DE3726080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe zwischen Motor und Achsantriebsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges, mit Merkmalen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Ein solches Getriebe ist beispielsweise aus Fig. 1 der DE-PS 29 04 572 und zugehöriger Beschreibung bekannt. Bei solchen Getrieben beträgt das Abtriebsmoment bei Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges nur ca. 50% des bei Vorwärtsfahrt gegebenen Abtriebsmomentes. Hierfür sind folgende Gründe maßgebend: Während der Vorwärtsfahrt addieren sich das Moment des einen Hydrowandlers (Koppelkraftmaschine) und das Drehmoment des Antriebsmotors und das Stützmoment des anderen Hydrowandlers (Steuerkraftmaschine). Bei Rückwärtsfahrt dagegen substrahieren sich das Drehmoment des Antriebsmotors und des Hydrowandlers (Steuerkraftmaschine) vom Moment des Hydrowandlers (Koppelkraftmaschine). Dies führt bei Rückwärtsfahrt zu unbefriedigenden Antriebsbedingungen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, das hydromechanische Leistungsverzweigungsgetriebe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß zumindest für Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges ein höheres Antriebsmoment zur Verfügung gestellt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Mittel gelöst.

Dadurch, daß einer der Hydrowandler im Betriebsbereich des Fahrzeuges (n_Ausgang : n_Eingang ≦ 50%) über zwei wahlweise aktivierbare Getriebeübersetzungen mit der Getriebeausgangswelle verbindbar ist, ist, wenn die größere derselben eingekuppelt ist, das Fahrzeug in Kriechgangfahrt vorwärts oder - das ist der vorwiegende Fall - in Rückwärtsfahrt mit einem beträchtlich erhöhten Antriebsmoment bewegbar.

Der Vorteil eines vierwelligen, gegenüber einem aus Fig. 6 der DE-OS 21 41 098 bekannten dreiwelligen Planetendifferentialgetriebes ist darin begründet, daß damit ein höherer Wandlungsbereich erzielbar und damit also auch eine größere Momentenerhöhung herbeiführbar ist. Die Anbindung des zweiten Hydrowandlers an eine Zwischenwelle und die Anordnung der jeweils kleineren Zahnräder der beiden Zahnradstufen zwischen besagtem zweitem Hydrowandler und Getriebeausgangswelle auf der Zwischenwelle bieten die Möglichkeit einer zusätzlichen Schaltung ohne die Notwendigkeit einer Getriebevergrößerung. Die Anordnung der jeweils durchmessergrößeren Zahnräder der beiden genannten Getriebeübersetzungen an einer mit der Getriebeausgangswelle fest verbundenen Hohlwelle und die Möglichkeit, diese beiden Zahnräder von dieser besagten, sie tragenden Hohlwelle mittels der Wechselschaltkupplung WSK entkuppeln zu können, bringen den Vorteil, daß diese Zahnräder im zweiten Betriebsbereich (n_Ausgang : n_Eingang ≧ 50%) leer und nur mit vergleichsweise kleinen Umfangsgeschwindigkeiten drehen können.

Zum Vergleich: Bei der Getriebeanordnung nach Fig. 6 der DE-OS 21 41 098 sind die durchmessergrößeren Zahnräder 20, 27 der beiden vergleichbaren Zahnradstufen jeweils fest mit der Getriebeausgangswelle verbunden, was zwangsläufig immer auch entsprechend hohe Drehzahlen der ständig mitrotierenden Zahnräder mit entsprechend hohen Umlaufgeschwindigkeiten bewirkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Details der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend ist das erfindungsgemäße hydromechanische Leistungsverzweigungsgetriebe anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch ein hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit den erfindungsgemäßen Mitteln,

Fig. 2 bis 4 jeweils das Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß Fig. 1 in je einer anderen Getriebeübertragung.

