DE2609282A1

DE2609282A1 - Hydromechanisches getriebe, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2609282A1
Application number: DE19762609282
Authority: DE
Inventors: James Casimir Polak; Phillip Jay Ross
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1975-03-27
Filing date: 1976-03-04
Publication date: 1976-09-30
Also published as: DE2609282C3; JPS5645021B2; SE7603636L; JPS51140068A; US3982448A; SE434560B; DE2609282B2; GB1480043A; FR2305654A1; IT1057996B; CA1030784A; FR2305654B1

Description

W/Vh-3l44 4.3.76

General Motors Corporation, Detroit, Mich., V.St.A·

Hydromechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydromechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Planetenrädersatz zwischen einer Eingangswelle und einer Welle einer ersten hydrostatischen Einheit veränderlicher Umlaufmenge, einem zweiten Planetenrädersatz zwischen einer Ausgangswelle und einer Welle einer zweiten hydrostatischen Einheit veränderlicher Umlauf menge, wobei die beiden hydrostatischen Einheiten flüssigkeitsverbunden sind, und wahlweise betätigbaren Schalteinrichtungen zum Schalten eines ersten und zweiten Ganges.im Getriebe vorgesehen sind.

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Hydromechanische Getriebe ermöglichen einen

weiten Bereich von Obersetzungsverhältnissen mit einem einzigen ^; mechanischen Gang. Der Gesanitübersetzungsbereich kann durch zusätzliche mechanische Übersetzungsverhältnisse erweitert werden. Eine solche Erweiterung ist ebenfalls erreichbar durch Verwendung einer veränderlichen Übersetzung eines hydrostatischen Getriebes in Verbindung mit einem mechanischen Wechselgetriebe. Da hydrostatis-che Getriebe der Verdrängerbauart angehören, ist ihr Übersetzungsverhältnis zwischen Ein- und Auslass durch Steuerung der Umlaufmenge in weitem Umfang beherrschbar. Diesbezüglich unterscheiden sich hydromechanische Getriebe beträchtlich von hydrodynamischen Getrieben, die mit Schlupf arbeitende Strömungseinheiten, wie hydrodynamische Drehmomentwandler oder Flüssigkeitskupplungen, enthal ten.

Hydromechanische Getriebe können so ausgelegt

werden, dass ein Gang, üblicherweise der niedrigste Gang, vollhydrostatischen Antrieb ergibt, indem die gesamte Eingangsleistung der hydrodynamischen Einheit zugeleitet wird und die Ausgangsleistung von der hydrostatischen Einheit durch ein mechanisches Getriebe der Ausgangswelle des Getriebes zugeleitet wird. Ein hydromechanisches Getriebe kann aber auch so ^!

ausgelegt werden., dass das mechanische Getriebeteil parallel |

i zum hydrostatischen Getriebeteil liegt«, Die Verbindungen zwischen

SC384ß/023f

der Eingangswelle, dem hydrostatischen Getriebe, dem mechanischen Getriebe und der Ausgangswelle können unterschiedlich ausgebildet sein, um einen eingangsverzweigten Antrieb, einen ausgangsverzweigten Antrieb oder einen eingangsverzweigten und ausgangsvereinten Antrieb zu erhalten. Derartigen Bauarten sind beispielsweise in der US-PS 3 470 769 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydromechanisches Getriebe der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, dass eine Verbesserung bei eingangsverzweigtem Antrieb entsteht und über einen weiten Drehzahlbereich hohe Wirkungsgrade erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Es ergeben sich hier zwei Gänge mit eingangsverzweigtem Antrieb und hohem Wirkungsgrad über einen grossen Drehzahlbereich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele von hydromechanischen Getrieben nach der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. In den I

Zeichnungen zeigen j

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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform, die eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1 ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Aus führungs form,

Fig. 4 bis 6 Schaubilder, die Kennlinien des hydromechanischen Getriebes gemäss Fig. 3 darstellen, und

Fig. 7 und 8 Darstellungen, die Eigenschaften des hydromechanischen Getriebes nach Fig. 3 mit denen anderer Getriebebauarten in Vergleich setzen.

