WO2011147397A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe - Google Patents
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- WO2011147397A1 WO2011147397A1 PCT/DE2011/001013 DE2011001013W WO2011147397A1 WO 2011147397 A1 WO2011147397 A1 WO 2011147397A1 DE 2011001013 W DE2011001013 W DE 2011001013W WO 2011147397 A1 WO2011147397 A1 WO 2011147397A1
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- F16H2037/0866—Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
- F16H2037/0873—Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft with switching, e.g. to change ranges
Definitions
- the invention relates to a hydrostatic mechanical power split transmission.
- a hydrostatic mechanical power split transmission is described for example in DE 10 2004 001 929 A1.
- the proposal is for a continuously variable ratio power split transmission comprising a hydrostatic transmission part comprising a first variable volume hydrostatic unit and a second constant volume hydrostatic unit and a mechanical transmission part comprising a summation gear and a range gearbox in which the summation gear and the range gearbox are off-axis are arranged to the hydrostatic units.
- a further hydrostatically mechanical line branching transmission is described in WO 2009/071060 A2, comprising a housing, or a housing composed of individual housing parts, at least one drive shaft which can be driven by at least one drive motor, in particular an internal combustion engine, and which is driven by gear elements, in the manner of a pump distributor gear, acts on at least two hydraulic pumps and has at least one further gear which acts directly on an output member of a power shift transmission, wherein at least in the region of the gear at least one coupling element is positioned, and wherein the power shift at least one of at least a, drivable in the hydrostatic circuit shaft has, in the area of which clutches, brakes, components of a single-stage planetary gear and the like components are provided, wherein the output element of the Lastsch old gear is connected to at least one output shaft.
- the object of the subject invention is to provide an alternative hydrostatic mechanical power split transmission, which is suitable Operate internal combustion engines speed optimized and at the same time to achieve improved efficiencies by using such couplings, such drive elements are switched off and stopped, which are not functionally used in certain operating areas, but could worsen the overall efficiency.
- a hydrostatic mechanical line branching gear comprising a housing, at least one arranged within the housing of at least one drive motor, in particular an internal combustion engine, medium or directly drivable drive shaft, which has gear elements, which either via couplings either middle or acting directly on the ring gear of a planetary gear in the CVT mode or is switched medium or directly to the output shaft, wherein the planetary gear is switched off and put into standstill.
- the transmission according to the invention can be driven directly or indirectly by at least one drive motor, in particular an internal combustion engine, via a drive shaft provided with at least two clutches, which can be selected directly or indirectly either for CVT operation (Continuous Variable Transmission) on the ring gear of the planetary gear switched, or optionally medium or can be switched directly to the output shaft of the line branching gear, wherein the planetary gear has at least one, at least one, drivable in the hydrostatic circuit shaft, and wherein the planetary gear can optionally be switched off via at least one clutch and set still.
- CVT operation Continuous Variable Transmission
- the planetary gear clutches can be operated so that the transmission either purely hydraulic with disconnected mechanical drive shaft power split in CVT mode, ie hydraulically driven and mechanically switched drive shaft purely mechanically with optional shutdown and shutdown of the planetary gear can be operated.
- FIGS 1 to 3 show schematic diagrams with different structure of the drive elements of the power split transmission according to the invention 1.
- the tripodzwei transmission gear 1 includes a housing 2 which is mechanically driven by a shaft 8.
- a drive motor 3 drives a drive shaft 4, on which a gear member 5 is directly attached and meshes with a weather gear element 24, which in turn drives the shaft 8.
- the gear 5 is also in operative connection with a gear 12, the gear elements 5,12 hydraulic pumps 9,10 and 14 and the hydraulic pumps 9,10 which drive the power split transmission 1, respectively the housing 2, mounted hydraulic motors 16, 17.
- the power split transmission 1 respectively the housing 2, the drive shafts 40, 41 for a hydrostatic operation via the hydraulic motors 16,17.
- the power split and the CVT operation for optimum speed and / or power setting of the drive motor 3 are set by the brake 34 and a further clutch 43 is released and the clutch 13 and optionally the clutch 29 are closed.
- the power of the drive motor 3 on the one hand via the mechanical train drive shaft 4, gears 5 and 24, shaft 8 and shaft 25, clutch 13 and gear 23 is directed to the ring gear 11 of the planetary gear 31 and on the other hand power of the drive motor 3 is hydrostatic over the hydraulic pumps 9 and 10 converted and passed to the hydraulic motors 16 and 17, wherein the hydraulic motor 17 drives the sun gear 42 and optionally the hydraulic motor 16, the ring gear 11 drives.