In der Zeichnung sind mit 1 ein Antriebsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit 2 ein als Kennungswandler dienendes hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe und mit 3 eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges wie Lkw oder Omnibusses, bezeichnet. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 2 weist wenigstens zwei Arbeitsbereiche auf und ist durch ein Planetendifferentialgetriebe 4 sowie zwei Hydrowandler 5, 6, gebildet. Letztere können jeweils in beiden Richtungen als Motor oder Pumpe betrieben werden und stehen über hydraulische Leitungen 7, 8 miteinander in Verbindung. Mit 9 ist eine mit dem Antriebsmotor 1 direkt verbundene bzw. über eine nicht dargestellte Kupplung zuschaltbare Getriebeeingangswelle und mit 10 die Getriebeausgangswelle bezeichnet, die mit dem Achsantriebsstrang 11 des Fahrzeuges in Verbindung steht. Das Planetendifferentialgetriebe 4 umfaßt ein fest mit der Eingangswelle 9 verbundenes großes Sonnenrad 12, ein kleines Sonnenrad 13, mehrere jeweils auf einem fest mit der Getriebeausgangswelle 10 verbundenen Steg 14 drehbar gelagerte Doppelplanetenräder 15, 16, eine mit dem Steg 14 koaxial verbundene Hohlwelle 17 sowie ein Hohlrad 18. Letzteres besitzt eine Innenverzahnung 19, mit der die Verzahnungen der Planetenräder 16 kämmen. Das kleine Sonnenrad 13 ist drehfest mit einer Hohlwelle 20 verbunden, die auf der Getriebeeingangswelle 9 gelagert ist, außerdem ein Zahnrad 21 trägt und die Hohlwelle 17 lagert. Drehfest mit dem Hohlrad 18 ist ein Zahnrad 22 verbunden, das mit einem Zahnrad 23 kämmt, das fest auf der Welle 24 sitzt, die die Antriebsverbindung zum Hydrowandler 5 herstellt. Das auf der Hohlwelle 20 sitzende Zahnrad 21 kämmt mit einem drehbar, aber axial gesichert auf einer Welle 25 gelagerten Zahnrad 26, mit dem drehfest über eine Hohlwelle die Mitnehmerscheibe 27 einer Schaltkupplung SK verbunden ist, deren Schaltmuffe mit 28 bezeichnet ist. Die Welle 25 kann direkt die mechanische Verbindung zwischen Planetendifferentialgetriebe 4 und Hydrowandler 6 herstellen; in diesem Fall wäre der Hydrowandler 6 mit seiner Welle direkt mit der Welle 25 verbunden. Im dargestellten Fall bildet die Welle 25 aber eine Zwischenwelle, die ein Zahnrad 29 drehfest trägt, das als Teil einer Zahnradstufe 29, 30 zum Hydrowandler 6 mit einem Zahnrad 30 kämmt, welches drehfest auf einer Welle 31 sitzt, die die mechanische Verbindung zum Hydrowandler 6 herstellt.

Der Hydrowandler 6 ist über wenigstens zwei unterschiedliche Zahnradstufen mit der Getriebeausgangswelle 10 verbindbar. Hierzu ist an der mit dem Steg 14 fest verbundenen Hohlwelle 17 drehfest ein Mitnehmerrad 32 einer Wechselschaltkupplung WSK angeordnet, deren Schaltmuffe mit 33 bezeichnet ist. Die Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK kann eine neutrale, antriebslose mittlere 0-Stellung (siehe Fig. 1) und zwei Antriebsübertragungsstellungen a und b (siehe Fig. 2 und 4) einnehmen, in denen jeweils unterschiedlich große Übersetzungen wirksam sind.

In der ersten, von der neutralen 0-Stellung verschiedenen Schaltposition (siehe Fig. 2) steht das Mitnehmerrad 32 über die Wechselschaltkupplung WSK mit einem Mitnehmerrad 34 in Wirkverbindung, das fest auf einer axial gesicherten, aber drehbar auf der Hohlwelle 17 gelagerten Nabe 35 sitzt und des weiteren fest verbunden ein Zahnrad 36 trägt, das mit einem drehfest auf der Zwischenwelle 25 angeordneten Zahnrad 37 kämmt. In dieser ersten Schaltposition a ist eine erste Getriebeübersetzung vom Hydrowandler 6 zur Getriebeausgangswelle 10 gegeben, bei einem Betrieb des Fahrzeugs im Bereich (n_Ausgang : n_Eingang ≦ 50%) in Vorwärtsrichtung.

