WO2010091778A1

WO2010091778A1 - Stufenloses hydrostatisches getriebe mit leistungsverzweigung

Info

Publication number: WO2010091778A1
Application number: PCT/EP2010/000404
Authority: WO
Inventors: Markus Liebherr; Peter Dziuba; Josef HÄGLSPERGER
Original assignee: Mali Holding Ag
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2010-08-19
Also published as: CH700414A1; DE112010000699A5; US8915813B2; JP2012517572A; US20120231914A1; CN102301159A; SE1150793A1

Abstract

Ein stufenloses hydrostatisches Getriebe (10) mit Leistungsverzweigung für ein Fahrzeug, umfasst einen als Pumpe arbeitenden ersten Hydrostaten (H1) und einen als Motor arbeitenden zweiten Hydrostaten (H2), sowie einen Planetentrieb (12), eine antriebsseitige erste Welle (W1) und ein Summierungsmittel (W6), wobei die an der ersten Welle (W1) anliegende Leistung über den Planetentrieb (12) auf einen mechanischen Getriebezweig (Z9, W2, Z1, Z2) und einen durch die beiden hydraulisch gekoppelten Hydrostaten (H1, H2) gebildeten hydraulischen Getriebezweig (Z7, W3, Z4, Z5, Z6, H1, H2) aufgeteilt und an dem Summierungsmittel (W6) wieder zusammengeführt wird. Bei einem solchen Getriebe wird ein kompakter und vereinfachter Aufbau und eine grosse Flexibilität in der Anwendung dadurch erreicht, dass die Leistungsübertragung zwischen erster Welle (W1) und Summierungsmittel (W6) ausschliesslich durch ein Verändern der Schluckvolumina der Hydrostaten (H1, H2) steuerbar ist.

Description

Stufenloses hydrostatisches Getriebe mit Leistungsverzweigung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der stufenlosen hydrostatischen Getriebe mit Leistungsverzweigung. Sie betrifft ein solches Getriebe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Leistungsverzweigungsgetriebe, insbesondere für den Einsatz bei land- oder bauwirtschaftlich genutzten Fahrzeugen wie z.B. Traktoren, sind seit langem bekannt. Bei solchen Lei- stungsverzweigungsgetrieben wird die an einer Eingangswelle bzw. Antriebswelle anliegende, üblicherweise von einem Verbrennungsmotor abgegebene Leistung auf einen ersten mechanischen Leistungszweig mit fester Übersetzung und einen zweiten, in der Übersetzung stufenlos veränderbaren Leistungszweig aufgeteilt und anschliessend wieder zusammengeführt, um an einer Ausgangswelle bzw. Abtriebswelle zur Verfügung zu stehen. Der zweite Leistungszweig ist meistens als hydrostatischer Zweig ausgebildet, bei dem zwei hydrostatische Axialkolbenmaschinen (Hydrostaten) von Schrägachsen- oder Schrägscheibentyp, die hydraulisch miteinander verbunden sind, wahlweise als Pumpe oder Motor arbeiten. Die Übersetzung kann dabei durch die Veränderung des Schwenkwinkels des Zylinderblocks bzw. der Schrägscheibe verändert werden. Die Aufteilung der Leistung auf die beiden Leistungszweige und die Zusammenführung der verzweigten Leistungen erfolgt üblicherweise mittels eines Planetengetriebes. Leistungsverzweigungsgetriebe der beschriebenen Art sind in unter- schiedlicher Ausgestaltung in der DE-Al -27 58 300, der DE-C2-29 04 572, der DE-Al -29 50 61 9, der DE-Al -37 07 382, der DE-Al -37 26 080, der DE-Al -39 1 2 369, der DE-Al -39 1 2 386, der DE-Al -43 43 401 , der DE-Al -43 43 402, der EP-Bl -O 249 001 und der EP-A2-1 273 828 offenbart.

Um ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit Erfolg in der Praxis einsetzen zu können, sollte es sich generell durch die folgenden Eigenschaften auszeichnen: • Das Getriebe sollte einen hohen Wirkungsgrad über den ganzen Geschwindigkeitsbereich aufweisen. Dies sollte insbesondere bei den hohen Fahrgeschwindigkeiten, die im Strassenverkehr über einen längeren Zeitraum gefahren werden, der Fall sein.

• Das Getriebe sollte kompakt aufgebaut sein, um den Einbau in die unterschiedlich- sten Fahrzeuge möglichst ohne konstruktive Einschränkungen zu ermöglichen.

• Das Getriebe sollte eine vollumfängliche elektronische Steuerung im Zusammenhang mit dem Motormanagement ermöglichen und auch bei Ausfall bestimmter Steuerungselemente ausreichende Notfahrprogramme zur Verfügung stellen.

• Das Getriebe sollte die Übertragung von hohen Leistungen ermöglichen.