- the power of the mechanical strand and the hydrostatic power are summed in the planetary gear 11 and passed to the web 32.
- the speeds of the ring gear 11 and the sun gear 42 are in this case added in the manner of a superposition gear and the sum of both speeds results in the planetary gear output speed at the web 32, which determines the speed of the output shaft 20 and the resulting vehicle speed directly proportional.
- the setting of the rotational speed of the sun gear 42 is made via the well-controllable hydraulic motor 17 so that in view of the required vehicle speed, the speed of the ring gear 11 and thus the directly proportional speed of the drive motor 3 in CVT operation efficiency and / or power optimal is set.
- the hydraulic pump 14 is thus forcibly disconnected.
- a separate, not shown, further separate coupling is optionally provided for this pump.
- a further coupling not shown, either separately, only one of the hydraulic pumps 9,10.
- FIG. 2 shows another configuration of the drive elements, with the first two travel ranges taking place in the same way as described with FIG. The last and high speed range is exclusively operated mechanically.
- the power split transmission 1 is realized here by the hydrostatic 9,10,16,17 are switched off via clutches 38,39 and the planetary gear 31 is brought via clutches 29,43 in a blocking operation and the exclusively mechanical drive then optionally via the gears 21, 23 or gears 35,37 and their clutches 13,36 done
- FIG. 3 shows a further configuration of the drive elements which is also simplified compared with FIG. 2, wherein the first two travel ranges again take place in the same way as described with FIG. The last and high speed range is exclusively operated mechanically.
- the power split transmission 1 is in this case realized as in Figure 2, but the hydrostatic 9,10,16,17 are not decoupled, but dragged without the burden of load.
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Abstract
Hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe, beinhaltend ein Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mittel- oder unmittelbar antreibbare Antriebswelle, die über Zahnradelemente, verfügt, welche über Kupplungen wahlweise entweder mittel- oder unmittelbar auf das Hohlrad eines Planetengetriebes im CVT-Betrieb wirken oder mittel- oder unmittelbar auf die Ausgangswelle geschaltet wird, wobei das Planetengetriebe abgeschaltet und in Stillstand versetzt wird.
Description
Leistungsverzweigungsgetriebe
Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe.
Ein hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe wird beispielsweise in der DE 10 2004 001 929 A1 beschrieben. Vorgeschlagen wird ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis, das einen hydrostatischen Getriebeteil, bestehend aus einer ersten Hydrostateinheit mit verstellbarem Volumen und einer zweiten Hydrostateinheit mit konstantem Volumen und einem mechanischen Getriebeteil, umfassend ein Summierungsgetriebe und ein Bereichsgetriebe aufweist, bei dem das Summierungsgetriebe und das Bereichsgetriebe achsversetzt zu den Hydrostateinheiten angeordnet sind.
Ein weiteres hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe ist in der WO 2009/071060 A2 beschrieben, bestehend aus einem Gehäuse, respektive einem aus einzelnen Gehäuseteilen zusammengesetztem Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, antreibbare Antriebswelle, die über Zahnradelemente, nach Art eines Pumpenverteilergetriebes, auf mindestens zwei Hydropumpen einwirkt und über mindestens ein weiteres Zahnrad verfügt, das mittel- oder unmittelbar auf ein Abtriebselement eines Lastschaltgetriebes einwirkt, wobei zumindest im Bereich des Zahnrades mindestens ein Kupplungselement positioniert ist, und wobei das Lastschaltgetriebe zumindest eine über mindestens eine, im hydrostatischen Kreislauf antreibbare Welle verfügt, im Bereich derer Kupplungen, Bremsen, Bauteile eines einstufigen Planetengetriebes und dergleichen Bauteile vorgesehen sind, wobei das Abtriebselement des Lastschaltgetriebes auf mindestens eine Ausgangswelle geschaltet ist.