Das in Fig. 1 dargestellte hydromechanische Getriebe hat eine Eingangswelle 10, die über eine Nabe 14 mit einem Planetenrädersatz 12 verbunden ist. Der Planetenrädersatz 12 besteht aus einem äusseren Zentralrad 16, einem inneren Zentralrad 18 und mit diesen kämmenden Planetenrädern 20, die drehbar in einem Planetenträger 22 gelagert sind. Das äussere Zentralrad 16 wird über die Nabe 14 dauernd angetrieben, während der Planetenträger 22 dauernd mit einer hydrodynamischen Einheit 24

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über eine Welle 26 verbunden ist. Das innere Zentralrad 18 ist dauernd mit einer Zwischenwelle 28 verbunden, die mit einer Welle 30 verbunden ist. Die Welle dient dem Antrieb einer zweiten hydrostatischen Einheit 32 und eines inne en Zentralrades 34 eines zweiten Planetenrädersatzes 48.

Der Planetenträger 22 des ersten Planetenrädersatzes ist ferner mit einer Zwischenwelle 36 verbunden, die über eine Nabe 40 mit der einen Seite einer wahlweise betätigbaren Kupplung 38 verbunden ist. Ein Ausgangsglied 42 der Kupplung 38 ist mit einer Getriebeausgangswelle 44 und einem äusseren Zentralrad des zweiten Planetenrädersatzes 48 verbunden, der ausserdem einen Planetenträger 50 aufweist, in dem drehbar Planetenräder 52 gelagert sind, die mit den beiden Zentralrädern 34 und 46 kämmen. Der Planetenträger 50 ist mit einer Mabe 54 verbunden, die ein Teil einer wahlweise betätigten Bremse 56 ist.

Die hydrostatischen Einheiten 24 und 32 haben

veränderliche Fördermenge ihrer Pumpen und veränderliche Schluck-* vermögen ihrer Motoren und sind von üblichem Aufbau. Ihre Steuerung kann in jeder üblichen bekannten Weise erfolgen. Die ι Kupplung 38 und die Bremse 56 sind Reibungsschalteinrichtungen üblichen Aufbaues und können ebenfalls in bekannter Weise be-

!tätigt werden, sei es elektrisch, hydraulisch,pneumatisch oder

mechanische Jedoch ist im Ausführungsbeispiel eine hydraulische I
Betätigung vorgesehen.

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Die hydrostatischen Einheiten 24 und 32 bilden ! zusammen ein hydrostatisches Getriebe, dessen Umlaufmenge verändert wird, um das Übersetzungsverhältnis zwischen den Wellen 26 und 30 zu ändern. Wird beispielsweise die Welle 26 angetrieben, so ist die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 Null, während die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 32 von Null abweicht, so dass die Welle 30 stillsteht. Wird unter diesen Bedingungen die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 von Null geändert, so läuft die hydrostatische Einheit 32 und damit die Welle 30 um, da ein Flüsigkeitsstrom zwischen den hydrostatischen Einheiten 24 und 32 fliesst. Der Antrieb der hydrostatischen Einheit 24 und 32 kann hierbei in entgegengesetzter Richtung erfolgen, wenn die Welle 30 angetrieben wird. Die Drehrichtung der Wellen 26 und 30 kann dadurch umgekehrt werden,dass die Richtung der Umlaufmengenänderung in einer der beiden hydrostatischen Einheiten 24 oder 32 von der Leerlaufstellung aus-gehend geändert wird.

Mit dem hydromechanisehen Getriebe gemäss Fig. 1 kann ein eingangsverzweigter erster Gang, ein niedriger Vorwärts* gang bzw. ein eingangsverzweigter zweiter Gang und ein dritter Vorwärtsgang erzielt werden. Ferner ist das hydromechanisehe Getriebe auch auf einen Rückwärtsgang schaltbar. Das Getriebe gemäss Fig. 1 ist für Leerlauf konditioniert, wenn die Bremse

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gelüftet und die Kupplung 38 ausgerückt sind und die Umlaufmenge in der hydrostatischen Einheit 24 Null betragt. Um den ersten Gang zu bewirken, wird die Bremse 56 angelegt. Die Ausgangswelle 44 des Getriebes wird indessen zu dieser Zeit stehenbleiben, da kein Flüssigkeitsstrom zwischen den beiden hydrostatischen Einheiten fliesst und kein Reaktior^lied für den mechanischen Antrieb vorliegt. Um die Drehzahl der Ausgangswelle 44 von Null zu erhöhen, wird die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 in negativer Richtung erhöht. Die von der hydrostatischen Einheit 24 gelieferte Flüssigkeitsmenge veranlasst dann einen Antrieb der hydrostatischen Einheit 32 und der Welle 30 in negativer Richtung, d.h. entgegengesetzt zur Drehrichtung der Eingangswelle 10. Die Drehzahl der Welle 30 wird auf die inneren Zentralräder 34 und 18 übertragen. Das rückwärts laufende innere Zentralrad 34 bewirkt ein Vorwärtsdrehen des äusseren Zentralrades 46 und damit der Getriebeausgangswelle 44.