• Das Getriebe sollte zur Begrenzung der Leistungsverluste und Erhöhung der Funktionssicherheit möglichst einfach aufgebaut sein.

In der eingangs genannten DE-Al-43 43 402 ist bereits ein als SHL-Getriebe (Stufenloses Hydrostatisches Leistungsverzweigungsgetriebe) bezeichnetes Leistungsverzweigungsgetrie- be beschrieben worden, das sich durch zwei hydraulisch gekoppelte gleichartige Hydrosta- ten in Schrägachsenbauweise auszeichnet, die über Kupplungspaare bzw. Wechselschaltelemente K1/K2 bzw. K3/K4 auf unterschiedliche Weise mit einem Planetendifferentialge- triebe koppelbar sind. Das bekannte SHL-Getriebe ist unter der Typbezeichnung SHL-Z bei Stadtbussen eingesetzt und getestet worden. Die beiden eingesetzten Hydrostaten haben einen Schwenkbereich von lediglich 0-25°. Für die Vorwärtsfahrt ergeben sich dabei 3 Fahr- stufen bzw. Fahrbereiche: Im ersten Fahrbereich ist im Anfahrpunkt der hydrostatische Anteil der übertragenen Leistung 100% und geht dann linear mit der Geschwindigkeit gegen Null. Im zweiten Fahrbereich geht er von Null auf ein Maximum von etwa 27% und dann wieder zurück auf Null. Im dritten Fahrbereich geht er von Null auf einen Maximalwert von 13% bei der höchsten Vorwärtsgeschwindigkeit.

Der hydrostatische Leistungsübertragungszweig eines solches Getriebes umfasst üblicherweise zwei hydrostatische Axialkolbenmaschinen, die hydraulisch miteinander in Verbindung stehen und von denen die eine jeweils als Pumpe und die andere als Motor arbeitet. Je nach Fahrstufe können die beiden Maschinen dabei ihre Rollen vertauschen.

Die hydrostatischen Axialkolbenmaschinen stellen einen wesentlichen Bestandteil des hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetriebes dar und prägen massgeblich die Eigenschaften des Getriebes wie z.B. den Wirkungsgrad, die Baugrösse, die Komplexität, den überdeckten Geschwindigkeitsbereich, Art und Anzahl der Fahrstufen und dgl.. Beispiele für derartige hydrostatische Axialkolbenmaschinen sind in der DE-Al-198 33 71 1 oder der DE-Al-100 44 784 oder der US-Al -2004/01 73089 offenbart. Funktionsweise und Theorie von hydrostatischen Axialkolbenmaschinen sowie eines damit ausgerüsteten leistungsverzweigten Traktorgetriebes sind in einer Veröffentlichung der TU München aus dem Jahr2000 von H. Bork et al., „Modellbildung, Simulation und Analyse eines stufenlosen leistungsverzweigten Traktorgetriebes", beschrieben.

Aus der WO-Al -2006/042434 schliesslich ist ein stufenloses hydrostatisches Leistungsver- zweigungsgetriebe bekannt, dass mit zwei Grosswinkelhydrostaten mit einem Schwenkbereich von bis zu 50° arbeitet. Der gesamte Geschwindigkeitsbereich des Getriebes ist in zwei Abschnitte unterteilt, in denen die beiden Hydrostaten ihre Funktionen als Pumpe und Motor vertauschen. Zum Umschalten zwischen den beiden Abschnitten sind zwei Doppelkupp- lungen vorgesehen, über welche die Hydrostaten auf unterschiedliche Weise mit dem lei- stungsverzweigenden Planetentrieb verbunden werden. Mit diesem Getriebe kann stufenlos ein grosser Ceschwindigkeitsbereich bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad abgedeckt werden. Es baut jedoch relativ gross, weil für die umschaltbaren Verbindungen mit den Doppelkupplungen Platz benötigt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein vergleichbares Getriebe zu schaffen, das besonders kompakt baut, sich durch einen vereinfachten Aufbau auszeichnet und sich modular an unterschiedliche Erfordernisse des Fahrzeugs anpassen lässt, sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst. Das erfindungsgemässe Getriebe umfasst einen als Pumpe arbeitenden ersten Hydrostaten und einen als Motor arbeitenden zweiten Hydrostaten, sowie einen Planetentrieb, eine antriebs- seitige erste Welle und ein Summierungsmittel, wobei die an der ersten Welle anliegende Leistung über den Planetentrieb auf einen mechanischen Getriebezweig und einen durch die beiden hydraulisch gekoppelten Hydrostaten gebildeten hydraulischen Getriebezweig aufge- teilt und an dem Summierungsmittel wieder zusammengeführt wird. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Leistungsübertragung zwischen erster Welle und Summierungsmittel ausschliesslich durch ein Verändern der Schluckvolumina der Hydrostaten steuerbar ist.

