DE9208554U1 - Stufenlos regelbares hydrostatisch-mechanisches Getriebe - Google Patents

Stufenlos regelbares hydrostatisch-mechanisches Getriebe

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Description

Stufenlos regelbares hydrostatisch-mechanisches Getriebe
Die Neuerung betrifft ein stufenlos regelbares hydrostatisch-mechanisches Getriebe, insbesondere für mobile Baumaschinen, gemäß gattungsbildendem Teil des ersten Anspruches.
Durch die DE-OS 40 30 050 ist ein hydrostatisch-mechanisches Lastschaltgetriebe mit einem mehrwelligen Planetengetriebe, einer eingangsseitig angeordneten, volumenverstellbaren Verdrängermaschine bekannt, die mit einer volumenkonstanten Verdrängermaschine hydraulisch verbunden ist, sowie Zahnradnachschaltstufen, Schaltkupplungen, Antriebs- und Abtriebswellen aufweist. Die volumenkonstante Verdrängermaschine weist ein Zahnrad auf, das zum einen über ein Zahnrad und eine durch eine Kupplung trennbare Anfahrwelle mit dem Antrieb verbindbar ist. Andererseits ist über ein Zahnrad, das über eine Hohlwelle und damit verbundenem Sonnenrad an mindestens einem Überlagerungsgetriebe angeschlossen. Die volumenverstellbare Verdrängermaschine ist über Zahnräder an die mit den Überlagerungsgetrieben in Verbindung stehende Antriebswelle angeschlossen und das Sonnenrad und der an die Antriebswelle angeschlossene Steg bilden gemeinsam den Eingang der Überlagerungsgetriebe. Die Überlagerungsgetriebe sind über Kupplungen mit den koaxial angeordneten Antriebswellen kuppelbar.
Der DE-OS 19 18 954 ist ein regelbares Planetengetriebe zu entnehmen, dessen Sonnenrad und dessen Hohlrad oder dessen erstes und zweites Sonnenrad mit der Antriebsmaschine und dessen Steg mit dem anzutreibenden Bauteil in Verbindung stehen. Das Sonnenrad und das Hohlrad oder das erste und zweite Sonnenrad des Planetengetriebes sind vorzugsweise über ein Stufengetriebe jeweils mit einem hydrostatischen Motor verbunden, die mit je einer regelbaren Pumpe zusammenwirken. Die den Sonnenrädern und dem Hohlrad des Planetengetriebes zugeordneten hydrostatischen Motoren sind regelbar ausgebildet und an einen gemeinsamen Druckmittelkreislauf angeschlossen. Zwischen der Antriebsmaschine und den hydrostatischen Motoren sind Kupplungen vorgesehen. In gleicher Weise sind zwischen den hydrostatischen Motoren und den Eingangswellen des Überlagerungsgetriebes weitere Kupplungen vorgesehen.
Die Nachteile des St.d.T. sind im wesentlichen darin begründet, daß infolge der notwendigerweise vorgesehenen Kupplungen sich ein erhöhter
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Bauaufwand ergibt, und eine stufenlose Regelung dadurch bedingt kaum möglich ist.
Ziel des Neuerungsgegenstandes ist es, ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe dahingehend weiterzubilden, daß, bei möglichst kleiner Baugröße der Hydraulikeinheiten, in allen Betriebsbereichen im Hinblick auf die installierte Leistung ein maximales Drehmoment übertragen werden kann, wobei eine stufenlose Regelung in allen Betriebsbereichen gewährleistet werden soll.
Dieses Ziel wird neuerungsgemäß dadurch erreicht, daß bei zwei Eingangswellen des Überlagerungsgetriebes eine davon mittels einer Haltebremse festsetzbar ist, wobei die mechanische Abstützung zur Erzeugung des Drehmomentes des nicht gebremsten hydrostatischen Getriebes auf die Haltebremse erfolgt.
Vorzugsweise ist das Drehmoment des nicht gebremsten hydrostatischen Getriebes größer als das des gebremsten, wobei die Untersetzung des gebremsten hydrostatischen Getriebes kleiner ist als die des ungebremsten.