Die Änderung der Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 bewirkt auch eine Reaktion für den Planetenradersatz 12. Wird die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 erhöht, so wird ein Teil der eingehenden Leistung über die Nabe 14 und das äussere Zentralrad 16 auf den Plan-eteriräger 22 in Vorwärtsrichtung übertragen und bewirkt ein Rückwärtslaufen des inneren

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Zentralrad.es 18. Die dem Planetenträger 22 zugeleitete Leistung veranlasst den Antrieb der hydrostatischen Einheit 24 und die an das innere Zentralrad 18 abgegebene Leistung vereint mit der Leistung der hydrostatischen Einheit 32 bewirkt den Antrieb des inneren Zentralrades 34 des zweiten Planetenrädersatzes. Die eingehende Leistung wird damit über den Planetenrädersatz 12 verzweigt.

Die Drehzahl der. Getriebeausgangswelle 44 kann nun weiter erhöht werden, indem die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 erhöht wird, bis der maximale negative Wert erreicht wird. Durch die Änderung der Umlaufmenge in der hydrostatischen Einheit 24 verändert sich auch die Leistungsverteilung im Planetenrädersatz 12.,.derart, dass ein fortlaufend kleinerer Anteil der Leistung hydraulisch und fortschreitend grösserer Anteil mechanisch übertragen wird.

Nachdem die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 ihren negativen Höchstwert erreicht hat, kann eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 44 dadurch erzielt werden, dass die Hmlaufmenge der hydrostatischen Einheit 32 verringert wird. Wird die Umlaufmenge in der hydrostatischen Einheit 32 verringert, so muss die Drehzahl der Welle 30 zunehmen, um die relative Zunahme der zuströmenden Flüssigkeits-

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menge zur hydrostatischen Einheit 32 aufnehmen zu können. Ist die Umlaufmenge in der hydrostatischen Einheit 32 genügend verringert, so laufen das äussere Zentralrad 46 und der Planetenträger 22 mit gleicher Drehzahl um. Es wird dies durch eine geeignete Wahl der Zähnezahlen in den Planetenrädersätzen 12 und 48 und des Verhältnisses da?Änderung der Umlaufmengen in den hydrostatischen Einheiten 24 und 32 ermöglicht. Laufen der Planetenträger 22 und das äussere Zentralrad 46 mit gleicher Drehzahl um, so laufen auch die Zwischenwelle 36, die Nabe 40 und das Ausgangsglied 42 der Kupplung mit gleicher Drehzahl und in gleicher Richtung um. Es kann somit die Kupplung 38 in synchronisierter Weise eingerückt werden, während gleichzeitig die Bremse 56 gelüftet wird. Hierdurch wird das Getriebe für den zweiten und dritten Gang konditioniert.

Um eine Zunahme derDrehzahl der Getriebeausgangswelle 44 zu erreichen, wird die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 32 in Richtung auf ihren Höchstwert vergrössert. Im zweiten Betriebsbereich wird die eingehende Leistung zwischen dem Planetenträger 22 und dem inneren Zentralrad 18 derartig verteilt, dass die dem Planetenträger 22 zugeleitete Leistung über die Kupplung 38 zur Getriebeausgangswelle 44 gelangt, während die dem inneren Zentralrad 18 zugeleitete Leistung zur hydrostatischen Einheit 32 geleitet wird. Zu dieser Zeit kehrt

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sich die Wirkung der hydrostatischen Einheit 24 und 32 um. Während im ersten Gang die hydrostatische Einheit 24 als Pumpe arbeitet und die hydrostatische Einheit 32 als Motor, arbeitet im zweiten Gang die hydrostatische Einheit 32 als Pumpe, während die hydrostatische Einheit 24 als Motor arbeitet. Die de.r hydrostatischen Einheit 32 zugeleitete Leistung wird also auf die hydrostatische Einheit 24 übertragen, die diese ihrerseits über die Welle 26 an dem Planetenträger 22 weiterleitet, von welchem aus sie über die Kupplung 38 zur Getriebeausgangswelle 44 gelangt.