Ziel des Erfind ungsgegenstandes ist es, ein alternatives hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe bereit zu stellen, das geeignet ist,
Verbrennungsmotoren drehzahloptimiert zu betreiben und gleichzeitig verbesserte Wirkungsgrade zu erzielen, indem über Kupplungen solche Antriebselemente abgeschaltet und in Stillstand versetzt werden, die in bestimmten Betriebsbereichen funktionell nicht eingesetzt werden, aber den Gesamtwirkungsgrad verschlechtern könnten.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe, beinhaltend ein Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mittel- oder unmittelbar antreibbare Antriebswelle, die über Zahnradelemente, verfügt, welche über Kupplungen wahlweise entweder mittel- oder unmittelbar auf das Hohlrad eines Planetengetriebes im CVT-Betrieb wirken oder mittel- oder unmittelbar auf die Ausgangswelle geschaltet wird, wobei das Planetengetriebe abgeschaltet und in Stillstand versetzt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Getriebe kann mittel- oder unmittelbar von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, über eine mit mindestens zwei Kupplungen versehene Antriebswelle angetrieben werden, die mittel- oder unmittelbar wahlweise entweder für einen CVT-Betrieb (Continuous Variable Transmission) auf das Hohlrad des Planetengetriebes geschaltet, oder wahlweise mittel- oder unmittelbar auf die Ausgangswelle des Leitungsverzweigungsgetriebes geschaltet werden kann, wobei das Planetengetriebe zumindest eine über mindestens eine, im hydrostatischen Kreislauf antreibbare Welle verfügt, und wobei das Planetengetriebe wahlweise über mindestens eine Kupplung abgeschaltet und still gesetzt werden kann.
Die im Bereich des Leistungsverzweigungsgetriebes, respektive des Planetengetriebes vorgesehenen Kupplungen, können so betätigt werden, dass das Getriebe wahlweise rein hydraulisch mit abgeschalteter mechanischer Antriebswelle leistungsverzweigt im CVT-Betrieb, d.h. hydraulisch angetrieben und mit mechanisch zugeschalteter Antriebswelle rein mechanisch bei wahlweiser Abschaltung und Stillsetzung des Planetengetriebes betrieben werden kann.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
Figuren 1 bis 3 Prinzipskizzen mit unterschiedlichem Aufbau der
Antriebselemente des erfindungsgemäßen hydrostatisch mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen Prinzipskizzen mit unterschiedlichem Aufbau der Antriebselemente des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 1. Das Leistungsverzwei gungsgetriebe 1 beinhaltet ein Gehäuse 2 das über eine Welle 8 mechanisch angetrieben wird. Ein Antriebsmotor 3 treibt dabei eine Antriebswelle 4 an, auf der ein Zahnradelement 5 unmittelbar befestigt ist und mit einem wetteren Zahnradelement 24 kämmt, das wiederum die Welle 8 antreibt. Das Zahnrad 5 steht darüber hinaus mit einem Zahnrad 12 in Wirkverbindung, wobei die Zahnradelemente 5,12 Hydropumpen 9,10 und 14 und die Hydropumpen 9,10 die am Leistungsverzweigungsgetriebe 1 , respektive dessen Gehäuse 2, montierten Hydromotore 16, 17 antreiben. Innerhalb des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 , respektive dessen Gehäuse 2, befindet sich ein Planetengetriebe 31 , im
Wesentlichen bestehend aus Hohlrad 11 , Planeten 30, Sonnenrad 42 und dem Steg 32. Weiterhin beinhaltet das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 , respektive dessen Gehäuse 2, die Antriebswellen 40, 41 für einen hydrostatischen Betrieb über die Hydromotore 16,17.
In der Phase eines ersten Fahrbereichs mit üblicherweise niedrigen Geschwindigkeiten und hohem Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf treiben beide Hydromotore 16,17 auf das Sonnenrad 42, wobei eine Bremse 34 kraftschlüssig geschaltet wird, um das Hohlrad 11 gegen das Gehäuse 2 zu klemmen, eine weitere Kupplung 29 geöffnet und eine weitere Kupplung 24 geschlossen wird und der Steg 32 als Abtrieb über eine weitere geschlossene Kupplung 33 wiederum über Zahnräder 18,19 auf eine Ausgangswelle 20 treibt. In diesem Betriebsbereich sind die gleichfalls im Leistungsverzweigungsgetriebe 1 eingebrachten Kupplungen 13, 5 geöffnet, so dass kein mechanischer Leistungsfluss über die Antriebswelle 8 bzw. Welle 25, z.B. einer Gelenkwelle, auf die ebenfalls im Leistungsverzweigungsgetriebe 1 vorhandenen Zahnräder 21 ,23,26 erfolgen kann. In diesem ersten Fahrbereich, mit niedrigen Geschwindigkeiten und hohem Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf, wird das hohe Drehmomentvermögen der Hydrostaten 9,10,16,17 ausgenutzt, sowie deren Möglichkeit der hohen Kraftentfaltung auch bei Drehzahlen im Bereich von n = 0 U/min. Die gute Regelbarkeit der Hydrostaten 9,10,16,17 erlaubt es dabei, den Antriebsmotor 3 drehzahl- und leistungsoptimiert zu betreiben. Aus diesem Grunde treten die bekannten Wirkungsgradnachteile der Hydrostatik, im Vergleich zur Mechanik, im Sinne einer gesamtheitlichen Betrachtung für diesen Geschwindigkettsbereich in den Hintergrund. Zur Erhöhung der Wirkungsgrade wird, abhängig von der benötigten Leistung bzw. des benötigten Drehmoments, bzw. der benötigten Drehzahl, der Hydromotor 16 über die Kupplung 43 abgeschaltet und zur Vermeidung von Schleppverlusten stillgesetzt.
Mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit und daraus resultierendem eingeschränkten Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf wird das hohe
Drehmomentvermögen der Hydrostaten 9,10,16,17 stetig weniger benötigt, so dass die Hydrostaten 9,10,16,17, abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit, zurückgeregelt und entkoppelt werden können. Dabei wird zunächst im mittleren Geschwindigkeitsbereich eine Phase der hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigung eingestellt und im hohen Geschwindigkeitsbereich wird, zur Optimierung der Wirkungsgrade, in einen ausschließlich mechanischen Betrieb übergegangen.
Im mittleren Geschwindigkeitsbereich werden die Leistungsverzweigung und der CVT-Betrieb zur optimalen Drehzahl- und/oder Leistungseinstellung des Antriebsmotors 3 eingestellt, indem die Bremse 34 und eine weitere Kupplung 43 gelöst sowie die Kupplung 13 und wahlweise die Kupplung 29 geschlossen werden. In diesem Betriebszustand wird die Leistung des Antriebsmotors 3 einerseits über den mechanischen Strang Antriebswelle 4, Zahnräder 5 und 24, Welle 8 und Welle 25, Kupplung 13 und Zahnrad 23 auf das Hohlrad 11 des Planetengetriebes 31 geleitet und anderseits wird Leistung des Antriebsmotors 3 hydrostatisch über die Hydropumpen 9 und 10 gewandelt und auf die Hydromotore 16 und 17 geleitet, wobei der Hydromotor 17 das Sonnenrad 42 antreibt und wahlweise der Hydromotor 16 das Hohlrad 11 antreibt. Die Leistung des mechanischen Stranges und die hydrostatische Leistung werden dabei im Planetengetriebe 11 summiert und auf den Steg 32 geleitet. Die Drehzahlen des Hohlrades 11 und des Sonnenrades 42 werden hierbei nach Art eines Überlagerungsgetriebes addiert und die Summe beider Drehzahlen ergibt die Planetengetriebe-Ausgangsdrehzahl am Steg 32, die direkt proportional die Drehzahl der Ausgangswelle 20 bzw. die daraus resultierende Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Die Einstellung der Drehzahl des Sonnenrades 42 wird dabei über den gut regelbaren Hydromotor 17 so vorgenommen, dass mit Blick auf die erforderliche Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehzahl des Hohlrades 11 und damit die direkt proportionale Drehzahl des Antriebsmotors 3 im CVT-Betrieb Wirkungsgrad- und/oder leistungsoptimal eingestellt wird.
Im letzten und hohen Geschwindigkeitsbereich wird ausschließlich mechanisch angetrieben, indem die Hydrostaten 9,10,16,17 und das Planetengetriebe 31 komplett über die Kupplungen 13 und 33 abgeschaltet werden und die Hydrostaten 9,10,16, 7 auf Drehzahl n = 0 U/min eingestellt werden. Um die Sicherheit des Stillstandes der Hydrostaten 16,17 sowie der Elemente des Planetengetriebes 31 , d.h. des Hohlrades 11 , der Planeten 30, des Sonnenrades 42 und des Stegs 32. zu erhöhen werden in diesem hohen Geschwindigkeitsbereich die Bremse 34 und die Kupplungen 29,43 aktiviert, so dass das Planetengetriebe 31 im Blockierungsbetrieb gegen das Gehäuse 2 geklemmt wird. In diesem Betriebsfall werden die Hydropumpen 9, 10, nicht für das Fahren eingesetzt und wahlweise zur Vermeidung von Schleppverlusten über die Kupplung 27 abgekuppelt. Entsprechend Fig. 1 wird damit auch zwangsweise die Hydropumpe 14 abgekuppelt. Um die Hydropumpe 14 nicht zwangsweise abzukuppeln, wird für diese Pumpe wahlweise eine nicht dargestellte weitere separate Kupplung vorgesehen. In gleicher Weise kann durch den Einsatz einer weiteren nicht dargestellten Kupplung wahlweise auch separat nur eine der Hydropumpen 9,10 abgekuppelt werden.