In einer zweiten, von der neutralen 0-Stellung verschiedenen Schaltposition b (siehe Fig. 4) steht das Mitnehmerrad 32 über die Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK mit einem Mitnehmerrad 38 in Wirkverbindung, das fest auf einer drehbar, aber axial gesichert auf der Hohlwelle 17 gelagerten Nabe 39 sitzt und des weiteren ein drehfest mit ihr verbundenes Zahnrad 40 trägt, das mit einem drehfest auf der Zwischenwelle 25 angeordneten Zahnrad 41 kämmt. Die Übersetzung Zahnrad 41/Zahnrad 40 beträgt beispielsweise 1 : 4,5 und ist größer als das beispielsweise 1 : 2,5 betragende Übersetzungsverhältnis von Zahnrad 37/Zahnrad 36 in der ersten Schaltposition a. In der zweiten Schaltposition b der Wechselschaltkupplung WSK ist somit eine zweite, größere Getriebeübersetzung vom Hydrowandler 6 zur Getriebeausgangswelle 10 gegeben, die bei einem Betrieb des Fahrzeugs im Kriechgang vorwärts oder insbesondere bei Rückwärtsfahrt im Bereich (n_Ausgang : n_Eingang ≦ 50%) für die Bereitstellung eines erhöhten Antriebsmomentes dient.

In einem zweiten Betriebsbereich des Fahrzeuges (n_Ausgang : N_Eingang ≧ 50%) wird über die Schaltmuffe 28 der Schaltkupplung SK eine weitere Getriebeübersetzung vom Hydrowandler 6 zur Getriebeausgangswelle 10 wirksam. Die Schaltmuffe 28 der Schaltkupplung SK verbindet dabei eine hinter der Mitnehmerscheibe 27 benachbart zu dieser fest an der Zwischenwelle 25 angeordnete Mitnehmerscheibe 42 mit der Mitnehmerscheibe 27, so daß dann das Zahnrad 26 an die Zwischenwelle 25 angekuppelt und dadurch über das Zahnrad 21 und die Hohlwelle 20 das daran angeordnete kleine Sonnenrad 13 getrieblich angeschlossen ist. Diese Antriebsverbindung ist aus Fig. 3 ersichtlich. Im ersten Betriebsbereich des Fahrzeuges ist diese Antriebsverbindung nicht gegeben, wobei die Schaltmuffe 28 der Schaltkupplung SK dann in ihre offene Stellung geschaltet ist.

Die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 10 summiert sich aus den Drehzahlen des großen Sonnenrades 12 und des Hohlrades 18, welche die Umlaufgeschwindigkeit der Planetenräder 15 bzw. des Steges 14 festlegen. Der Hydrowandler 5 bewirkt durch seine Drehzahl und Drehrichtung über die Zahnräder 23 und 22 und das Hohlrad 18 dessen Drehzahl und Drehrichtung.

Soll die Getriebeausgangswelle 10 und über diese das Fahrzeug in einem ersten Betriebsbereich (n_Ausgang : n_Eingang ≦ 50%) für normale Fahrt vorwärts beschleunigt werden, so wird die Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK aus ihrer neutralen Stellung in die erste Schaltposition a gemäß Fig. 2 gebracht. Der Hydrowandler 5 arbeitet dann bei einer Drehrichtung des Hohlrades 18 umgekehrt zur Drehrichtung des vom Antriebsmotor 1 aus angetriebenen großen Sonnenrades 12 als Pumpe und liefert die umgesetzte Leistung an den Hydrowandler 6. Dieser arbeitet als Motor und treibt die Welle 31 an, wodurch Leistung über die Zahnräder 30 und 29 auf die Zwischenwelle 25 mit dem Zahnrad 37 und von diesem über das Zahnrad 36 und die in erster Schaltposition a geschlossene Wechselschaltkupplung WSK an die Hohlwelle 17 und von dieser über den Steg 14 an die Getriebeausgangswelle 10 übertragen wird.