Eine erste Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schluckvolumina der beiden Hydrostaten durch einen Schwenkvorgang veränderbar sind, und dass die beiden Hydrostaten als Grosswinkelhydrostaten mit einem Schwenkbereich von wenigstens etwa 45° ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich ein Geschwindigkeitsbereich verwirklichen, der bis zu etwa 50 km/h reicht.

Vorzugsweise ist der zweite Hydrostat zu wenigstens einer Seite um wenigstens etwa 45° verschwenkbar und der erste Hydrostat zu einer Seite um wenigstens etwa 45° und zur an- deren Seite um wenigstens etwa 30° verschwenkbar. Hierdurch wird auf einfache Weise eine stufenlose Rückwärtsfahrt ermöglicht.

Bevorzugt sind die Hydrostaten dabei als Axialkolben-Schrägachsenhydrostaten ausgebildet.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Hydro- stat ein wesentlich grosseres maximales Schluckvolumen aufweist als der erste Hydrostat. Eine besonders hohe Zugkraft des Fahrzeugs lässt sich dadurch erreichen, dass das maximale Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten etwa doppelt so gross ist, wie das maximale Schluckvolumen des ersten Hydrostaten. Insbesondere beträgt das maximale Schluckvolumen des ersten Hydrostaten etwa 1 60 cm³.

Cemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Summierungsmittel eine Sum- mierungswelle.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Hydrostaten parallel zueinander und zur ersten Welle angeordnet sind. Insbesondere können die beiden Hydrostaten, bezogen auf die Richtung der ersten Welle, nebeneinander, vorzugsweise in einer horizontalen Ebene, angeordnet sein.

Es ist aber auch denkbar, dass die beiden Hydrostaten, bezogen auf die Richtung der ersten Welle, koaxial hintereinander und spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, dass der Planetentrieb in axialer Richtung vor den beiden Hydrostaten und das Summierungsmittel in axialer Richtung hinter den beiden Hydrostaten angeordnet sind, und dass das Planeten- trieb und Summierungsmittel durch eine oberhalb der beiden Hydrostaten in axialer Richtung verlaufenden Welle in Wirkverbindung stehen. Durch diese spezielle Anordnung wird es möglich, insbesondere bei der Anwendung des Getriebes in Kleinschleppern, einen tieflie- genden Kabinenboden zu realisieren, der zwischen Planetentrieb und Summierungsmittel bis nahe an die Welle zwischen Planetentrieb und Summierungsmittel herunterreicht.

Eine andere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Planetentrieb ein zentrales Sonnenrad und ein das Sonnenrad konzentrisch umgebendes Hohlrad sowie zwischen bei- den angeordnete, an einem Planetensteg drehbar gelagerte Planetenräder umfasst, dass der Planetensteg mit der ersten Welle drehfest verbunden ist, dass das Hohlrad mit dem ersten Hydrostaten in Wirkverbindung steht, und dass das Sonnenrad mit dem zweiten Hydrostaten in Wirkverbindung steht.

Cemäss einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich die erste Welle durch den Planetentrieb hindurch und ist auf der dem Antrieb gegenüberliegenden Seite als Zapfwelle ausgebildet.

Cemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung steht das Summierungsmittel mit einer zweiten Welle für den Antrieb der Hinter- und/oder Vorderachse in Wirkverbindung, wobei insbesondere der Antrieb der Vorderachse über eine Kupplung zuschaltbar ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb des Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Verwirklichung eines stufenlosen Vorwärtsfahrbereichs vor dem Anfahren zunächst das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten auf Null und das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten auf Maximum gestellt wird, dass in einer ersten Phase das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten in Vorwärtsfahrtrichtung vergrössert wird, bis es sein Maximum in Vorwärtsfahrt- richtung erreicht, und dass in einer zweiten Phase das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten vom Maximum bis auf Null verringert wird. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zur Verwirklichung eines stufenlosen Rückwärtsfahrbereichs vor dem Anfahren zunächst das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten auf Null und das Schluckvolumen des zweiten Hy- drostaten auf Maximum gestellt wird, dass in einer ersten Phase das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten in Rückwärtsfahrtrichtung vergrössert wird, bis es sein Maximum in Rückwärtsfahrtrichtung erreicht, und dass in einer zweiten Phase das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten vom Maximum bis auf Null verringert wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 das Prinzipschema eines stufenlosen hydrostatischen Getriebes mit Leistungsverzweigung gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 in mehreren Teilfiguren (a) bis (c) die Verstellung der Hydrostaten über den Vorwärtsfahrbereich des Getriebes nach Fig. 1 ;

Fig. 3 in mehreren Teilfiguren (a) bis (c) die Verstellung der Hydrostaten über den Rückwärtsfahrbereich des Getriebes nach Fig. 1 ;