Um eine Erhöhung der Ausgangsdrehzahl im zweiten Gang zu erzielen, wird die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 32 in gesteuerter Weise bis zum maximalen positiven Wert erhöht. Ist dieser Wert erreicht und ist die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 in ihrem maximalen negativen Wert, so sind die Drehzahlen beider hydrostatischer Einheiten gleich, jedoch haben sie entgegengesetzte Drehrichtung. Eine weitere Zunahme der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 44 wird durch gesteuerte Verringerung der Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 in Richtung auf den Wert Null erzielt. Es sinkt dann die Drehzahl des inneren Zentralrades 18, wodurch sich die Drehzahl des Planetenträgers 22 erhöht und damit auch eine erhöhte Ausgangsdrehzahl eintritt. Erreicht die Umlaufmenge der hydro-

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statischen Einheit 24 den Wert Null, so kann sich die hydrostatische Einheit 32 nicht drehen, da keine hydraulische Flüssigkeit zwischen beiden Einheiten übertragen wird. Damit wird das innere Zentralrad 18 stationär. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine im wesentlichen 100%ige mechanische Leistungsübertragung über den Planetenrädersatz 12.

Eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 44 kann erzielt werden, wenn die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 24 in positiver Richtung erhöht wird. Dies ergibt eine Leistungsverzweigung im Planetenrädersatz 12 derart, dass ein Teil der zum Planetentröger 22 geleiteten Leistung über die Kupplung 38 zur Getriebeausgangswelle 44 gelangt, während der restliche Teil über die Welle 26 zur hydrostatischen Einheit 24 gelangt. Wird die hydrostatische Einheit 24 in Vorwärtsrichtung bei positiver Umlaufmenge angetrieben, so läuft auch die hydrostatische Einheit 32 und damit die Welle 30 und das innere Zentralrad 18 in positiver Richtung um. Damit erhöht sich die Drehzahl des Planetenträgers 22 in positiver Richtung, da dessen Drehzahl eine Funktion der Drehzahlen des äusseren Zentralrades 16 und des inneren Zentralrades 18 sind, die beide in gleicher Richtung umlaufen. Sind die Umlaufmengen in beiden hydrostatischen Einheiten 24 und 32 gleich, so läuft

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der Planetenrädersatz 22 mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1, so dass also die Ausgangsdrehzahl der Eingangsdrehzahl entspricht. Eine geringe weitere Erhöhung der Getriebeausgangsdrehzahl kann erreicht werden, wenn die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 32 verringert wird, indem dann das innere Zentralrad 18 schneller als das äussere Zentralrad 16 angetrieben wird, wodurch sich eine erhöhte Drehzahl des Planetenträgers 22 ergibt.

Die Ausgangsdrehzahl des Getriebes kann fortschreitend bis auf Null verringert werden, indem die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden. Anschliessend ist das Einschalten des Leerlaufes möglich.

Die Getriebeausgangswelle 44 kann ferner auch in Rückwärtsrichtung angetrieben werden, wozu die Bremse 56 angelegt wird und die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit in positiver Richtung erhöht wird, wodurch sich das innere Zentralrad 34 in positiver Richtung dreht. Dann läuft das äussere Zentralrad 46 und damit die Ausgangswelle 44 in entgegengesetzter Richtung um, solange der Planetenträger 50 durch die Bremse 56 festgelegt ist.

Das hydromechanische Getriebe gemäss Fig. 2 ist im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut wie das nach Fig. 1,

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mit der Ausnahme, dass die Eingangswelle 10 antriebsmässig mit dem inneren Zentralrad 18 und das äussere Zentralrad über eine Nabe 60 mit der Zwischenwelle 28 verbunden sind. Ferner ist der Planetenträger 22 über eine Nabe 62 mit der Welle 26 der hydrostatischen Einheit 24 verbunden. Die übrigen Teile des Getriebes gemäss Fig_e 2 entsprechen denen der Bauform nach Fig. 1, so dass eine erneute Beschreibung entbehrlich ist.

Die gegenüber der Bauform nach Fig. 1 vorgenommenen Änderungen gestatten bei der Bauform nach Fig. 2 eine höhere Eingangsdrehzahl bei einem gleichen Ausgangswellendrehzahlbereich. So kann beispielsweise die Bauform nach Fig. 1 von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden, die geregelte Eingangsdrehzahlen zwischen 2000 und 3000 U/min hat, also beispielsweise einer Dieselmaschine. Das Getriebe nach Fig. 2 ist dagegen für Gasturbinenantrieb geeignet, da seine Eingangsdrehzahlen zwischen 9000 und 10 000 U/min liegen.

