DE3910410A1

DE3910410A1 - Hydrostatisch mechanisches leistungsverzweigungsgetriebe

Info

Publication number: DE3910410A1
Application number: DE19893910410
Authority: DE
Inventors: Abdul Arain; Peter Dr Tenberge
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1989-10-19

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Hydrostatisch mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe ermöglichen im Wandlungsbereich ihrer Übersetzung eine beliebige zielorientierte Anpassung von Antriebsmaschine und Arbeitsmaschine. Ein wichtiger Anwendungsbereich stufenloser Getriebe können Kraftfahrzeuge, insbesondere Land- und Baumaschinen, werden. In diesem Anwendungsbereich bieten sie eine Reihe von Vorteilen:
Brennkraftmaschinen können im Kennlinienfeld mit geringem Kraftstoffverbrauch mit den Zielen der Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads betrieben werden.
Möglichkeit des Brennkraftmaschinenbetriebes bei Maximalleistungsdrehzahl mit dem Ziel, an einem als Zapfwelle ausgebildeten motordrehzahlabhängigen Nebenabtrieb zum Antrieb von Landmaschinen stets ausreichende Leistung zur Verfügung zu stellen.
Möglichkeit des Einsatzes solcher Brennkraftmaschinen, die auf einen schmalen Drehzahlbereich ausgelegt sind. Entsprechende Brennkraftmaschinen können eine bis zu 40% höhere spezifische Leistung haben als elastische Brennkraftmaschinen. Außerdem sind sie einfacher und langlebiger.

Der Wirkungsgrad hydrostatisch mechanischer Verzweigungsgetriebe ist besser, je kleiner der hydrostatische Leistungsanteil ist. Ein stufenlos hydrostatisch mechanisches Getriebe ist bekannt (DE 33 42 047), dessen Gesamtverstellbereich der Übersetzung durch mehrere Verstellbereiche gebildet werden kann, so daß sich bei derartigen Getrieben günstige Werte für Gewicht, Baugröße, Herstellkosten und Wirkungsgrade ergeben. Mit den vorhandenen Getriebeelementen kann ein Betriebszustand geschaltet werden, der ein stufenloses Beschleunigen der Hauptabtriebswelle aus dem Stillstand heraus bei drehender Hauptantriebswelle ermöglicht. Eine Lehre zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Getriebes im Anfahrbereich kann aus dieser Schrift nicht gezogen werden.

Da vor allem Land- und Baumaschinen ihren Hauptarbeitsbereich im Anfahrbereich und bei niedrigen Geschwindigkeiten haben, sind hydrostatisch mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe mit großem wirksamen hydrostatischen Leistungsanteil gerade in diesem Hauptarbeitsbereich nicht geeignet.

O

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leistungsverzweigungsgetriebe so zu konzipieren, daß es im Anfahrbereich und bei niedriger Geschwindigkeit mit einem verbesserten Gesamtwirkungsgrad betrieben werden kann und der hydrostatische Leistungsanteil im Anfahrbereich und bei niedriger Geschwindigkeit minimiert wird. Die Anzahl Getriebeelemente und deren Raumbedarf soll dabei (möglichst) gering sein. Die Anordnung der Getriebeelemente soll deren Belastung verringern.

Diese Aufgabe wird bei einem Getriebe nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste Koppelwelle außerdem mit einem Planetenradträger und eine zweite Koppelwelle mit einem Sonnenrad eines dreiwelligen zweiten Koppelgetriebes ständig triebmäßig verbunden sind, dessen Hohlrad über eine dritte Koppelwelle und über ein Nachschaltgetriebe mit einer Ausgangswelle gekuppelt werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Planetenradsätzen und Kupplungen und deren Kombinationsmöglichkeiten wird eine feinere Unterteilung der Übersetzung des Niedergeschwindigkeitsbereichs des Getriebes erzielt. Dadurch können die Leistungsanteile im Hydrostaten in diesem bisher für die Dimensionierung der Hydrostateinheiten bestimmenden Geschwindigkeitsbereich verringert werden. Die Hydrostaten werden damit kleiner und preisgünstiger.