Insbesondere Baumaschinen arbeiten im Bereich einer Zugkraft/Geschwindigkeits-Hyperbel, welche in allen Betriebspunkten der maximal installierten Leistung entspricht, und zwar unter Berücksichtigung der entsprechenden Wirkungsgrade. Da im unteren Geschwindigkeitsbereich das Zugkraftvermögen groß sein muß bzw. mit Sicht auf das Getriebe im unteren Drehzahlbereich das Drehmomentvermögen hoch sein muß, wird im unteren Drehzahlbereich die Haltebremse aktiviert und somit das hydrostatische Getriebe mit dem großem Momentenvermögen allein für den Antrieb verwendet. Mit steigender Drehzahl bzw. Geschwindigkeit nimmt das zu übertragende Drehmoment ab. Bei Erreichen des Drehmomentbereiches, welcher dem Drehmomentvermögen des kleineren hydrostatischen Getriebes entspricht, wird die Haltebremse nicht weiter aktiviert und beide hydrostatische Getriebe stützen sich aufeinander ab, wobei das kleinere hydrostatische Getriebe unmittelbar nach Lösen der Bremse durch entsprechende hydraulische Ansteuerung mit Drehzahl N=O U/min oder sehr kleiner Drehzahl betrieben wird. Die Erhöhung der Drehzahl bzw. der Geschwindigkeit wird durch Erhöhung der
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Drehzahl des kleineren hydrostatischen Getriebes erreicht, welche sich auf die Drehzahl des großen hydrostatischen Getriebes addiert, und zwar unter Berücksichtigung der gewählten Getriebeübersetzung.
Bei dem neuerungsgemäßen stufenlos regelbaren Getriebe kann das gebremste hydrostatische Getriebe einerseits mit einem geschlossenen und andererseits mit einem offenen Kreislauf betrieben werden, wobei in letzterem bevorzugtem Fall die für die Arbeitshydraulik der Baumaschine zum Einsatz gelangende Arbeitspumpe den Hydraulikmotor des gebremsten hydrostatischen Getriebes mit Druckmedium (Hydrauliköl) beaufschlagt. Diese Maßnahme bietet gegenüber dem geschlossenen Kreislauf den Vorteil, daß eine ohnehin vorhandene und nicht ständig im Einsatz befindliche Pumpe verwendet wird und somit nicht eine zusätzliche, nur für diesen Zweck vorgesehene Pumpe in den Kreislauf integriert werden muß. Der dem gebremsten hydrostatischen Getriebe zugeordnete Hydraulikmotor wird einem weiteren Gedanken der Neuerung gemäß als Konstantmotor ausgebildet.
Bei Verwendung der für die Arbeitshydraulik der Baumaschine zum Einsatz gelangenden Arbeitspumpe zur Ansteuerung des Hydraulikmotors kann der für die Arbeitshydraulik ohnehin ebenfalls vorhandene, aus mehreren Einzelventilen gebildete Steuerblock in einfacher Weise um eine weitere Funktionseinheit erweitert werden.
Die Neuerung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 - Prinzipskizze eines hydrostatisch-mechanischen Antriebes mit geschlossenem hydrostatischem Kreislauf
Figur 2 - Prinzipskizze eines hydrostatisch-mechanischen Antriebes mit einerseits geschlossenem und andererseits offenem hydrostatischem Kreislauf
Figur 1 zeigt als Prinzipskizze einen hydrostatisch-mechanischen Antrieb 1 für eine nicht weiter dargestellte mobile Baumaschine, die hier lediglich durch eine Achse 2 samt Differential 3 und Rädern 4 angedeutet ist. Die wesentlichen Antriebskomponenten dieses Beispieles werden gebildet
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durch einen Dieselmotor 5, eine Hydraulikverstell pumpe 6, einen Hydraulikmotor 7, eine weitere Hydraulikverstellpumpe 8 sowie einen weiteren Hydraulikmotor 9. Die Kombinationen aus Hydraulikverstellpumpe 6 und Hydraulikmotor 7 bzw. Hydraulikverstellpumpe 8 und Hydraulikmotor 9 werden im folgenden hydrostatisches Getriebe A bzw. B genannt, wobei beide Systeme A und B mit jeweils einem geschlossenen hydrostatischen Kreislauf betrieben werden. Ein mechanisches Überlagerungsgetriebe 10 mit einer Ausgangswelle 11 und zwei Eingangswellen 12,13 wirkt mit den Hydraulikmotoren 7 und 9 zusammen. Die Eingangswelle 13, die von dem Hydraulikmotor 9 angetrieben wird, ist über eine Haltebremse 14 festsetzbar. Die Haltebremse 14 ist hierbei mittels eines Hydraulikkreislaufes 15 betätigbar.