Auch das hydromechanische Getriebe gemäss Fig. ist im Grundaufbau den Bauformen nach den Fig. 1 und 2 ähnlich, es unterscheidet sich im wesentlichen durch die Eingliederung eines dritten Planetentädersatzes, der mit dem hydrostatischen Getriebe zusammenarbeitet, um einen zusätzlichen Gang zu er-

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möglichen. Das Getriebe nach Fig. 3 hat eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle 102. Ferner sind drei Planetenrädersätze 104,106 und 108, zwei hydrostatische Einheiten 110 und 112, die gemeinsam ein hydrostatisches Getriebe bilden, und ein Vorgelege 114 vorgesehen. Das Getriebe enthält ferner zwei Kupplungen 116 und 118 sowie eine Bremse 120. Diese S chalteinrichtungen können in bekannter Weise ausgebildet sein und in geeigneter Weise gesteuert werden. Im Ausführungsbeispiel ist eine hydraulische Betätigung vorgesehen. Die hydrostatischen Einheiten haben veränderliche Fördermengen der Pumpen und veränderliche Schluckvermögen der Motoren und sind in üblicher Weise aufgebaut.

Die Eingangswelle 100 ist dauernd über eine Nabe 122 mit einem äusseren Zentralrad 124 des ersten Planetenrädersatzes 104 und einem Zahnrad 126 des Vorgeleges 114 verbunden. Der Planetenrädersatz 104 hat ferner ein inneres Zentralrad 128, mehrere Planetenräder 130, die drehbar in einem Planetenträger 132 gelagert sind, und mit den Zentralrädern kämmen. Der Planetenil^ger 132 ist dauernd mit einer Welle 134 zum Antrieb der hydrostatischen Einheit 110 verbunden. Wahlweise kann er mit einer Welle 136 durch die wahlweise betätigbare Kupplung 116 verbunden werden. Das innere Zentralrad 128 ist

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über eine Zwischenwelle 138 mit einer Welle 140 zur hydrostatischen Einheit 112 verblenden. Die Welle 140 und damit das innere Zentralrad 128 sind ferner dauernd mit einem inneren Zentralrad 142 des dritten Planetenrädersatzes 108 verbunden.

satz Der dritte Planetenräderjexägeit 108 hat ferner ein

äusseres Zentralrad 144, mehrere Planetenräder 146, die drehbar in einem Planetenträger 148 gelagert sind, und mit den beiden Zentralrädern kämmen. Der Planetenträger 148 ist mit einem inneren Zentralrad 150 des zweiten Planetenrädersatzes 106 verbunden. Das äussere Zentralrad 144 ist über eine Nabe 152 mit der Ausgangswelle 102 und ferner mit einem äusseren Zentralrad 154 des zweiten Planetenrädersatzes 106 verbunden.

Der Planetenrädersatz 106 hat ferner mehrere Planetenräder 156, die drehbar in einem Planetenträger 158 gelagert sind und mit den beiden Zentralrädern kämmen. Der Planetenträger 158 kann wahlweise durch die Bremse 120 festgelegt werden. Das innere Zentralrad 150 ist mit der einen Seite der Kupplung 118 verbunden. Bei eingerückter Kupplung 118 werden das innere Zentralrad 150 und der Planetenträger 148 von einem Zahnrad 160 des Vorgeleges 114 angetrieben.

Das Vorgelege 114 enthält zwei Gegenzahnräder 162 und 164, die mit den Zahnrädern 126 bzw. 160 kämmen und auf einer gemeinsamen Gegenwelle 166 sitzen, welche in nicht darge-

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steilten Lagern im Getriebegehäuse drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 160 wird also proportional zur Eingangsdrehzahl über das Vorgelege 114 angetrieben. Das Zahnrad 126 ist drehbar auf der Welle 134 und das Zahnrad 160 drehbar auf der Welle 140 gelagert, so dass eine Relativdrehung zwischen diesen Zahnrädern und ihren Lagern gegeben ist.

Das hydromechanische Getriebe gemäss Fig. 3 wird so gesteuert, dass ein erster eingangsverzweigter Gang und ein zweiter eingangsverzweigter Gang entsprechend der Bauart gemäss Fig. 1 geschaltet werden kann. Darüber hinaus ist das Einschalten eines dritten Ganges möglich.