Figur 2 zeigt eine andere Konfiguration der Antriebselemente, wobei die ersten beiden Fahrbereiche in gleicher Weise erfolgen, wie mit Figur 1 beschrieben. Der letzte und hohe Geschwindigkeitsbereich wird ausschließlich mechanisch betrieben. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 wird hierbei realisiert, indem die Hydrostaten 9,10,16,17 über Kupplungen 38,39 abgeschaltet werden und das Planetengetriebe 31 über Kupplungen 29,43 in einen Blockierungsbetrieb gebracht wird und der ausschließlich mechanische Antrieb dann wahlweise über die Zahnräder 21 ,23 oder Zahnräder 35,37 bzw. deren Kupplungen 13,36 erfolgt
Eine weitere nicht dargestellte Variante besteht darin, dass zur Vereinfachung eine der beiden Zahnradpaarungen, also entweder die Zahnräder 21 ,23 oder die Zahnräder 35,37, bzw. eine der beiden Kupplungen 13, 36 komplett entfällt.
Figur 3 zeigt eine weitere und auch gegenüber Figur 2 vereinfachte Konfiguration der Antriebselemente, wobei die ersten beiden Fahrbereiche wiederum in gleicher Weise erfolgen, wie mit Figur 1 beschrieben. Der letzte und hohe Geschwindigkeitsbereich wird ausschließlich mechanisch betrieben. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 wird hierbei so wie in Figur 2 realisiert, aber die Hydrostaten 9,10,16,17 werden nicht entkuppelt, sondern ohne die Beaufschlagung von Last mitgeschleppt.
Bezugszeichen I iste
1 Leistungsverzweigungsgetriebe 27 Kupplung
2 Gehäuse 28 Zahnrad
3 Antriebsmotor 29 Kupplung
4 Antriebswelle 30 Planet
5 Zahnrad 31 Planetengetriebe
6 Zahnrad 32 Steg
7 Welle 33 Kupplung
8 Welle 34 Bremse
9 Hydropumpe 35 Zahnrad
10 Hydropumpe 36 Kupplung
11 Hohlrad 37 Zahnrad
12 Zahnrad 38 Kupplung
13 Kupplung 39 Kupplung
14 Hydropumpe 40 Antriebswelle
15 Kupplung 41 Antriebswelle
16 Hydromotor 42 Sonnenrad
17 Hydromotor 43 Kupplung
18 Zahnrad 44 Zahnrad
19 Zahnrad
20 Ausgangswelle
21 Zahnrad
22 Zahnrad
23 Zahnrad
24 Zahnrad
21/23 Zahnradstufe
26/18 Zahnradstufe
25 Welle
26 Zahnrad
Claims
1. Hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe, beinhaltend ein Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mittel- oder unmittelbar antreibbare Antriebswelle (25), die über Zahnradelemente (21 ,26), verfügt, welche über Kupplungen (13,15) wahlweise entweder mittel- oder unmittelbar auf das Hohlrad (11) eines Planetengetriebes (31) im CVT-Betrieb wirken oder mittel- oder unmittelbar auf die Ausgangswelle (20) geschaltet wird, wobei das Planetengetriebe (31) abgeschaltet und in Stillstand versetzt wird.
2. Leitungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle (8) direkt, d.h. unmittelbar von dem Antriebsmotor (3) angetrieben wird.
3. Leitungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (8) konstruktiv als Gelenkwelle gestaltet ist.
4. Leitungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydromotor (16) und/oder ein Hydromotor (17) abgekuppelt und wahlweise zusätzlich in den Stillstand versetzt wird.
5. Leitungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (31) wahlweise abgekuppelt und wahlweise zusätzlich in den Stillstand versetzt wird.
6. Leitungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydropumpe (9) und/oder eine Hydropumpe (10) und/oder eine Hydropumpe (14) abgekuppelt wird und wahlweise zusätzlich in den Stillstand versetzt wird.
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