentschrift liegen die Nachschaltstufen einseitig neben dem vierwelligen Umlaufgetriebe. Alle in dieser Patentschrift vorgestellten Getriebe verfügen über Gruppengänge, um die Gänge einer Ganggruppe mehrfach auszunutzen. Dies trifft ebenfalls für das in Fig. 2 der Offenlegungsschrift DE 40 21 643 A1 vorgestellte Getriebe. Die Koppelwellen sind hier ebenfalls beidseitig vom vierwelligen Umlaufgetriebe angeordnet. Auf jeder Koppelwelle befinden sich in axialem Abstand voneinander zwei Zahnräder, die wechselweise die Leistung über auf einer Zwischenwelle (ZW) gelagerte, schaltbare Zahnräder und über weitere Zahnradstufen von dieser auf die Ausgangswellen (AW1, AW2) übertragen. Während bei den Getrieben der Patentschriften DE 31 47 447 C2 und DE 35 12 523 C1 das Anfahren über Reibungskupplungen erfolgt, geschieht dies bei dem Getriebe der Offenlegungsschrift DE 40 21 643 A1 mit Hilfe des hydrostatischen Getriebes. Dies trifft auch für das Getriebe nach der Patentschrift DE 38 15 780 C2 zu. Hier werden der Anfahrgang und der 1. Gang sowie der 2. und 3. Gang jeweils nur mit einer Stufe verwirklicht. Die einzelnen Gänge liegen bei diesem Getriebe einseitig vom vierwelligen Umlaufgetriebe. Auch beim Getriebe nach der Patentschrift DE 38 38 767 C2 befinden sich die einzelnen Gänge neben dem vierwelligen Umlaufgetriebe. Bei diesem Getriebe realisiert eine entsprechende schaltbare Stirnradstufe den 1. und 2. Gang. Ein hydrostatisches Anfahren geht auch aus der Fig. 1 der Patentschrift DE 38 38 768 C2 hervor, bei der aber wieder die einzelnen Gänge beidseitig vom vierwelligen Umlaufgetriebe angeordnet sind. Bei diesem Getriebe befinden sich zwischen den Koppelwellen und den Wellen zu den Nachschaltstufen Schalt-Reibungskupplungen, die den eigentlichen Gangwechsel vollziehen, während die Zahnkupplungen mit Synchronisiereinrichtungen lediglich vorbereitende Schaltungen leerlaufender Getriebeteile zu bewerkstelligen haben. Die Figuren der Patentschriften DE 39 03 877 C1 und DE 39 03 876 C1 und US 3580107 zeigen ebenfalls, daß die Nachschaltstufen beidseitig neben dem mehrwelligen Umlaufgetriebe angeordnet sind. Alle vorstehend erwähnten Getriebe und auch die Getriebe mit koaxial angeordneten An- und Abtriebswellen, z. B. nach den Patentschriften US 4008628 und DE 33 42 047 C2 bauen relativ lang.

In vielen Fällen, z. B. bei querliegendem Motor reichen für solche Getriebe die zur Verfügung stehenden Baulängen nicht aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Konzept für ein stufenlos wirkendes hydrostatisch-mechanisches Lastschaltgetriebe vorzuschlagen, das eine kurze Bauweise bei einem Achsversatz von An- und Abtriebswelle ermöglicht. Das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruches löst diese Aufgabenstellung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht das vierwellige Umlaufgetriebe aus der Planetenstufe I mit dem Sonnenrad 1′, Hohlrad 2′ und Planetenradträger s′ mit den Planetenrädern p′ und der Planetenstufe II mit dem Sonnenrad 1′′, Hohlrad 2′′ und Planetenradträger s′′ mit den Planetenrädern p′′. Die Glieder s′′ und 2′ stehen über eine Anfahrkupplung K mit der Antriebswelle 1 in Verbindung. Die Zahnräder 3; 4 schließen die volumenverstellbare Verdrängermaschine a an die Antriebswelle 1 an. Die Sonnenräder 1′ und 1′′ bilden eine Einheit, die die Zahnräder 5; 6 mit der volumenkonstanten Einheit b verbinden. Das Glied s′ stellt die langsamlaufende und das Glied 2′′ die schnellaufende Koppelwelle dar. Diese Koppelwellen führen mittels Nachschaltstufen und Schalt-Zahnkupplungen abwechselnd die Leistung über eine Zwischenwelle c zur Abtriebswelle 2.