Der Leerlauf des Getriebes gemäss Fig. 3 wird in gleicher Weise bewirkt wie bei der Bauform nach Fig. 1, nämlich dadurch, dass die hydrostatische Einheit auf die Umlaufmenge Null eingestellt wird und alle Schaltorgane, die Kupplungen und die Bremsen ausgerückt sind. Zum Einschalten des ersten Ganges wird die Bremse 120 angelegt. Um eine Zunahme der Drehzahl der Ausgangswelle 102 im ersten Gang zu erzielen, wird die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit in negativer Richtung erhöht, wodurch sich ein Rückwärtsdrehen in Bezug zur Drehung der Eingangswelle 100 ergibt. Die rückwärtslaufende Welle 140 bedingt ein Rückwärtsdrehen des inneren

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Zentralrades 142 und da das aussere Zentralrad 144 mit der Ausgangswelle verbunden ist, läuft der Planetenträger 148 in Rückwärtsrichtung um, so dass das innere Zentralrad 150 in Rückwärtsrichtung angetrieben wird. Diese Rückwärtsdrehnng des inneren Zentralrades 150 bedingt ein Vorwärtsdrehen des äusseren Zentralrades 154 und damit der Ausgangswelle 102, wenn die Bremse 120 angelegt ist. Das innere Zentralrad läuft in Rückwärtsrichtung und überträgt einen Teil der Eingangsleistung von der Eingangswelle 100 auf das innere Zentralrad 142. Im ersten Gang ist somtfc Leistungsverzweigung durch den Planetenrädersatz 104 gegeben.

Die Drehzahl der Auygangswelle 102 wird im ersten: Gang durch Erhöhen der Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 110 in negativer Richtung bewirkt, wie dies die Linie 200 im Schaubild gemäss Fig. 4 zeigt. Ist an der hydrostatischen Einheit 110 der Höchstwert negativer Umlaufmenge im Punkt erreicht, so wird die Umlaufmenge in der hydrostatischen Einheit 112 gemäss der Linie 204 verringert, wodurch sich eine weitere Zunahme der Drehzahl der Ausgangswelle 102 ergibt Wie die Kurven 206 bzw. 208 zeigen, nimmt die Drehzahl der hydrostatischen Einheit 112 in negativer Richtung zu, während die Drehzahl der hydrostatischen Einheit 110 abnimmt. In einem Punkt 210 (Fig. 4) wird die Höchstdrehzahl im ersten

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Gang erreicht und eine weitere Zunahme der Ausgangswellendrehzahl erfolgt unter gleichzeitigem Einrücken der Kupplung und Lüften der Bremse 120.

Wie Fig. 4 erkennen lässt, wird, nachdem dieser synchronisierte Schaltvorgang abgelaufen ist, die Umlaufmenge der hydrodynamischen Einheit 112 erhöht, wodurch eine Abnahme der Drehzahl der hydrodynamischen WSSSSSSI. Einheit 112 und eine Zunahme der Drehzahl der hydrodynamischen Einheit 110 bewirkt wird. Im Punkt 212 hat die hydrodynamische Einheit eine maximale positive Umlaufmenge, während die Umlaufmenge der hydrodynamischen Einheit 110 einen negativen Höchstwert erreicht. Eine weitere Zunahme der Drehzahl der Ausgangswelle 102 wird nun dadurch bewirkt, dass die Umlaufmenge der hydrodj^namischen Einheit 110 verringert wird, bis diese den Wert Null erreicht, zu welcher Zeit ein vollmechanischer Antrieb über den Planetenrädersatz 104 erfolgt.

Im zweiten Gang ist eine weitere Zunahme der Ausgangswellendrehzahl möglich, wenn die Umlaufmenge der hydrodynamischen Einheit 110 bis zu einem Punkt 214 erhöht wird. Bis zu diesem Punkt arbeitet das Getriebe nach Fig. 3 in gleicher Weise wie das Getriebe gemäss Fig. 1. Das bedeutet, dass das Getriebe einen leistungsverzweigten Eingang hat, wenn es im

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ersten und zweiten Gang geschaltet ist und einen synchronisierten Umschaltvorgang zwischen den Gängen gestattete Im Punkt 214 (Fig. 4) sind die umlaufenden Teile der Kupplung 118 synchronisiert, da eine.entsprechende Auslegung der Bauteile in bekannter V/eise vorgenommen ist. Es kann zu diesem Zeitpunkt also die Kupplung 118 eingerückt werden, während die Kupplung ausgerückt wird, um das Getriebe auf den dritten Gang zu schalten.