Der maximal wirksame Leistungsanteil des hydrostatischen Zweiges ist unter anderem auch bestimmend für die Dimensionierung der Koppelgetriebe. Bei verringertem maximal wirksamen hydrostatischen Leistungsanteil kann die Dimensionierung der Koppelgetriebe auf eine insgesamt geringere Belastung eingestellt werden.

Die Planetengetriebe zwischen den Kupplungen und der Abtriebswelle reduzieren bei erhöhter Drehzahl das Drehmoment an den Kupplungen und im Koppelgetriebe, so daß die Kupplungen und Koppelgetriebe geringer belastet sind.

Die konstruktiven Merkmale gemäß Anspruch 2 bringen eine besonders günstige Drehzahl und Drehmomentübertragung vom ersten vierwelligen Koppelgetriebe zu dem zweiten dreiwelligen Koppelgetriebe.

Die konstruktiven Merkmale gemäß Anspruch 3 ermöglichen den Einbau einer besonders montagefreundlichen Baueinheit für vier Kupplungen, die dadurch in vorteilhafter Weise zentral mit Steuerdruck- und Schmiermedium versorgt werden können.

Die konstruktiven Merkmale gemäß Anspruch 4 und 5 ermöglichen eine einfache Betätigung des Nachschaltgetriebes.

Die konstruktiven Merkmale gemäß Anspruch 6 ergeben eine besonders vorteilhafte Anordnung für den Reversierbetrieb des Getriebes.

Die konstruktiven Merkmale gemäß Anspruch 7 ergeben erhöhte Betriebssicherheit für die Betätigungselemente des Nachschaltgetriebes.

Die konstruktiven Merkmale gemäß Anspruch 8 ermöglichen es, das Fahrzeug zu schleppen, da das gesamte Hinterachsdifferential vom Getriebe abgekuppelt ist.

Die konstruktiven Merkmale gemäß Anspruch 9 ermöglichen einen Notbetrieb des Getriebes, d. h., bei Ausfall der Getriebesteuerung kann über die erste Kupplung und die Bremse, die durch Federkraft eingerückt sind, das Getriebe in einer Gangstufe weiterbetrieben werden.

Die Ansprüche enthalten eine sinnvolle Kombination von Lösungsmerkmalen, allerdings sind für den Fachmann im Rahmen der Erfindung weitere Kombinationen ohne weiteres möglich.

Die einzige Fig. zeigt ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe für einen landwirtschaftlichen Schlepper.

Eine Antriebswelle 1 treibt über ein Vorgelege 2 eine verstellbare Hydrostateinheit 3 und über ein Vorgelege 4 eine Eingangswelle 5 eines vierwelligen Koppelgetriebes 6 an. Die verstellbare Hydrostateinheit 3 wirkt mit einer Hydrokonstanteinheit 7 zusammen. Die Hydrokonstanteinheit 7 treibt über ein Vorgelege 8 eine zweite Eingangswelle 9 des Koppelgetriebes 6 an. Das Koppelgetriebe 6 enthält zwei dreiwellige Planetenradsätze 10 und 11. Die Eingangswelle 5 ist mit einem Planetenträger 12 des Planetenradsatzes 10 verbunden. Der Planetenradsatz 10 enthält Planeten 13. Die Eingangswelle 5 ist fest mit einem Hohlrad 14 des zweiten Planetenradsatzes 11 verbunden. Der Planetenradsatz 11 enthält Planeten 15. Die Eingangswelle 9 ist fest mit einem Sonnenrad 16 des zweiten Planetenradsatzes 11 verbunden. Eine Sonne 17 des ersten Planetenradsatzes 10 ist befestigt auf einer Koppelwelle 18. Ein Planetenradträger 19 des zweiten Planetenradsatzes 11 ist mit einem Hohlrad 20 des Planetenradsatzes 10 und einer Koppelwelle 21 verbunden. Die Koppelwellen 18 und 21 sind mit einem zweiten Koppelgetriebe 23 verbunden, das einen Planetenradsatz 23 A aufweist. Eine Sonne 22 dieses Planetenradsatzes 23 A ist mit der Sonne 17 des ersten Planetenradsatzes 10 und der Planetenradträger 19 des zweiten Planetenradsatzes 11 ist mit einem Planetenradträger 24 des Planetenradsatzes 23 A über die Koppelwelle 21 verbunden.