Es realisieren die Zahnräder 7; 8 und 9; 10 über die Schalt- Zahnkupplungen z1 und z2 den 1. Gang, die Zahnräder 11; 12 und 9; 10 über die Schalt-Zahnkupplungen z3 und z2 den 2. Gang, die Zahnräder 7; 8; 13 über die Schalt-Zahnkupplung z4 den 3. Gang, die Zahnräder 11; 12; 14 über die Schalt-Zahnkupplung z5 den 4. Gang, die Zahnräder 7; 8; 15; 16 über die Schalt-Zahnkupplungen z1 und z6 den 5. Gang, die Zahnräder 11; 12; 15; 16 über die Schalt-Zahnkupplungen z3 und z6 den 6. Gang sowie die Zahnräder 7; 8; 17; 18; 19 über die Schaltzahnkupplungen z1 und z7 den 1. Rückwärtsgang und schließlich die Zahnräder 11; 12; 17; 18; 19 über die Schalt-Zahnkupplungen z3 und z7 den 2. Rückwärtsgang.

Tafel 1 erklärt die Schaltlogik für das Getriebe nach Fig. 1. Es bedeutet das Zeichen beim Heraufschalten Zahnkupplung vorbereitend lastfrei auslegen und beim Herunterschalten Zahnkupplung vorbereitend lastfrei einlegen. Hingegen besagt das Zeichen ○ beim Heraufschalten Zahnkupplung vorbereitend lastfrei einlegen und beim Herunterschalten Zahnkupplung vorbereitend lastfrei auslegen.

Tafel 1: Schaltlogik für das Getriebe nach Fig. 1

Die Schalt-Zahnkupplungen z3 und z6 müssen zum Synchronisieren leerlaufender Glieder mit Synchronisiereinrichtungen versehen sein.

Fig. 2 stellt für das Getriebe nach Fig. 1 den Verlauf der Übersetzung i₂₁ als Verhältnis der Drehzahl n₂ an der Abtriebswelle 2 zur Drehzahl n₁ an der Antriebswelle 1 abhängig von der Übersetzung i_ba als Verhältnis der Drehzahl n_b der Verdrängermaschine b zur Drehzahl n_a der Verdrängermaschine a dar. In Fig. 2 sind die leistungsführenden Gänge und ferner die jeweils zugehörigen Koppelwellen s′ oder 2′′ gekennzeichnet.

Bei der Übersetzung i_ba = 1,0 läuft das vierwellige Umlaufgetriebe als Kupplung um. Die Gänge, die in diesem Betriebspunkt wechseln, haben die gleiche Übersetzung. Die Gänge, die im Betriebspunkt i_ba = -1 tauschen, weisen in ihrer Übersetzung einen Stufensprung auf, der gleich dem Verhältnis der maximalen Drehzahl der schnellaufenden Koppelwelle 2′′ zur maximalen Drehzahl der langsamlaufenden Koppelwelle s′ ist. Auf diese Weise können sich die Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung bei synchronen Drehzahlen vollziehen. Zunächst wird der neue Gang eingelegt und anschließend der alte ausgelöst.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel. Im Vergleich zu dem Getriebe nach Fig. 1 entfällt die Anfahrkupplung K. Das Anfahren erfolgt rein hydrostatisch, und zwar in der Regel im 1. Gang über die Schalt-Lamellenkupplung L1, Schalt-Zahnkupplungen z8, z1 und z2 sowie Zahnräder 20; 21; 7; 8; 9 und 10. Den Anfahrgang bezeichnet man als 0. Gang. In diesem Gang wird die Übersetzung des hydrostatischen Getriebes bei Vorwärtsfahrt von i_ba = 0 bis -1 und bei Rückwärtsfahrt von i_ba = 0 bis 1 verstellt.

