DE19527754A1 - Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einem hydrostatisch-mechanischen Lei­ stungsverzweigungsgetriebe, bestehend aus einer verstellbaren Hydrostateinheit einem mehrwelligen Summierungsplanetenge­ triebe und einem nachgeschalteten Stufengetriebe zur Bildung von mindestens "n" in Synchronpunkten aneinander anschließenden und mittels Verstellung der Hydrostateinheit durchfahrenen, durch Öffnen und Schließen von Kupplungen bestimmten Schaltbe­ reichen, wodurch insgesamt stufenloser Fahrbetrieb von Still­ stand bis Endgeschwindigkeit möglich ist.

Derartige Getriebe sind etwa aus der EP-B 386 214 bekannt. Der Übergang von einem Schaltbereich in den darauffolgenden durch Umstellen von Kupplungen in den jeweiligen Synchronpunkten er­ fordert einen mehrfachen Eingriff der Steuerung, der eine ge­ wisse Zeit braucht. Besonders dann, wenn noch besondere Maß­ nahmen getroffen werden, um einen absolut ruckfreien Übergang zu erzielen, siehe etwa EP-A 444 472. Das bedeutet, daß bei starker Verzögerung des Fahrzeuges und bei hoher Beschleunigung - die bei geringer Belastung möglich ist - die Bereichsschal­ tungen ins Hintertreffen geraten bzw. daß auf diese Rücksicht genommen werden muß.

Dieses Problem besteht unabhängig von der Art der verwendeten Kupplungen und der Art des dem Summierungsplanetengetriebe nachgeschalteten Stufengetriebes. Es besteht also auch bei ei­ nem Getriebe gemäß der US-A 5,207,736. Zudem ist es auch aus Verschleißgründen wünschenswert, die Anzahl der Bereichsschal­ tungen auf das Nötige zu beschränken.

Es ist somit Ziel der vorliegenden Erfindung, ein starkes Be­ schleunigen und Verzögern ohne unnötige Bereichsschaltungen und mit einem Minimum an Zeitverlust zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ein weiterer Schaltbereich "V1*" vorgesehen ist, der vom Stillstand oder sehr niederer Anfahrgeschwindigkeit bis zu dem Synchronpunkt am Beginn des "n"-ten Bereiches reicht und wahlweise anstelle der Bereiche "V1" bis "Vn-1" durchfahrbar ist.

Es handelt sich somit um einen weiteren Schaltbereich, der meh­ rere der vorhandenen Bereiche überspannt. Ob er bei Stillstand oder bei sehr niederer Anfahrgeschwindigkeit beginnt, hängt von der Bauart des Getriebes ab. Letzteres ist der Fall, wenn die Kraftübertragung beim Anfahren zuerst nur über den Hydrostaten erfolgt. Auch in dem weiteren Bereich ist ein Steuereingriff in den Hydrostaten nicht ausgeschlossen.

Die Erfindung ist auf Getriebe verschiedener Bereichsanzahl an­ wendbar. So wäre etwa bei einem Getriebe mit vier Bereichen n = 4, der weitere Bereich würde die Bereiche 1 bis 3 überspannen und im Synchronpunkt an den vierten Bereich anschließen. Bei einem Getriebe mit fünf Bereichen könnte je nach den Gegeben­ heiten der weitere Bereich entweder wieder die ersten drei Be­ reiche über spannen und von zwei vorhandenen Bereichen gefolgt sein, oder etwa die ersten vier Bereiche überspannen und dann in den fünften münden. Es ist auch an Getriebe mit drei Berei­ chen zu denken, bei dem der weitere Bereich nur die zwei unter­ sten Bereiche überbrückt.

In der Regel wird in dem weiteren Bereich das übertragbare Mo­ ment kleiner und/oder die Momentenverteilung zwischen hydrosta­ tischem und mechanischem Zweig anders sein. Das aber ist weder beim Anfahren mit geringer Last noch beim Bremsen (wo ja die Wirkung der mechanischen Bremsen hinzukommt) ein Nachteil, zumal der weitere Bereich ja nur durchfahren wird. In jedem Fall wird damit das eingangs definierte Ziel erreicht und noch ein Gewinn an Fahrkomfort verbucht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Summierungspla­ netengetriebe fünfwellig, wobei zwei Eingangswellen vorhanden sind und zwei der drei Ausgangswellen über Kupplungen mit dem nachgeschalteten Stufengetriebe verbindbar sind, das ein Plane­ tengetriebe ist. Bei diesem sind im weiteren Schaltbereich "V1*" die zweite Ausgangswelle und im daran anschließenden "n"­ ten Bereich die dritte Ausgangswelle des Summierungsplanetenge­ triebes mit einer Ausgangswelle gekuppelt (Anspruch 2).