Am Ende dieses Betriebsbereiches hat die Drehzahl des Hydrowandlers 5 soweit abgenommen, daß dieser vollständig bzw. nahezu stillsteht. In diesem Fall wird praktisch die gesamte Leistung des Antriebsmotors 1 vom Planetendifferentialgetriebe 4 allein mechanisch auf die Getriebeausgangswelle 10 übertragen. In dieser Situation erfolgt, sofern das Fahrzeug weiter beschleunigt werden soll, der Übergang in den zweiten Betriebsbereich (n_Ausgang : n_Eingang ≧ 50%) durch Umschaltung der Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK in die neutrale 0- Stellung sowie Betätigung der Schaltmuffe 28 der Schaltkupplung SK zur Verbindung des Zahnrades 26 mit der Zwischenwelle 25. Dies ist aus Fig. 3 ersichtlich. Die Antriebsleistung für den Hydrowandler 6 wird damit vom kleinen Sonnenrad 13 her über die Hohlwelle 20, die Zahnräder 21, 20, die Zwischenwelle 25, die Zahnräder 29, 30 und die Welle 31 übertragen. In diesem zweiten Betriebsbereich arbeitet dann der Hydrowandler 5 bei gleicher Drehrichtung des Hohlrades 18 und des großen Sonnenrades 12 als Motor, der seine Leistung von dem nun als Pumpe arbeitenden Hydrowandler 6 über die hydraulischen Verbindungsleitungen 7, 8 erhält.

Soll dagegen die Getriebeausgangswelle 10 und über diese das Fahrzeug im ersten Betriebsbereich (n_Ausgang : n_Eingang ≦ 50%) für Fahrt im Kriechgang vorwärts bewegt werden, so wird bei offengehaltener Schaltkupplung SK die Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK aus ihrer neutralen 0-Stellung in ihre zweite Schaltposition b gebracht, was aus Fig. 4 ersichtlich ist. Der Hydrowandler 5 arbeitet in diesem Fall gleich wie im Bereich für normale Fahrt vorwärts als Pumpe und liefert die umgesetzte Leistung über die Leitungen 7, 8 an den Hydrowandler 6. Dieser arbeitet als Motor und treibt die Welle 31 sowie über die Zahnräder 30, 29 die Zwischenwelle 25 an. Die Leistung wird in diesem Fall entsprechend dem gewünschten Kriechgang des Fahrzeuges über die größere Übersetzung der in Wirkverbindung mit der Hohlwelle 17 stehenden Zahnradstufe 41, 40 über den Steg 14 auf die Getriebeausgangswelle 10 mit dem Ergebnis einer geringeren Ausgangsdrehzahl, aber höherem Antriebsmoment übertragen.

Der Übergang vom Kriechgang des Fahrzeuges in Beschleunigung für normale Fahrt vorwärts erfolgt durch Umschalten der Schaltmuffe 33 der Wechselschaltkupplung WSK in deren Schaltposition a.

Soll dagegen die Getriebeausgangswelle 10 und über diese das Fahrzeug im ersten Betriebsbereich (n_Ausgang : n_Eingang ≦ 50%) für Rückwärtsfahrt aus dem Stillstand heraus beschleunigt werden, so werden getriebeseitig die gleichen Verhältnisse wie für Kriechgang vorwärts hergestellt, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Gegenüber Kriechgangvorwärtsfahrt müssen lediglich die Drehrichtung des Hydrowandlers 6 sowie die Druckverhältnisse in den hydraulischen Leitungen 7, 8 umgekehrt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit möglich, das Fahrzeug im Betriebsbereich (n_Ausgang : n_Eingang ≦ 50%) mit zwei verschiedenen Getriebeübersetzungen, die jener des Planetendifferentialgetriebes 4 überlagert sind, vorteilhaft an bestimmte Betriebsbedingungen angepaßt, zu betreiben.

Außerdem erlaubt die Gestaltung des hydromechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes 2, so wie in den Figuren dargestellt, ohne Verzögerung von dessen Gehäuse 43 die Unterbringung einer Versorgungspumpe 44 für den hydrostatischen Kreis samt Antrieb durch Zahnräder 45, 46 von der Getriebeeingangswelle 9 her im Gehäuse 43, räumlich vor dem vordersten Zahnrad 21.

Die Schaltmuffen 33 der Wechselschaltkupplung WSK und 28 der Schaltkupplung SK sind durch nicht dargestellte Betätigungseinrichtungen betätigbar, welche ihre Schaltbefehle von einer ebenfalls nicht dargestellten Steuereinrichtung erhalten.