An einem Hohlrad 25 des Planetenradsatzes 23 A sind Außenlamellen 26 einer Kupplung 29 drehfest angebracht. Diese Außenlamellen 26 greifen zwischen Innenlamellen 27, die auf einer Welle 28 drehfest sind.

Auf der Koppelwelle 18 ist ein Kupplungsträger 30 montiert, der über drehfeste Außenlamellen 31 zwischen die auf der Welle 28 drehfest montierten Innenlamellen 27 einer Kupplung 33 eingreift.

An einer mit der Koppelwelle 21 fest verbundenen Zwischenwelle 34 sind Außenlamellen 35 einer Kupplung 38 drehfest montiert. Diese greifen zwischen Innenlamellen 36, die auf einer Welle 37 drehfest angebracht sind.

Die Welle 28 enthält drehfest Außenlamellen 39, die zwischen Innenlamellen 36 einer Kupplung 41 greifen.

Die Welle 28 ist fest mit einer Sonne 42 eines Planetenradsatzes 43 verbunden. Die Welle 37 trägt Planeten 44 des Planetenradsatzes 43. Ein Hohlrad 45 des Planetenradsatzes 43 ist über Lamellen 46 einer Bremse 47 mit einem Getriebegehäuse 48 verbindbar. Die Welle 37 ist fest mit einer Getriebeausgangswelle 48 verbunden. Das Hohlrad 45 des Planetenradsatzes 43 ist fest mit einer Sonne 49 eines Planetenradsatzes 50 verbunden. Ein Planetenradträger 51 des Planetenradsatzes 50 ist fest mit der Getriebeausgangswelle 48 verbunden. Ein Hohlrad 52 des Planetenradsatzes 50 kann über Lamellen 53 einer Bremse 54 mit dem Getriebegehäuse verbunden werden.

Die Getriebeausgangswelle 48 ist mit einem Ritzel 55 versehen, das z.B. ein Tellerrad 56 einer Hinterachse (nicht dargestellt) des Fahrzeugs antreiben kann. Über ein Vorgelege 57 und eine Trennkupplung 58 kann eine zu einer weiteren (nicht dargestellten) Achse führende Antriebswelle 59 angetrieben werden.

Innerhalb der Getriebeausgangswelle 48 ist eine Kupplung 60 angeordnet. Die Antriebswelle 1 kann über eine Zapfenwellenkupplung 61 mit einer aus dem Getriebe herausgeführten Zapfenwelle 62 verbunden werden, die ein Vorgelege 63 aufweist. Weiterhin ist in der Verbindung zwischen dem Hohlrad 45 und dem Sonnenrad 49 eine Trennkupplung 64 angeordnet.

Funktionsweise: Über die Antriebswelle 1 werden die Hydrostateinheit 3 und die Eingangswelle 5 proportional zur Drehzahl einer Kraftmaschine angetrieben. Durch Verstellen des Fördervolumens der Hydrostateinheit 3 wird die Konstanteinheit 7 beschleunigt und das Hohlrad 25 des Planetenradsatzes 23 A durch Summieren der Drehzahlen der Eingangswellen 5, 9 in den Koppelgetrieben 6 und 23 auf Drehzahl 0 gebracht. Ist die Drehzahl 0 des Hohlrads 25 erreicht, schließt die Kupplung 29. Die Summe der Leistungen aus dem hydrostatischen und dem mechanischen Zweig 9, 5 fließt über das Sonnenrad 17, den Planetenradträger 19, die Koppelwellen 18, 21 und das Hohlrad 25 des Planetenradsatzes 23 A, die Kupplung 29 und die Sonne 42 in den vierten Planetenradsatz 43. Die Bremse 47 ist geschlossen, und das Hohlrad 45 steht somit still. Die Leistung fließt über den Planetenradträger 37 in die Abtriebswelle 48.

Die weitere Wandlung des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes wird durch ein weiteres Verstellen der Hydrostateinheit 3 erreicht. Hat nach Durchlaufen des ersten Fahrbereichs das Hohlrad 25 Synchrondrehzahl mit der Drehzahl des Kupplungsträgers 30 erreicht, schließt die Kupplung 33, und die Kupplung 29 öffnet sich. Sodann fließt die summierte Leistung aus mechanischem und hydrostatischen Zweig 5, 9 über das Sonnenrad 17 des ersten Planetenradsatzes 10, die Koppelwelle 18 und die geschlossene Kupplung 33. Der weitere Leistungsfluß in diesem zweiten Fahrbereich erfolgt über die Sonne 42 und bei geschlossener Bremse 47 und somit feststehendem Hohlrad 45 über den Planetenradträger 37 zur Getriebeausgangswelle 48.