Fig. 4 die Kurven der Zugkraft (ZK), des Wirkungsgrads (η) und des hydrostati- sehen Leistungsanteils (HL) des Getriebes nach Fig. 1 über der Geschwindigkeit für eine erste Grosse der Hydrostaten; Fig. 5 die Kurven der Zugkraft (ZK)₁ des Wirkungsgrads (η) und des hydrostatischen Leistungsanteils (HL) des Getriebes nach Fig. 1 über der Geschwindigkeit für eine zweite Grosse der Hydrostaten;

Fig. 6 in mehreren Ansichten eines erstes komplettes Getriebe der in Fig. 1 dar- gestellten Art;

Fig. 7 in mehreren Ansichten eines zweites komplettes Getriebe der in Fig. 1 dargestellten Art;

Fig. 7a den inneren Aufbau des Getriebes aus Fig. 7 in perspektivischer Explosionsdarstellung;

Fig. 7b den beispielhaften Aufbau des mit der Welle W6 verbundenen zweiten

Hydrostaten H2 aus Fig. 7a;

Fig. 8 das Prinzipschema eines stufenlosen hydrostatischen Getriebes mit Leistungsverzweigung für Kleinschlepper mit abgesenktem Kabinenboden- gemäss einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 9 das Prinzipschema eines stufenlosen hydrostatischen Getriebes mit Leistungsverzweigung für Kleinschlepper mit abgesenktem Kabinenboden- gemäss Fig. 8 in modularer Ausführung;

Fig. 1 zeigt das Prinzipschema eines stufenlosen hydrostatischen Getriebes mit Leistungsver- zweigung gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Getriebe 10 überträgt die Leistung eines Verbrennungsmotors 1 1 , der symbolisch durch einen Kolben dargestellt ist, an eine Welle W7, die als Abtriebswelle die Leistung zur Hinterachse und oder Vorderachse eines Fahrzeugs bringt. Das Getriebe 10 umfasst zwei Leistungszweige, nämlich einen mechanischen Leistungszweig und einen hydraulischen Leistungszweig. Die am Eingang anstehende Leistung wird je nach Fahrbereich auf unterschiedliche Weise auf die beiden Zweige aufgeteilt, wobei der mechanische Zweig unveränderlich und der hydrostatische Zweig veränderbar sind.

Wesentliche Teile des Getriebes 10 sind ein Planetentrieb 12 mit zentralem Sonnenrad Z9, umlaufenden Planetenrädern Z8 und einem konzentrisch die Planetenräder Z8 umschlie- ssenden Hohlrad Z7, ein erster Grosswinkelhydrostat H l mit einem positiven Schwenkbereich von etwa 45° und einem negativen Schwenkbereich von etwa 30°, ein zweiter Gross- winkelhydrostat H2 mit einem einseitigen Schwenkbereich von etwa 45°, und eine Summie- rungswelle W6, an der die Leistungen der beiden Zweig wieder zusammengeführt werden. Die beiden Hydrostaten Hl und H2 sind links und rechts von einer ersten Welle Wl mit ihren Drehachsen parallel zu dieser Welle angeordnet. Die erste Welle Wl koppelt als Antriebswelle die Leistung des Verbrennungsmotors 1 1 in das Getriebe 10 ein. Sie erstreckt sich durch den Planetentrieb 1 2 hindurch und steht als Zapfwelle W5 auf der anderen Seite des Getriebes für den Antrieb externer Geräte zur Verfügung.

Auf der ersten Welle Wl sitzt drehfest ein Planetensteg 1 3, der die Planetenräder Z8 trägt. Das zentrale Sonnenrad Z9 ist über eine erste Hohlwelle W2 drehfest mit einem Zahnrad Zl verbunden, das die Drehung über ein erstes Zwischenzahnrad Z2 auf ein Zahnrad Z3 auf der Summierungswelle W6 überträgt. Die Summierungswelle W6 ist direkt mit dem zweiten Hydrostaten H2 verbunden. Das Hohlrad Z7 ist über eine zweite Hohlwelle W3 drehfest mit einem Zahnrad Z4 verbunden, die Drehung über ein zweites Zwischenzahnrad Z5 auf ein Zahnrad Z6 auf der Welle W4 überträgt. Die Welle W4 ist direkt mit dem ersten Hydrostaten Hl gekoppelt. Die beiden Hydrostaten H l und H2 sind - was in der Zeichnung nicht darge- stellt ist - hydraulisch miteinander verbunden, so dass die von dem als Pumpe arbeitenden ersten Hydrostat H l gepumpte Hydraulikflüssigkeit zum als Motor arbeitenden zweiten Hy- drostaten H2 gelangt und diesen antreibt.