Ferner unterscheidet sich das Getriebe nach Fig. 3 von dem nach Fig. 1 dadurch, daß sich einerseits zwischen der langsamlaufenden Koppelwelle s′ und den zugehörigen Nachschaltstufen die Schalt-Lamellenkupplung L2 und sich andererseits zwischen der schnellaufenden Koppelwelle 2′′ und den zugehörigen Nachschaltstufen die Schalt-Lamellenkupplung L3 befindet.

Den eigentlichen Gangwechsel vollziehen jetzt die Schalt-Lamellenkupplungen bei synchronen Drehzahlen. Die mit Synchronisiereinrichtungen ausgerüsteten Schalt-Lamellenkupplungen z1; z2, z3; z4; z5; z8 und z9 nur vorbereitende Schaltungen durchzuführen, wobei sie jeweils leerlaufende Getriebeteile ansynchronisieren müssen. Die jeweils geöffneten Lamellenkupplungen erhalten keine aufgezwungenen Differenzdrehzahlen. Dadurch bleiben ihre Leerlaufverlustleistungen klein. Durch die beschriebene Art der Schalttechnik lassen sich die Schaltkräfte und damit auch der Verschleiß der Zahnkupplungen klein halten und ferner ein ruckfreier Gangwechsel erreichen.

Tafel 2 erklärt die Schaltlogik für das Getriebe nach Fig. 3. Es bedeuten das Zeichen beim Heraufschalten nach dem Öffnen der alten Schalt-Lamellenkupplung die Zahnkupplung vor dem Schließen der neuen Schalt-Lamellenkupplung die Zahnkupplung vorbereitend lastfrei einlegen und ferner das Zeichen ○ beim Heraufschalten vor dem Schließen der neuen Schalt-Lamellenkupplung die Zahnkupplung vorbereitend lastfrei einlegen und beim Herunterschalten nach dem Öffnen der alten Schalt-Lamellenkupplung die Zahnkupplung vorbereitend lastfrei auslegen.

Tafel 2: Schaltlogik für das Getriebe nach Fig. 3

Analog Fig. 2 zeigt Fig. 4 das Übersetzungsverhalten des Getriebes nach Fig. 3.

Claims (1)

1. Stufenlos wirkendes hydrostatisch-mechanisches Lastschaltgetriebe, bestehend aus einem vierwelligen Zahnräder- Umlaufgetriebe, von dem eine Welle die Antriebswelle bildet, eine zweite Welle für den Anschluß einer hydrostatischen Verdrängermaschine dient, die mit einer an die Antriebswelle angeschlossenen Verdrängermaschine ein stufenlos einstellbares hydrostatisches Getriebe darstellt, und wobei die noch verbleibenden beiden Wellen des vierwelligen Umlaufgetriebes als Koppelwellen fungieren, die abwechselnd über Zahnrad- Nachschaltstufen die durchzusetzende Leistung zur Abtriebswelle führen, wobei der Wechsel der einzelnen Gänge ohne Zugkraftunterbrechung und bei synchronen Drehzahlen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder der beidseitig vom vierwelligen Umlaufgetriebe angeordneten Koppelwellen nur ein einziges Zahnrad sitzt, das jeweils mit einem auf einer Zwischenwelle gelagerten, schaltbaren Zustand kämmt, das selbst wieder mit einem auf der Abtriebswelle gelagerten, schaltbaren Zahnrad kämmt, wobei diese genannten Räderzüge jeweils für einen Gang vorgesehen sind, und daß zwischen diesen Räderzügen von der Zwischenwelle zur Abtriebswelle schaltbare Zahnradstufen vorhanden sind, von denen jeweils eine zur Realisierung von zwei Gängen dient.