Um in den dritten Fahrbereich zu schalten, wird bei Synchrondrehzahl der Kupplung 33 und des Hohlrads 34 die Kupplung 38 geschlossen und sodann unmittelbar die Kupplung 33 geöffnet. Die kombinierte Leistung aus mechanischem und hydrostatischem Leistungszweig 5, 9 fließt sodann über die Koppelwelle 21 und das Hohlrad 34 über die Kupplung 38 in den Planetenradträger 37, und bei geöffneten Bremse 47, 51 in die Getriebeausgangswelle 48.

Der vierte Fahrbereich wird erreicht durch Schließen der Kupplungen 33 und 41 bei Synchrondrehzahl mit Kupplung 33 und unmittelbar darauf folgend das Öffnen der Kupplung 38. Die summierte Leistung aus mechanischem und hydrostatischem Leistungszweig fließt sodann über die Sonne 17 des ersten Planetenradsatzes 10 über die Kupplung 33 und die Kupplung 41, und bei geöffneten Bremsen 47, 51 über den Planetenradträger 37 in die Getriebeausgangswelle 48.

Eine Umkehrung der Drehrichtung der Getriebeausgangswelle 48 erfolgt durch Schließen der Bremse 54 und damit Festhalten des Hohlrades 52 des Planetenradsatzes 50.

Ein erster Fahrbereich in diese Gegendrehrichtung ergibt sich aus der Summierung der hydrostatischen und mechanischen Leistung 9, 5 in der Sonnenwelle 17 des ersten Planetenradsatzes 10 und des Planetenradträgers 19 des zweiten Planetenradsatzes 11. Die Leistung fließt sodann über das Hohlrad 25 des Planetenradsatzes 23 A bei geschlossener Kupplung 29 über die Sonne 42 in den Planetenradsatz 43. Bei offener Bremse 47 fließt die Leistung über das Hohlrad 45 zur Sonne 49 des Planetenradsatzes 50 und über den Planetenradträger 51 in die Getriebeausgangswelle 48. Ein Teil dieser Leistung fließt zum Steg des Planetenradsatzes 43 zurück und wird der dortigen Antriebsnennleistung überlagert.

Ein zweiter Fahrbereich in dieser Gegendrehrichtung der Getriebeausgangswelle 48 wird erreicht durch Schließen der Kupplung 33 und unmittelbar anschließendes Öffnen der Kupplung 29. Die summierte Leistung aus mechanischem und hydrostatischem Leistungszweig fließt sodann über die Sonne 17 des ersten Planetenradsatzes 10 über die Kupplung 33, die Sonne 42, das Hohlrad 45 und bei geschlossener Bremse 54 über den Planetenradträger 51 des Planetenradsatzes 50 zur Getriebeausgangswelle 48.

Bei einem Ausfall der Getriebesteuerung kann das Leistungsverzweigungsgetriebe in einer Gangstufe weiterbetrieben werden. Die Bremsen 47 und 54 sowie die Kupplung 29 sind durch Federkraft geschlossen, wobei mittels der Trennkupplung 64 der als Umkehrstufe dienende Planetenradsatz 50 abgetrennt wird. Ein Abschleppen des mit dem Leistungsverzweigungsgetriebe ausgerüsteten Fahrzeugs ist nach einem Öffnen der Trennkupplung 60 möglich.
Bezugszeichen