Im dritten Gang ist ebenfalls ein leistungsverzweigter Eingang durch den Planetenrädersatz 104 gegeben, der die Leistungsanteile auf das innere Zentralrad 128 und den Planetenträger 132 überträgt. Ferner wird ein Teil der eingehenden Leistung über das Vorgelege 114 zur Kupplung 118 übertragen, die es an den Planetenträger 148 des Planetenrädersatzes 10S weitergibto Die eingangsverzweigte Leistung vom Planetenrädersatz 104 wird an das innere Zentralrad 142 abgegeben und dort mit der Leistung am Planetenträger 148 vereint, um an die Ausgangswelle 102 weitergeleitet zu werden.

Um eine Zunahme der Ausgangswellendrehzahl im dritten Gang zu erzielen, wird die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 110 vom Punkt 214 in Fig. 4 verringert bis zu einem Punkt 216 maximaler negativer Umlaufmenge. Eine weitere

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Erhöhung der Ausgangswellendrehzahl kann dann durch Verringerung der Umlaufmenge in der hydrostatischen Einheit 112 bis zu einem Punkt 218 erfolgen, b&i der die höchste Ausgangswellendrehzahl des Getriebes erreicht wird.

Die Ausgangswellendrehzahl des Getriebes kann kontinuierlich verringert werden, indem die beschriebenen Schaltvorgänge in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden, wobei die Ausgangswellendrehzahl gewünschtanfalls bis auf Null herabgesetzt werden kann.

Es ist darauf hinzuweisen, dass in den Punkten und 222 der Kurve in Fig. 4 die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 110 Null ist. In diesen beiden Punkten der Kurve ist die Drehzahl der hydrostatischen Einheit 112 im wesentlichen Null und wenn keine Leckagen in der Anlage wären, würde ein völliger Stillstand erfolgen. In den Punkten 220» und 222' ist die Drehzahl der hydrostatischen Einheit 112 Null. In diesen Punkten erfolgt die Leistungsübertragung vollständig mechanisch, wobei die hydrostatischen Einheiten lediglich als Reaktionsglieder wirken.

Das Getriebe gemäss Fig. 3 kann auch im Rückwärtsgang vom Leerlauf geschaltet werden, indem die Bremse 120 angelegt wird und die Umlaufmenge der hydrostatischen Einheit 110

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in positiver Richtung längs der Kurve 224 in Fig. 4 erhöht wird. Dies ergibt eine positive Drehung der Welle l40 der hydrostatischen Einheit 112, wodurch sich ein Rückwärtslauf der Ausgangswelle 102 durch die Wirkung der Planetenrädersätze 106 und ergibt.

Fig. 5 und 6 zeigen die Betriebskennlinien des Getriebes gemäss Fig. 3» Im einzelnen stellt die Kurve 226 in Fig. 5 den Druck der hydrostatischen Einheit über der Ausgangswellendrehzahl dar. Dieser Druck hat einen Höchstwert von 352-kg/cm bei der Ausgangswellendrehzahl Null. Die Kurve 228 zeigt die hydraulische Leistung in PS, die innerhalb des Getriebes herrscht. Diese hat einen Höchstwert von etwa 120 PS im Punkt 230. Nimmt man als Höchstwert 200 PS an, so ändert sich die Leistung von Null bis zum Höchstwert von lediglich 22?^ der Gesamtleistung bei Ausgangsdrehzahlen zwischen 1000 und 4000 U/min.

Die Kurve in Fig. 6 zeigt den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes gemäss Fig. 3. Diese Kurve lässt einen hohen | Wirkungsgrad über weite Bereiche erkennen. Die Änderung des j Gesamtwirkungsgrades beträgt leldiglich 5,5% zwischen einem Punkt 232 und der maximalen Ausgangswellendrehzahl. Dieser hohe Wirkungsgrad wird erfahrungsgemäss über etwa 72% des Betriebsdrehzahlbereichs erzielt.

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Die Fig. 7 und 8 ermöglichen einen Vergleich eines Getriebes gemäss Fig. 3 mit anderen bekannten Getriebebauarten_o In Fig. 7 stelle die Kurve 234 die Wellen-PS über der Fahrgeschv/indigkeit dar, wenn das hydromechanische Getriebe bei einem Fahrzeug eingesetzt wird, während die Kurve 2"36 die Wellen-PS einer anderen Form eines hydromechanisehen Getriebes veranschaulicht. Im einzelnen würde ein Getriebe, dem die Kurve 236 zugeordnet ist, einen hydrostatischen ersten Gang und einen eingangsverzweigten oder ausgangsverzweigten zweiten Gang aufweisen. Derartige Getriebe wurden, obwohl sie die gleiche Eingangsleistung aufweisen, wesentlich unterschiedliche Ausgangsleistungen zeigen und daher erheblich schlechtere Wirkungsgrade.