Am Planetentrieb 12 verzweigt sich die in das Getriebe 10 eingekoppelte Leistung: Der mechanische Leistungszweig wird von Sonnenrad Z9, der ersten Hohlwelle W2 und den Zahn- rädern ZZl , Z2 und Z3 gebildet. Der hydraulische Leistungszweig wird vom Hohlrad Z7, der zweiten Hohlwelle W3, den Zahnrädern Z4, Z5 und Z6 und den beiden hydraulisch verbundenen Hydrostaten H l und H2 gebildet. Die an der Summierungswelle W6 summierten Leistungen der beiden Zweige werden über ein Zahnradgetriebe auf die Abtriebswelle W7 übertragen.

Mit dem Getriebe 10 der Fig. 1 lässt sich ein stufen loser Vorwärtsfahrbereich und ein stufenloser Rückwärtsfahrbereich verwirklichen. Die zugehörigen Verstellungen der Hydrostaten sind in Fig. 2 (Vorwärtsfahrbereich oder Stufe V) und Fig. 3 (Rückwärtsfahrbereich oder Stufe R) wiedergegeben. In beiden Fällen beginnt der Fahrbereich mit dem in Fig. 2a) bzw. Fig. 3a) gezeigten Stillstand, in welchem der erste Hydrostat Hl unverschwenkt ist und damit ein verschwindendes Schluckvolumen aufweist, während der zweite Hydrostat H2 voll (um etwa 45°) verschwenkt ist und das maximal Schluckvolumen hat. Zum Anfahren wird bei der Vorwärtsfahrt (Fig. 2) zu der für die Vorwärtsbewegung zuständige obere Seite ausgeschwenkt, wodurch das Fahrzeug Fahrt aufnimmt. Die maximale Auslenkung des zweiten Hydrostaten H2 sorgt dabei für ein hohes Drehmoment (hohe Zugkraft) bei geringer Dreh- geschwindigkeit. Ist der erste Hydrostat Hl voll ausgelenkt (Fig. 2b), wird er dort gehalten und der zweite Hydrostat H2 nach innen auf die Nullstellung (verschwindendes Schluckvolumen) zurückgeschwenkt (Fig. 2c). Das sich verkleinernde Schluckvolumen im zweiten Hydrostaten H2 sorgt für immer höhere Drehgeschwindigkeit bei kleiner werdendem Drehmoment. In Fig. 4 sind für ein Getriebe gemäss Fig. 1 für die Vorwärtsfahrt gemäss Fig. 2 die Zugkraft ZK, der hydrostatische Leistungsanteil HL an der Übertragung und der Wirkungsgrad η des Getriebes über der Geschwindigkeit v aufgetragen. Das beispielhafte Getriebe überträgt eine Leistung von 90 kW. Das Fahrzeug erreicht eine Geschwindigkeit von 50 km/h bei einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 1 von 2200 U/min. Der pumpende Hydrostat H l hat dabei ein maximales Schluckvolumen von 160 cm³, der als Motor arbeitende Hydrostat H2 hat ein maximales Schluckvolumen von 233 cm³. Man erkennt, dass der Wirkungsgrad im wichtigen Fahrbereich von 5 bis 50 km/h deutlich oberhalb von 80% liegt und bei kleinen Geschwindigkeiten eine maximale Zugkraft ZK von über 60 kN erreicht wird. Der Anteil des hydraulischen Leistungszweigs an der Leistungsübertragung nimmt dabei von 100% beim Stillstand linear auf 0% bei einer Geschwindigkeit von 40 km/h ab. Eine noch höhere maximale Zugkraft ZK von über 80 kN lässt sich bei sonst gleichen Voraussetzungen gemäss Fig. 5 erreichen, wenn der zweite Hydrostat H2 ein noch grosseres maximales Schluckvolumen von 325 cm³ aufweist, das etwa doppelt so gross ist wie das Schluckvolumen des er- sten Hydrostaten Hl .

Bei der Rückwärtsfahrt gemäss Fig. 3 wird von derselben Stillstandkonfiguration (Fig. 3a) ausgegangen wie bei der Vorwärtsfahrt. Der erste Hydrostat H l wird zum Anfahren jedoch in die entgegengesetzte Richtung verschwenkt, bis er seine maximale Auslenkung (im Beispiel von 30°) erreicht hat (Fig. 3b). Der voll ausgelenkte zweite Hydrostat H2 wird dann in die Nullstellung zurückgeschwenkt (Fig. 3c).