In dieser Anordnung beginnt der weitere Bereich jedenfalls im Stillstand und es müssen zur Gewinnung des weiteren Bereiches am Getriebe selbst überhaupt keine Änderungen vorgenommen wer­ den. Es genügt, eine andere Kombination der bereits vorhandenen Kupplungen zu schließen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das nachgeschaltete Stufengetriebe ein zweistufiges Planetengetriebe (Anspruch 3). Dadurch kann die Erfindung auch bei Rückwärtsfahrt genutzt wer­ den.

Das Schalten des weiteren Bereiches kann von Hand erfolgen. Im Rahmen der Erfindung kann aber vorteilhafterweise eine Vorwahl­ einrichtung vorgesehen sein. Die Steuereinheit bringt bei vor­ gewähltem Bereich "V1*" die Kupplungen erst dann in die diesem zugeordneten Stellungen, wenn entweder bei abnehmender Drehzahl der Abtriebswelle der Synchronpunkt am Beginn des Bereiches "Vn" erreicht wird, oder wenn aus dem Stillstand angefahren wird (Anspruch 4).

In weiterer Verfeinerung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Bereich "V1*" selbsttätig vorgewählt wird, wenn bei Be­ trieb im Bereich "Vn" die Verzögerung der Abtriebswelle über einem vorgegebenen Wert liegt (Anspruch 5); oder daß der Be­ reich "V1*" selbsttätig vorgewählt wird, wenn beim Anfahren aus dem Stand das übertragene Drehmoment unter einem vorbestimmten Wert liegt und daß diese Vorwahl bei Abstellen des Motors zu­ rückgesetzt wird (Anspruch 6). Dabei ist das übertragene Dreh­ moment besonders einfach aus dem Druck im Hydrostaten zu ermit­ teln (Anspruch 7).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be­ schrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 Getriebeschema in einer vorteilhaften Ausführungsform,

Fig. 2 Kupplungsschaltschema zum Getriebe der Fig. 1,

Fig. 3 Drehzahlplan zum Getriebe der Fig. 1 in den normalen Bereichen,

Fig. 4 Drehzahlplan zum Getriebe der Fig. 1 im weiteren Bereich.

In Fig. 1 ist der Motor 1, etwa eine Verbrennungskraftmaschine, nur angedeutet. Er treibt ohne der zwischen liegenden Kupplung eine Getriebeeingangswelle 2. Diese treibt einerseits über eine erste Zahnradtransmission 3 eine steuerbare Hydrostateinheit 4, deren Ausgang über eine zweite Zahnradtransmission 5 eine erste Eingangswelle 6 antreibt. Andererseits treibt die Getriebeein­ gangswelle 2 über eine dritte Zahnradtransmission 7 eine zweite Eingangswelle 8. Die Hydrostateinheit 4 besteht aus zwei hydro­ statischen Maschinen A, B, wovon immer eine als Motor und eine als Pumpe arbeitet. Die Maschine A ist stufenlos in beiden Drehrichtungen steuerbar.

Die beiden Eingangswellen 6, 8 sind Teil eines Summierungsplane­ tengetriebes 10, von dem aus über Kupplungen K1, K2 ein Stufen­ getriebe 11 angetrieben wird, welches hier aus einer ersten Planetengetriebestufe 12 mit einer Kupplung KR (genauer: einer Bremse) und einer zweiten Planetengetriebestufe 13 mit einer Kupplung (genauer: einer Bremse) KV besteht. Über Kupplungen K3, K4 wird eine Abtriebswelle 14 geschaltet, die beispielsweise dem Antrieb eines Fahrzeuges dient.

Das Summierungsplanetengetriebe 10 enthält eine erste Sonne 20, ein erstes Hohlrad 21 und abgestufte Planeten 22, die den er­ sten Planetensatz bilden. Der zweite Planetensatz besteht aus einer zweiten Sonne 23, einem Hohlrad 24 und den abgestuften Planeten 22, die beiden Sätzen gemeinsam sind. Die Planeten 22 sind auf einem Planetenträger gelagert, dessen Welle 25 die er­ ste Ausgangswelle des Summierungsplanetengetriebes 10 dar­ stellt. Das zweite Hohlrad 24 wirkt über eine Hohlradwelle 26 auf die Kupplung K1 und stellt die zweite Ausgangswelle dar. Die zweite Sonne 23 wirkt über eine Sonnenwelle 27 auf die Kupplung K2 und stellt die dritte Ausgangswelle des Summie­ rungsplanetengetriebes 10 dar.