1 Antriebswelle
2 Vorgelege
3 verstellbare Hydrostateinheit
4 Vorgelege
5 Eingangswelle
6 erstes Koppelgetriebe
7 Hydrokonstanteinheit
8 Vorgelege
9 Eingangswelle
10 Planetenradsatz
11 Planetenradsatz
12 Planetenradträger
13 Planeten
14 Hohlrad
15 Planeten
16 Sonne
17 Sonne
18 Koppelwelle
19 Planetenradträger
20 Hohlrad
21 Koppelwelle
22 Sonne
23 zweites Koppelgetriebe
23 A Planetenradsatz
24 Planetenradträger
25 Hohlrad
26 Außenlamellen
27 Innenlamellen
28 Welle
29 Kupplung
30 Kupplungsträger
31 Außenlamellen
32 Innenlamellen
33 Kupplung
34 Zwischenwelle
35 Außenlamellen
36 Innenlamellen
37 Welle
38 Kupplung
39 Außenlamellen
40 Innenlamellen
41 Kupplung
42 Sonne
43 Planetenradsatz
44 Planeten
45 Hohlrad
46 Lamellen
47 Bremse
48 Getriebeausgangswelle
49 Sonne
50 Planetenradsatz
51 Planetenradträger
52 Hohlrad
53 Lamellen
54 Bremse
55 Ritzel
56 Tellerrad
57 Vorgelege
58 Kupplung
59 Antriebswelle
60 Kupplung
61 Zapfenwellenkupplung
62 Zapfwelle
63 Vorgelege
64 Trennkupplung

Claims

1. Hydrostatisches, mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, dessen mechanischer sowie hydrostatischer Leistungszweig eingangsseitig über eine gemeinsame Antriebswelle (1) angetrieben und ausgangsseitig in einem ersten vierwelligen Koppelgetriebe (6) summiert werden, wobei zwei ausgangsseitige Koppelwellen (18, 21) dieses Koppelgetriebes (6) wechselweise über ein dreiwelliges Planetennachschaltgetriebe (43, 50) mit einer Ausgangswelle (48) des Leistungsverzweigungsgetriebes kuppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Koppelwelle (21) außerdem mit einem Planetenradträger (24) und die zweite Koppelwelle (18) mit einem Sonnenrad (22) eines dreiwelligen zweiten Koppelgetriebes (23) ständig triebmäßig verbunden sind, dessen Hohlrad (25) über eine dritte Koppelwelle (28) und über das Planetennachschaltgetriebe (43, 50) mit der Ausgangswelle (48) gekuppelt werden kann.

2. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Koppelwelle (21) ein Hohlrad (20) eines ersten Planetensatzes (10) und ein Planetenträger (19) eines zweiten Planetensatzes (11) des ersten Koppelgetriebes (6) und die zweite Koppelwelle (18) ein Sonnenrad (17) des ersten Koppelgetriebes (6) sind.

3. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Koppelgetriebe (23) und dem Nachschaltgetriebe (43, 50) vier Kupplungen (29, 33, 38, 41) angeordnet sind, durch deren erste die dritte Koppelwelle (28) mit dem Sonnenrad (42) des Nachschaltgetriebes (43) und durch deren zweite die zweite Koppelwelle (18) mit dem Sonnenrad (42) des Nachschaltgetriebes (43) und durch deren dritte die erste Koppelwelle (21) mit dem Planetenträger (37) des Nachschaltgetriebes (43) und durch deren zweite und vierte die zweite Koppelwelle (18) mit dem Planetenradträger (37) des Nachschaltgetriebes (43) verbindbar sind.

4. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (37) des Nachschaltgetriebes (43) ständig mit der Ausgangswelle (48) des Leistungsverzweigungsgetriebes triebmäßig verbunden ist.

5. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (45) des Nachschaltgetriebes (43) über eine erste Bremse (47) mit dem Gehäuse (48) verbindbar ist.

6. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umkehrplanetenradsatz (50) vorgesehen ist, dessen Planetenradträger (51) ständig mit der Ausgangswelle (48) und dessen Sonnenrad (49) mit dem Hohlrad (45) des Nachschaltgetriebes (43) verbunden ist und ferner das Hohlrad (52) des Umkehrsatzes (50) über eine zweite Bremse (54) mit dem Gehäuse (48) verbindbar ist.

7. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsen (47 und 54) durch Federkraft geschlossen sind und durch eine Hilfskraft geöffnet werden.

8. Leistungsverzweigungsgetriebe nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abtriebswelle (28) eine Trennkupplung angeordnet ist.

9. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruche 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplung (29) durch Federkraft geschlossen ist und durch Hilfskraft geöffnet wird und daß in der Verbindung zwischen dem Hohlrad (45) des Nachschaltgetriebes (43) und dem Sonnenrad (49) des Umkehrsatzes (50) eine Trennkupplung angeordnet ist.