In Fig. 6 ist in verschiedenen Ansichten ein vollständiges Getriebe 10' mit dem prinzipiellen Aufbau gemäss Fig. 1 abgebildet. Das Getriebe 10' ist in einem Gehäuse 14 untergebracht, aus dem die Antriebswelle Wl nach vorne und die Abtriebswelle W7 nach vorne und nach hinten herausgeführt sind. Die beiden Hydrostaten H l und H2 sind liegend auf beiden Sei- ten der Abtriebswelle W7 angeordnet und in einem Bereich verschwenkbar, der durch Ausbauchungen 21 im Gehäuse 14 erkennbar ist. Auf der Oberseite des Gehäuses 1 ist eine Verstelleinheit 1 5 mit zwei Paaren von gegenüberliegenden Hydraulikzylindern 1 6, 1 7 und 18, 1 9 vorgesehen, durch welche die um eine vertikale Schwenkachse verschwenkbaren Hydrostaten H l , H2 verstellt werden können. Die hydraulische Verstellung wird mittels einer Steuereinheit 20 gesteuert, die seitlich an der Verstelleinheit 1 5 angeordnet ist.

Durch den einfachen und kompakten Aufbau des erfind ungsgemässen Getriebes ist es möglich, die Abtriebswelle W7 auch in einer anderen Position anzuordnen, um auf unterschiedliche Bedürfnisse der verschiedenen Fahrzeuge einzugehen. In Fig. 7 ist ein Getriebel O" gezeigt, bei dem die Antriebswelle Wl auf der Rückseite als Zapfwelle W5 mit angebautem Nebenabtrieb22 herausgeführt ist, und bei dem die Abtriebswelle W7 für den Antrieb der Hinter- und Vorderachsen erheblich weiter nach unten versetzt ist. Bei Bedarf kann diese Welle aber auch seitlich versetzt werden.

Der innere Aufbau des Getriebes 10" aus Fig. 7 ist in Fig. 7a in perspektivischer Explosionsdarstellung wiedergegeben. Das Gehäuse 14 ist hier gegenüber Fig. 7 leicht verändert. In einem zentralen Block sind der Planetentrieb 1 2 und die um zwei vertikale Schwenkachsen 27 und 28 horizontal verschwenkbaren Hydrostate H l und H2 sowie weitere Getriebeteile angeordnet. Zu sehen sind auch die paarweise zusammenwirkenden Kolben 29 der Hydraulikzylinder 1 6,..,19 der Verstelleinheit 1 5, die über Hebel mit den Schwenkachsen 27 und 28 in Wirkverbindung stehen. Aussen am Nebenabtrieb ist die in einem rechteckigen Gehäuse untergebrachte elektronische Steuerung 26 zu sehen, in der auch die Signale der verschie- denen, im Getriebe verteilten Messwertaufnehmer für Temperatur, Druck und Stellung zusammenlaufen.

Der in Fig. 7b dargestellte zweite Hydrostat H2 umfasst ein einstückiges Schwenkgehäuse 31 , in dem der Zylinderblock 34 mit den darin verschieblich angeordneten Kolben 35 drehbar gelagert ist. Dem Schwenkgehäuse 31 sind oben und unten je ein Lagerzapfen 32 und 33 angeformt. Der obere Lagerzapfen 32 enthält zugleich die Ein- und Austrittsöffnungen von Hochdruckkanälen, die innerhalb des Schwenkgehäuses 31 zwischen dem oberen Lagerzapfen 32 und der im Innenraum des Schwenkgehäuses 31 ausgebildeten Lagerfläche für den Zylinderblock 34 verlaufen. Die Kolben 35 sind allseitig schwenkbar in einem Lagering 36 gelagert, der in die Welle W6 übergeht.

Eine besondere Ausgestaltung des Getriebes nach der Erfindung ermöglicht den Einsatz beispielsweise in Kleinschleppern mit abgesenktem Kabinenboden. Ein entsprechendes Getriebeschema ist in Fig. 8 wiedergegeben. Das Getriebe 30 in Fig. 8 zeichnet sich durch die Anordnung der beiden Hydrostaten H l und H2 in axialer Richtung hintereinander und spiegelbildlich zueinander aus. Die Zylinderblöcke der Hydrostaten H 1 , H2 stehen sich dabei gegenüber. Planetentrieb 12 und Summierwelle W6 sind in axialer Richtung weit auseinandergezogen. Die als Hohlwelle ausgeführte Welle W2 vom Sonnenrad Z9 zur Summierwelle W6 erstreckt sich oberhalb der beiden Hydrostate Hl , H2 an den Hydrostaten HI , H2 vorbei nach hinten und ist über die Zahnräder Zl O und Zl 1 mit der Summierwelle W6 gekoppelt. Dadurch wird nach oben Platz für einen abgesenkten Kabinenboden 23 gewonnen, der in Fig. 8 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. Die Hinterachse 24 wird in diesem Fall von der Summierwelle W6 über ein Kegelradgetriebe angetrieben. Durch die Hohlwelle W2 hindurch ist die Antriebswelle Wl nach hinten geführt und kann dort über eine erste Kupplung K2 und ein zweistufiges Schaltgetriebe 25 bei Bedarf eine Zapfwelle Wl O antreiben. Eine Welle W9 für einen zuschaltbaren Vorderachsantrieb ist über eine zweite Kupp- lung und das Zahnradpaar Zl 1 , Zl 2 ebenfalls an die Summierwelle W6 angekoppelt.