Die erste Stufe 12 des Stufengetriebes 11 besteht aus einem er­ sten Sonnenrad 31, ersten Planetenrädern 32, einem ersten Pla­ netenträger 33 und einem ersten Ringrad 34. Die Sonnenradwelle wird wahlweise von einer der beiden Kupplungen K1, K2 ange­ trieben, der erste Planetenträger 33 ist mittels der Kupplung KR am stationären Gehäuse festbremsbar. Das erste Ringrad 34 ist mit einem zweiten Planetenträger 35 der zweiten Planetenge­ triebestufe 13 drehfest verbunden. Dessen Planetenräder 36 käm­ men innen mit einem zweiten Sonnenrad 37, das mit der Sonnen­ radwelle 30 drehfest verbunden ist und außen mit einem zweiten Ringrad 38, welches über die Kupplung KV am Gehäuse festbrems­ bar ist. Die Abtriebswelle 14 ist mit dem zweiten Planetenträ­ ger 35 drehfest verbunden und über die Kupplungen K3, K4 entwe­ der mit der Planetenträgerwelle 25 oder mit der Sonnenradwelle 30 drehfest verbindbar.

Weiters ist ein Steuergerät 40 angedeutet. Dieses erhält über Signalleitungen 41 gemessene Betriebs- und Fahrparameter sowie von einem Fahrpedal 42 eine Last- bzw. Geschwindigkeitsvorgabe. Aus diesen Signalen bildet das Steuergerät 40 Steuersignale für den Hydrostaten 4, die diesem über die Steuerleitung 43 über­ mittelt werden und Steuersignale 44 für die Kupplungen K1, K2, K3, K4, KR, KV. Schließlich ist noch ein Vorwählschalter 45 vor­ gesehen, den der Fahrer betätigt, um die andere Schaltstrategie über den weiteren Bereich zu wählen.

Fig. 2 zeigt tabellarisch, welche Kupplungen in den einzelnen Fahrbereichen geschlossen sind, wobei der geschlossene Zustand durch ein X in der jeweiligen Zeile und Spalte angedeutet ist. In dem als Beispiel gewählten Getriebe sind zwei Rückwärtsbe­ reiche R1, R2 und vier Vorwärtsbereiche V1, V2, V3 und V4 vorgese­ hen. Die ersten sechs Zeilen entsprechen den normalen Berei­ chen, in der siebenten Zeile ist der Bereich V1* der weitere Bereich, der die Bereiche V1, V2 und V3 überbrückt. In der letz­ ten Zeile erscheint der daran anschließende normale Bereich V4. Es ist zu erkennen, daß die Umschaltung auch hier durch das Öffnen der Kupplung K1 und das Schließen der Kupplung K2 er­ folgt.

Nun wird anhand des Geschwindigkeitsplanes der Fig. 3 unter Be­ zugnahme auf die Fig. 1 und 2 der normale Ablauf der Be­ reichsschaltungen beschrieben. Auf der Abszisse ist die Ge­ schwindigkeit des Fahrzeuges aufgetragen, auf der Ordinate die Drehzahlen, am rechten Bildrand. Auf der der Geschwindigkeit 0 entsprechenden Abszisse sind die Regelstellungen des Hydrosta­ ten 4 aufgetragen, die hier weniger interessieren. Am horizon­ talen oberen Bildrand sind die Bereiche entsprechend der Fig. 2 und durch eine vertikale Linie die Bereichsgrenzen eingetragen. Im ersten Fahrbereich V1 sind die Kupplungen K1 und KV gesch­ lossen. Der Antrieb erfolgt über die Hohlradwelle 26 und die zweite Planetengetriebestufe 13. In diesem Bereich wird der Hy­ drostat 4 und damit auch die Drehzahl der ersten Eingangswelle 6 von -1 bis +1 durchfahren. Dabei wird die Sonnenradwelle 30 von der Geschwindigkeit 0 im Anfangspunkt 50 bis zum ersten Synchronpunkt 51, mit dem der zweite Bereich V2 beginnt, hoch­ gefahren. In diesem Punkt sind die Drehzahlen von Hohlradwelle 26 und Sonnenwelle 27 gleich, die Kupplung K2 wird geschlossen und die Kupplung K1 geöffnet. Der Hydrostat 4 und mit ihm die erste Eingangswelle 6 durchlaufen nun ihren Drehzahlbereich im umgekehrten Sinn von +1 bis -1. In diesem Punkt 52 wird die Kupplung K3 geschlossen und die Kupplung KV geöffnet. Es wird der dritte Bereich V3 durchfahren, bis der zweite Synchronpunkt 53, erreicht ist. Da in diesem die Planetenträgerwelle 25 und die Sonnenradwelle 30 gleich schnell drehen, können die Kupp­ lungen umgeschaltet werden. Soweit der Verlauf bei den normalen Bereichsschaltungen.