Die Kurve in Fig. 8 zeigt die Zugkraft am Fahrzeug, die mit den einzelnen Getriebearten erreichbar ist. Die Kurve 238 zeigt die Zugkraft mit einem hydromechanischen Getriebe nach Fig. 3, während die Kurve 240 die Zugkraft mit einem üblichen hydrodynamischen Getriebe darstellt und die Kurve 242 die Zugkraft, die mit einem hydromechanischen Getriebe erzielt werden kann, das einen vollen hydrostatischen ersten Gang hat. Es ist darauf hinzuweisen, dass, um eine Zugkraftkurve 242 zu erreichen, ein hoher Druck von über 422 kg/cm im Vorwärts-

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fahrbetrieb notwendig wäre, während die Zugkraftkurve 238 entsprechend der erfindungsgemässen Bauart einen Druck von weniger als 352 kg/cm erforderte

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Claims

Patentansprüche

Γ1. Hydromechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Planetenrädersatz zwischen einer Eingangswelle und einer Welle einer ersten hydrostatischen Einheit veränderlicher Umlaufmenge, einem zweiten Planetenrädersatz zwischen einer Ausgangswelle und einer Welle einer zweiten hydrostatischen Einheit veränderlicher Umlaufmenge, wobei die beiden hydrostatischen Einheiten flüssigkeitsverbunden sind, und wahlweise betätigbaren Schalteinrichtungen zum Schalten eines ersten und zweiten Ganges im Getriebe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenrädersatz (12) mit seinem einen Glied (16) dauernd mit der Eingangswelle (10), mit seinem zweiten Glied (20) dauernd mit der Welle (26) der ersten hydrostatischen Einheit (24) und mit seinem dritten Glied (18) dauernd mit der Welle (30) der eweiten hydrostatischen Einheit (32) verbunden ist, dass eine Schaltkupplung (38) wahlweise das zweite Glied (20) des ersten Planetenrädersatzes mit der Ausgangswelle verbindet, dass der zweite Planetenrädersatz (48) mit seinem einen

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Glied (34) dauernd mit dem dritten Glied des ersten Planetenrädersatzes, mit seinem zweiten Glied (46) dauernd mit der Ausgangswelle (44) und mit seinem dritten Glied (52) mit einer Reibungsschalteinrichtung (52) verbunden ist, die dessen Drehzahl steuert, wobei zum Schalten eines eingangsverzweigten ersten Ganges allein die Reibungsschalteinrichtung angelegt und zum Schalten eines eingangsverzweigten zweiten Ganges allein die Kupplung eingerückt wird.
2. Hydromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsschalteinrichtung eine wahlweise anlegbare Bremse (56) ist.
3. Hydromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe zusätzlich einen dritten Planetenrädersatz (106) enthält, der mit seinem einen Glied (150) dauernd mit dem dritten Glied (146) des zweiten Planetenrädersatzes (108) ,mit seinem zweiten GELied (154) dauernd mit der Ausgangswelle (102) und mit seinem dritten Glied (156) mit der wahlweise betätigbaren Reibungsschalteinrichtuhg (120), die dessen Drehzahl steuert, verbunden ist, dass eine zweite wahlweise einrückbare Kupplung (118) eingerückt das erste j

Glied (150) des dritten Planetenrädersatzes mit dem ersten Glied j

(124) des ersten Planetenrädersatzes (104) verbindet, wobei zum \

Schalten eines eingangsverzweigten ersten Ganges allein die \

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Reibungsschalteinrichtung (120) angelegt, zum Schalten eines eingangsver-zweigten zweiten Ganges allein die erste Kupplung (116) und zum Schalten eines eingangsverzweigten und ausgangsvereinten dritten Ganges allein die zweite Kupplung (118) eingerückt werden.
4. Hydromechanisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glied des ersten Planetenrädersatzes (12) sein ausseres Zentralrad (16), sein zweites Glied seinen Planetenträger (20) und sein drittes Glied sein inneres Zentralrad (18) ist, und dass das erste Glied des zweiten Planetenrädersatzes (48) sein inneres Zentralrad (34), sein zweites Glied sein äusseres Zentralrad (46) und sein drittes Glied sein Planetenträger (52) ist.

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