In Fig. 9 ist die modulare Grundform des Getriebes aus Fig. 8 dargestellt. Das Getriebe 30' stellt mit den Wellen W2, W6 und W9 drei alternative Möglichkeiten des Abtriebs zur Verfügung, die in Fig. 9 mit Pfeilen und den römischen Zahlen I₁ Il und III bezeichnet sind. Die durch die Hohlwelle W2 geführte Antriebswelle Wl kann am anderen Ende wiederum auch als Zapfwelle eingesetzt werden. Die Welle W9 kann nach links abgehend zum Antrieb der Vorderachse in einem Allradantrieb verwendet werden. Man erkennt, dass ein Getriebe mit diesem Getriebeaufbau flexibel an die unterschiedlichsten Anwendungsfälle angepasst werden kann, wenig Platz einnimmt und mit Vorteil insbesondere bei schmalen Kleinschleppern mit tiefliegendem Kabinenboden eingesetzt werden kann, wie sie beispielsweise im Weinbau Anwendung finden.

Ein einfacher Planetentrieb wirkt als Leistungsverzweigungsgetriebe und wird dabei als optimale Lösung für den Basisaufbau angesehen. Der hydrostatische Leistungsbereich mit der Crosswinkeltechnik und Schwenkbereichen von +/- 45 °wird im Hinblick auf Wirkungsgrad und Spreizung als bestes System angesehen. Verwendet man diesen mechanischen Basisaufbau und kombiniert diesen mit der Großwinkeltechnik und ergänzt ihn bei Bedarf mit Zapfwelle und Allradantrieb, so erhält man ein preisgünstiges Getriebekonzept das vielen Fahrzeuganwendungen gerecht werden kann.

Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemässe Getriebe durch folgende charakteristische Merkmale und Vorteile aus:

• Baukastenprinzip

• hydrostatisch leistungsverzweigt

• einfacher Planetentrieb für Leistungsverzweigung

• je 1 Fahrbereiche vorwärts und rückwärts

• 2 Grosswinkel-Hydrostaten +/- 45 ° Schwenkwinkel

• stufenlose Kraftübertragung im gesamtem Betriebsbereich

• hoher Gesamtwirkungsgrad ohne Einbrüche

• nur beim Anfahren volle Hydrostatleistung erforderlich

• immer volle Zugkraft beim Anfahren verfügbar • keine Fahrkupplung erforderlich, Funktion vorhanden

• Geschwindigkeit bis 50 km/h (im Sonderfall bis 65 km/h) möglich

• niedrigere Geschwindigkeiten mit reduzierter Motordrehzahl möglich

• Ausgangsdrehzahl zwischen 0 bis -4000 U/min regelbar

• Drehmomentspreizung Eingang zu Ausgang 1 zu -5,9

• verschiedene Fahrstrategien möglich

• Steuerung über Verstelleinheit

• bei Störung der Elektrik oder Elektronik weiter Arbeiten mit mechanischem Notfahren möglich

Bezugszeichenliste

10, 10', 10" Getriebe

1 1 Verbrennungsmotor

1 2 Planetentrieb

1 3 Planetensteg 14 Gehäuse

1 5 Verstelleinheit

1 6....19 Hydraulikzylinder

20 Steuereinheit

21 Ausbauchung 22 Nebenabtrieb

23 Kabinenboden

24 Hinterachse

25 Schaltgetriebe

26 elektronische Steuerung 27,28 Schwenkachse

29 Kolben

30,30' Getriebe

31 Schwenkgehäuse 32,33 Lagerzapfen

34 Zylinderblock

35 Kolben

36 Lagerring

Hl , H2 Hydrostat

HL hydrostatischer Leistungsanteil

Wl , ..,Wl O Welle

Z1....Z6 Zahnrad

11 Hohlrad

Z8 Planetenrad

Z9 Sonnenrad

Z10„„Z1 2 Zahnrad

ZK Zugkraft η Wirkungsgrad

Claims

Patentansprüche

1. Stufenloses hydrostatisches Getriebe (10, 10', 10"; 30, 30') mit Leistungsverzweigung für eine Fahrzeug, welches Getriebe (10, 10', 10"; 30, 30') einen als Pumpe arbeiten- den ersten Hydrostaten (H l ) und einen als Motor arbeitenden zweiten Hydrostaten

(H2) umfasst, sowie einen Planetentrieb (1 2), eine antriebsseitige erste Welle (Wl ) und ein Summierungsmittel (W6), wobei die an der ersten Welle (Wl ) anliegende Leistung über den Planetentrieb ( 1 2) auf einen mechanischen Getriebezweig (Z9, W2, Zl , Z2 bzw. Zl O) und einen durch die beiden hydraulisch gekoppelten Hydrostaten (H l , H2) gebildeten hydraulischen Getriebezweig (Z7, W3, Z4, Z5, Z6, H l ₁ H2 bzw. Z7, W3,

Z4, Z6, H l , H2) aufgeteilt und an dem Summierungsmittel (W6) wieder zusammengeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsübertragung zwischen erster Welle (Wl ) und Summierungsmittel (W6) ausschliesslich durch ein Verändern der Schluckvolumina der Hydrostaten (H l , H2) steuerbar ist.

2. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schluckvolumina der beiden Hydrostaten (H l , H2) durch einen Schwenkvorgang veränderbar sind, und dass die beiden Hydrostaten (H l , H2) als Grosswinkel hydrostaten mit einem Schwenkbereich von wenigstens etwa 45° ausgebildet sind.

3. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hydrostat (H2) zu wenigstens einer Seite um wenigstens etwa 45° verschwenkbar ist, und dass der erste Hydrostat (Hl ) zu einer Seite um wenigstens etwa 45° und zur anderen Seite um wenigstens etwa 30° verschwenkbar ist.

4. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrostaten (Hl , H2) als Axialkolben-Schrägachsenhydrostaten ausgebildet sind.

5. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hydrostat (H2) ein wesentlich grosseres maximales Schluckvolumen aufweist als der erste Hydrostat (Hl ).

6. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das maximale Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten (H2) etwa doppelt so gross ist, wie das maximale Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (H l ).

7. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das maximale Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (Hl ) etwa 160 cm³ beträgt.

8. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsmittel eine Summierungswelle (W6) ist.

9. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrostaten (H l , H2) parallel zueinander und zur ersten Welle (Wl ) angeordnet sind.

10. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hydrostaten (Hl ₁ H2), bezogen auf die Richtung der ersten Welle (Wl )₁ nebeneinander, vorzugsweise in einer horizontalen Ebene, angeordnet sind.

1 1. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hydrostaten (H l , H2), bezogen auf die Richtung der ersten Welle (Wl )₁ koaxial hintereinander und spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, dass der Planetentrieb (12) in axialer Richtung vor den beiden Hydrostaten (Hl , H2) und das Summierungsmittel (W6) in axialer Richtung hinter den beiden Hydrostaten (Hl ₁ H2) angeordnet sind, und dass das Planetentrieb (12) und Summierungsmittel (W6) durch eine oberhalb der beiden Hydrostaten (Hl ₁ H2) in axialer Richtung verlaufenden Welle (W2) in Wirkverbindung stehen.

12. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Planetentrieb (12) ein zentrales Sonnenrad (Z9) und ein das Sonnenrad (Z9) konzentrisch umgebendes Hohlrad (Z7) sowie zwischen beiden ange- ordnete, an einem Planetensteg (13) drehbar gelagerte Planetenräder (Z8) umfasst, dass der Planetensteg (13) mit der ersten Welle (Wl ) drehfest verbunden ist, dass das Hohlrad (17) mit dem ersten Hydrostaten (Hl ) in Wirkverbindung steht, und dass das Sonnenrad (Z9) mit dem zweiten Hydrostaten (H2) in Wirkverbindung steht.

13. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Welle (Wl ) durch den Planetentrieb (12) hindurch erstreckt und auf der dem Antrieb gegenüberliegenden Seite als Zapfwelle (W5) ausgebildet ist.

14. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsmittel (W6) mit einer zweiten Welle (W7, W9) für den Antrieb der Hinter- und/oder Vorderachse in Wirkverbindung steht.

15. Stufenloses hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Vorderachse über eine Kupplung (Kl ) zuschaltbar ist.

16. Verfahren zum Betrieb eines stufenlosen hydrostatischen Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verwirklichung eines stufenlosen Vorwärtsfahrbereichs vor dem Anfahren zunächst das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (H l ) auf Null und das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten (H2) auf Maximum gestellt wird, dass in einer ersten Phase das Schluckvolumen des zweiten

Hydrostaten (H2) auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (Hl ) in Vorwärtsfahrtrichtung vergrössert wird, bis es sein Maximum in Vorwärtsfahrtrichtung erreicht, und dass in einer zweiten Phase das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (H l ) auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten (H2) vom Maximum bis auf Null verringert wird.

1 7. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verwirklichung eines stufenlosen Rückwärtsfahrbereichs vor dem Anfahren zunächst das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (H l ) auf Null und das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten (H2) auf Maximum gestellt wird, dass in einer ersten Phase das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten (H2) auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (Hl ) in Rückwärtsfahrtrichtung vergrössert wird, bis es sein Maximum in Rückwärtsfahrtrichtung erreicht, und dass in einer zweiten Phase das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (Hl ) auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten (H2) vom Maximum bis auf Null verringert wird.