Fig. 4 zeigt nun in einem analogen Schaubild die Vorgänge bei der Bereichsschaltung, wenn erfindungsgemäß ein die Bereiche V1, V2 und V3 überbrückender Bereich V1* vorgewählt ist. Der weitere Bereich 1 reicht hier wieder von der Geschwindigkeit 0 (Punkt 50) bis zum Synchronpunkt 53, mit dem der vierte Bereich V4 beginnt. In beiden Punkten (je nachdem, ob bei Beschleuni­ gung oder Verzögerung) wird bei entsprechender Vorwahl die Kupplungskombination für den Bereich V1* gemäß Fig. 2 geschal­ tet, nämlich die Kupplungen K1 und K4 geschlossen. Dadurch treibt die Hohlradswelle 26 die Sonnenradwelle 30 (die entspre­ chenden Linien sind daher deckungsgleich) und die Abtriebswelle 14. Es ist zu erkennen, daß der Hydrostat und damit die erste Eingangswelle 6 nur einmal durch den Bereich von -1 bis +1 hin­ durch geregelt wird. Im Synchronpunkt 53 wird die Kupplung K2 geschlossen und die Kupplung K3 geöffnet, die Kupplung K4 bleibt geschlossen.

Es verdient besondere Beachtung, daß der erfindungsgemäße wei­ tere Bereich hier ohne irgendwelche baulichen Veränderungen ge­ schaffen wird, da er sich ja nur durch eine andere Schaltkom­ bination der bereits vorhandenen Kupplungen von den üblichen Bereichen unterscheidet.

Claims (7)

1. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, bestehend aus einer verstellbaren Hydrostateinheit (4), einem mehrwelligen Summierungsplanetengetriebe (10) und einem nachge­ schalteten Stufengetriebe (11) zur Bildung von mindestens "n" in Synchronpunkten aneinander anschließenden und mittels Ver­ stellung der Hydrostateinheit (4) durchfahrenen, durch Öffnen und Schließen von Kupplungen bestimmten Schaltbereichen (V1, V2, . . ., Vn) wodurch insgesamt stufenloser Fahrbetrieb von Still­ stand bis Endgeschwindigkeit möglich ist, dadurch gekennzeich­ net, daß ein weiterer Schaltbereich (V1*) vorgesehen ist, der von Stillstand oder sehr niederer Anfahrgeschwindigkeit bis zu dem Synchronpunkt (53) am Beginn des n-ten Bereiches (Vn) reicht und wahlweise anstelle der Bereiche (V1) bis (Vn-1) durchfahrbar ist.

2. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dessen Summierungsplanetengetriebe (10) fünf­ wellig ist, wobei zwei Eingangswellen (6, 8) vorhanden sind und zwei (26, 27) der drei Ausgangswellen (25, 26, 27) über Kupplungen (K1, K2) mit dem nachgeschalteten Stufengetriebe (11) verbindbar sind, das ein Planetengetriebe ist, dadurch gekennzeichnet, daß im weiteren Schaltbereich (1*) die zweite Ausgangswelle (26) und im daran anschließenden "n"-ten Bereich (Vn) die dritte Ausgangswelle (27) des Summierungsplanetengetriebes (10) mit einer Ausgangswelle (14) gekuppelt sind.

3. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgeschalte­ te Stufengetriebe (11) ein zweistufiges (11, 12) Planetenge­ triebe ist.

4. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Steuereinheit (40), dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorwahleinrichtung (45) vorge­ sehen ist, und daß die Steuereinheit (40) bei vorgewähltem wei­ teren Bereich (V1*) die Kupplungen erst dann in die diesem Be­ reich zugeordneten Stellungen bringt, wenn entweder bei abneh­ mender Drehzahl der Abtriebswelle (14) der Synchronpunkt (53) am Beginn des Bereiches Vn erreicht wird, oder wenn aus dem Stillstand (50) angefahren wird.

5. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Be­ reich (V1*) selbsttätig vorgewählt wird, wenn bei Betrieb im Bereich (Vn) die Verzögerung der Abtriebswelle (14) über einem vorgegebenen Wert liegt.

6. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Be­ reich (V1*) selbsttätig vorgewählt wird, wenn beim Anfahren aus dem Stand das übertragene Drehmoment unter einem vorbestimmten Wert liegt und daß diese Vorwahl bei Abstellen des Motors zu­ rückgesetzt wird.

7. Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragene Drehmoment aus dem Druck im Hydrostaten (4) ermittelt wird.