Claims (3)

1. Hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe zwischen Motor und Achsantriebsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges, mit einem Planetendifferentialgetriebe (4) mit mindestens zwei Reihen von Planetenrädern (15, 16), zwei Sonnenrädern (12, 13) und einem planetenradtragenden Steg (14), sowie mit einer Getriebeeingangswelle (9) und einer Getriebeausgangswelle (10), beide angeschlossen an verschiedene Wellen des Planetendifferentialgetriebes, und mit Hydrowandlern (5, 6), die jeweils in mindestens einem Betriebsbereich an einer Welle des Planetendifferentialgetriebes angeschlossen sind, wobei der eine Hydrowandler (6) im Betriebsbereich (n_Ausgang : n_Eingang ≦ 50%) über eine von zwei verschieden große Übersetzungen aufweisende, wahlweise durch eine Schaltkupplung aktivierbare Zahnradstufen (37, 36 bzw. 41, 40) mit der Getriebeausgangswelle (10) verbindbar ist, wobei die Zahnradstufe mit der größeren Übersetzung für Kriechgangvorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges verwendet und in diese bei Stillstand der Getriebeausgangswelle umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekanntes vierwelliges Planetendifferentialgetriebe (4) verwendet und mit dessen die vierte Welle bildendem Hohlrad (18) der eine Hydrowandler (5) über eine Zahnradstufe (23, 22) verbunden ist, daß der andere Hydrowandler (6) mit einer Zwischenwelle (25) in Antriebsverbindung steht, an der drehfest das jeweils durchmesserkleinere Zahnrad (37 bzw. 41) der beiden Zahnradstufen (27, 36 bzw. 41, 40) mit unterschiedlicher Übersetzung angeordnet ist, während die jeweils durchmessergrößeren Zahnräder (36 bzw. 40) dieser Zahnradstufen über eine Wechselschaltkupplung (WSK) wahlweise mit einer mit der Getriebeausgangswelle (10) drehfest verbundenen Hohlwelle (17) des Planetendifferentialgetriebes (4) kuppelbar sind.

2. Hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchmessergrößeren Zahnräder (36 bzw. 40) der beiden Zahnradstufen jeweils auf einer Nabe (35 bzw. 39) drehfest angeordnet sind, die jeweils gesichert, aber drehbar auf einer fest mit dem planetenradtragenden Steg (14) des Planetendifferentialgetriebes (4) verbundenen Hohlwelle (17) angeordnet sind, wobei der Steg (14) mit der Getriebeausgangswelle (10) drehfest verbunden ist, und daß jede der beiden Naben (35 bzw. 39) außerdem eine drehfest angeschlossene Mitnehmerscheibe (34 bzw. 38) trägt, zwischen denen mittig ein drehfest mit der Hohlwelle (17) verbundenes Mitnehmerrad (32) angeordnet ist, auf dem die Schaltmuffe (33) der Wechselschaltkupplung (WSK) aus deren neutralen 0- Stellung axial nach beiden Seiten zur wahlweisen Kupplung mit der einen (34) oder anderen Mitnehmerscheibe (38) für Ankupplung der einen (41, 40) oder anderen Zahnradstufe (37, 36) an die Hohlwelle (17) verschiebbar ist.

3. Hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Zwischenwelle (25) außer den Zahnrädern (29, 37, 41) noch ein weiteres Zahnrad (26) drehbar, aber axial gesichert angeordnet ist, das über eine Nabe mit einer Mitnehmerscheibe (27) drehfest verbunden ist, der räumlich beabstandet davor eine drehfest an der Zwischenwelle (25) angeordnete Mitnehmerscheibe (42) zugeordnet ist, auf der die Schaltmuffe (28) einer Schaltkupplung (SK) sitzt, die durch Axialverschiebung eine Antriebsverbindung mit der Mitnehmerscheibe (27) zur Ankupplung des Zahnrades (26) an die Zwischenwelle (25) herstellt, daß das Zahnrad (26) mit einem Zahnrad (21) kämmt, das drehfest an einer das kleine Sonnenrad (13) des Planetendifferentialgetriebes (4) tragenden Hohlwelle (20) angeordnet ist, und daß die Antriebsverbindung vom Hydrowandler (6) über die Zahnradstufe (30, 29), die Zwischenwelle (25) und die Zahnradstufe (26, 21) zum Planetendifferentialgetriebe (4) durch Schließen der Schaltkupplung (SK) bei gleichzeitigem Rückführen der Wechselschaltkupplung (WSK) in deren neutrale 0-Stellung für einen Betrieb des Fahrzeuges im zweiten Betriebsbereich (n_Ausgang : n_Eingang ≧ 50%) herstellbar ist.