Das Verfahren wird von dem Zustand aus beschrieben, bei dem die Ausgangsdrehzahl aus dem Überlagerungsgetriebe 10 den Wert N=O U/min besitzt. Dies wird erreicht, indem die hydrostatischen Getriebe A und B auf Ausgangsdrehzahl N=O U/min gestellt werden und die Hydraulikmotoren 7 und 9 auf maximalen Schwenkwinkel und die von dem Dieselmotor 5 angetriebenen Hydraulikverstellpumpen 6 und 8 auf den Schwenkwinkel VG = 0 cm3 eingestellt sind und aus diesem Grund ihrerseits nicht die Hydraulikmotoren 7 und 9 antreiben. Die Haltebremse 14 ist in Bremswirkung und setzt die Eingangswelle 13 des Überlagerungsgetriebes 10 fest, auf welche der Hydraulikmotor 9 gekoppelt ist.
Zum Zwecke der Erhöhung der Ausgangsdrehzahl aus dem Überlagerungsgetriebe 10 wird zunächst nur das hydrostatische Getriebe A stufenlos auf höhere Drehzahl verstellt. Die mechanische Abstützung zur Erzeugung des Drehmomentes erfolgt hierbei auf die Haltebremse 14. Das Ausgangsdrehmoment aus dem Überlagerungsgetriebe 10 ist hierbei ausschließlich vom Betriebsdruck im hydrostatischen Getriebe A, von dem aktuellen Fördervolumen des Hydraulikmotors 7 und seiner mechanischen Übersetzung auf die Ausgangswelle 11 des Überlagerungsgetriebes 10 abhängig. Die Auslegung der Nenngröße des Hydraulikmotors 7 und die seiner mechanischen Übersetzung im Überlagerungsgetriebe 10 wird so gewählt, daß das Ausgangsdrehmomentenvermögen relativ hoch ist im Verhältnis zum hydrostatischen Getriebe B mit seiner entsprechenden mechanischen Übersetzung im Überlagerungsgetriebe 10. Weiterhin wird die Auslegung aber nur so groß gewählt, daß bei Erreichen der maximalen Drehzahl des hydrostatischen Getriebes A sein
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maximal mögliches Drehmoment, welches durch die installierte Antriebsleistung des Dieselmotors 5 begrenzt ist, nur so groß ist, daß sich nun der Hydraulikmotor 7 auf den Hydraulikmotor 9 abstützen kann. Bei Erreichen der maximalen Drehzahl des hydrostatischen Getriebes A wird zum Zwecke der weiteren Erhöhung der Ausgangsdrehzahl aus dem Überlagerungsgetriebe 10 die Haltebremse 14 gelöst und das hydrostatische Getriebe B stufenlos auf höhere Drehzahl verstellt. Die Auslegung der Nenngröße des Hydromotors 9 und die seiner mechanischen Übersetzung im Überlagerungsgetriebe 10 wird so gewählt, daß die Ausgangsdrehzahl relativ hoch ist im Verhältnis zum hydrostatischen Getriebe B mit seiner entsprechenden mechanischen Übersetzung. Da aufgrund des Funktionsprinzips des Überlagerungsgetriebes 10 die beiden Eingangsdrehzahlen mechanisch addiert werden, erhöht sich nach dem Lösen der Haltebremse 14 und der Erhöhung der Drehzahl des hydrostatischen Getriebes B die Ausgangsdrehzahl des Überlagerungsgetriebes 10 auf Werte, welche sich aus der Summe der maximalen Drehzahlen der hydrostatischen Getriebe A und B sowie der entsprechenden mechanischen Übersetzungen im Überlagerungsgetriebe 10 ergeben.
Die Reduzierung der Ausgangsdrehzahl aus dem Überlagerungsgetriebe 10 erfolgt, indem zunächst das hydrostatische Getriebe B stufenlos auf Drehzahl N=O U/min gestellt wird. Im Anschluß daran wird die Haltebremse 14 aktiviert und dann das hydrostatische Getriebe A stufenlos auf kleinere Drehzahl verstellt.
Figur 2 zeigt als Alternative zu Figur 1 anhand einer Prinzipskizze einen hydrostatisch-mechanischen Antrieb 17 für eine nicht weiter dargestellte mobile Baumaschine. Die mit der Figur 1 übereinstimmenden Bauteile werden mit gleichen Bezugsziffern versehen. Abweichend zu Figur 1 ist, daß das hydrostatische Getriebe A mit einem geschlossenen hydrostatischen Kreislauf und das hydrostatische Getriebe B mit einem offenen hydrostatischen Kreislauf betrieben werden, wobei die Pumpe 18 durch die nicht ständig im Einsatz befindliche Arbeitspumpe für die Arbeitshydraulik gebildet wird. Angedeutet ist dies beispielsweise durch zwei Arbeitszylinder 19,20, die durch entsprechende Ventile 21,22 betätigbar sind. Ein weiteres Ventil 23 als weitere Funktionseinheit bildet zusammen mit den Ventilen 21,22 den Steuerblock 24 und steuert den in diesem Fall als Konstantmotor ausgebildeten Hydraulikmotor 9. Mit Ausnahme der unterschiedlich gewählten Kreis-
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laufe der hydrostatischen Getriebe A,B bleibt die Steuerung des Gesamtsystems jedoch aufrechterhalten.
&Rgr;&Agr;&Idigr;2255&Agr;&Tgr;

Claims (9)

Schutzansprüche
1. Stufenlos regelbares hydrostatisch-mechanisches Getriebe (1,17), insbesondere für mobile Baumaschinen, mit mindestens zwei jeweils eine Hydraulikverstellpumpe (6,8,18) und mindestens einen Hydraulikmotor (7,9) aufweisenden hydrostatischen Getriebe (A,B) und einem mindestens zwei Eingangswellen (12,13) und mindestens eine Ausgangswelle (11) aufweisenden mechanischen Überlagerungsgetriebe (10), wobei die Hydraulikverstellpumpen (6,8,18) von einer Antriebsmaschine (5) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Eingangswellen (12,13) des Überlagerungsgetriebes (10) eine davon (13) mittels einer Haltebremse (14) festsetzbar ist, wobei die mechanische Abstützung zur Erzeugung des Drehmomentes des nicht gebremsten hydrostatischen Getriebes (A) auf die Haltebremse (14) erfolgt.
2. Stufenlos regelbares Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment des nicht gebremsten hydrostatischen Getriebes (A) größer ist als das des gebremsten (B).
3. Stufenlos regelbares Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersetzung des gebremsten hydrostatischen Getriebes (B) kleiner ist als die des ungebremsten (A).
4. Stufenlos regelbares Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltebremse (14) hydraulisch beaufschlagbar ist.
5. Stufenlos regelbares Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Getriebe (B) durch einen geschlossenen hydrostatischen Kreislauf gebildet ist.
6. Stufenlos regelbares Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Getriebe (B) durch einen offenen hydrostatischen Kreislauf gebildet ist.
7. Stufenlos regelbares Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Arbeitshydraulik der Baumaschine zum Einsatz gelangende Arbeitspumpe (18) den Hydraulikmotor (9) mit Druckmedium beaufschlagt.
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8. Stufenlos regelbares Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (9) als Konstantmotor ausgebildet ist.
9. Stufenlos regelbares Getriebe nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der aus mehreren Einzelventilen (21,22) gebildete, für die Arbeitshydraulik vorgesehene Steuerblock (24) um eine Funktionseinheit (29) erweitert wird, die den Hydraulikmotor (9)
stufenlos ansteuert.
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