DE10113177C1 - Fünfwelliges Planetenzahnradgetriebe für stufenlose hydrostatische Getriebe mit Lastschaltgängen - Google Patents

Abstract

Fünfwellige Planetengetriebe mit einem dazu parallel angeordneten hydrostatischen Getriebe und mit über Kopfwellen nachgeordneten schaltbaren Zahnradstufen stellen Getriebe dar, die sich in jedem Gang stufenlos verstellen lassen und bei denen der Gangwechsel bei synchronen Drehzahlen und ohne Zugkraftunterbrechung erfolgt. Solche Getriebe verfügen über relativ große Stellbereiche der Übersetzung und über gute Wirkungsgrade, da nur ein Bruchteil der Gesamtleistung hydrostatisch übertragen wird. Sie eignen sich daher für Kraftfahrzeuge. Von dem fünfwelligen Planetengetriebe bilden eine Welle die Antriebswelle, eine zweite die Anfahrkoppelwelle, eine dritte die schellaufende Koppelwelle, eine vierte die langsamlaufende Koppelwelle und die fünfte die Anschlußwelle für die volumenkonstante Verdrängermaschine des hydrostatischen Getriebes, dessen volimenverstellbare Verdrängermaschine mit der Antriebswelle in Verbindung steht. Beim Gangwechsel erfolgt ein Wechsel der leistungsführenden Koppelwelle. Das Bauvolumen des Planetengetriebes wirkt sich auf die Baugröße des gesamten Getriebes aus. Die Erfindung löst daher die Aufgabe, ein fünfwelliges Planetengetriebe vorzuschlagen, das im Vergleich zum Stand der Technik ein erheblich kleineres Bauvolumen aufweist.

Description

Stufenlose hydrostatische Getriebe mit Planetengetrieben und Lastschaltgän­ gen, kurz SHL-Getriebe genannt, haben einen relativ großen stufenlosen Ver­ stellbereich der Übersetzung und verhältnismäßig gute Wirkungsgrade. Sie eignen sich daher für den Einsatz in Fahrzeugen.

Die Erfindung geht vom Stand der Technik aus, den die Schriften EP 0 392 188 A1, WO 89/09899 A1, DE 43 23 358 C1 und DE 39 29 209 A1 offenbaren und den die Merkmale des Oberbegriffes der vorliegenden Erfindung beinhalten.

Fig. 1 zeigt entsprechend dem Stand der Technik beispielhaft das Konzept ei­ nes SHL-Getriebes. Von dem fünfwelligen Planetengetriebe P bilden die Welle D eine Einheit mit der Antriebswelle an, die Welle C die Anfahrkoppelwelle, die Welle A die schnellaufende Koppelwelle, die Welle E die langsamlaufende Koppelwelle und schließlich die Welle B eine Anschlußwelle für das hydrostati­ sche Getriebe, von dem die Zahnräder b1 und b2 die volumenkonstante Ver­ drängermaschine b mit dieser Welle B und die Zahnräder a1 und a2 die volu­ menverstellbare Verdrängermaschine a mit der Antriebswelle an verbinden. Die Schaltkupplungen K1, K2, K3 und K4 vermögen jeweils die leistungsübertra­ gende Koppelwelle über die zugehörige Stirnradstufe c-d, e-f, g-h oder i-j an die Abtriebswelle ab des SHL-Getriebes anzuschließen. Es funktionieren c-d als 1., e-f als 2., g-h als 3. und schließlich i-j als 4. Gang. In jedem Gang ver­ mag das hydrostatische Getriebe die Übersetzung des SHL-Getriebes stufenlos zu verstellen. Die Gangwechsel erfolgen bei synchronen Drehzahlen ohne Zug­ kraftunterbrechung. Die Schaltkupplungen lassen sich daher als Zahnkupplun­ gen ausführen. Die Leistung fließt von der Abtriebswelle ab über eine Hypoid­ stufe H mit Differentialgetriebe, d. h. über das Achsgetriebe, zu den treibenden Vorderrädern des Fahrzeuges.

Das fünfwellige Planetengetriebe hat mehrere miteinander gekoppelte Plane­ tenstufen. Es verfügt über zwei kinematische Freiheitsgrade. Dies bedeutet, daß zwei unabhängig voneinander vorgegebene Drehzahlen den gesamten Drehzahlzustand festlegen. Die Drehzahlen der fünf Wellen sind linear mitein­ ander verknüpft.

Fig. 2 zeigt das Drehzahlleiterdiagramm mit den Leitern der Wellen A, B, C, D und E. Die Schnittpunkte einer beliebigen Geraden mit den Leitern markieren die Drehzahlen der einzelnen Wellen. Fig. 2 bezieht die Drehzahlen n auf die konstant angenommene Drehzahl n_D der Antriebswelle an.

Der Zustand 1 kennzeichnet das Anfahren bei eingelegtem 1. Gang. Das Volu­ men der Verdrängermaschine a weist einen solchen Extremwert auf, bei dem die Welle B mit negativer Antriebsdrehzahl läuft. Die Welle C steht. Es haben die Drehzahl der Welle A ihren größten und die der Welle E ihren kleinsten Wert. Durch Volumenveränderung der Maschine a in Richtung ihres anderen Extremwertes verringert die Welle B betragsmäßig ihre Drehzahl, wobei die leistungsübertragende Koppelwelle C schneller, die leer laufende Welle E ebenfalls schneller und die leer laufende Welle A langsamer dreht.

Im Betriebszustand 2 steht die Welle B. Es fließt keine hydrostatische Leistung. Das Verdrängungsvolumen der Maschine a hat den Wert Null erreicht. Die Maschine a muß die Verdrängermaschine b abstützen.

Fig. 8 der EP 0 302 188 A1 zeigt ein SHL-Getriebe mit einem fünfwelligen Pla­ netengetriebe, das aus drei gekoppelten Planetenstufen besteht, die drei ne­ beneinander angeordnete Räderzüge ergeben. Die Stufe mit dem Sonnenrad 1', den Teilplaneten p' von Stufenplaneten und mit dem Hohlrand 2' sowie die Stufe mit dem Sonnenrad 1", den Stufenplaneten mit den Teilplaneten p" und p' sowie dem Hohlrad 2" = 2' haben einen gemeinsamen Steg s' = s". Die Stufe mit dem Sonnenrad 1''', den Planetenrädern p''', dem Steg s''' und dem Hohl­ rad 2''' erfährt eine Koppelung durch ihre Glieder s''' mit dem Hohlrad 2' = 2" und ferner 1''' mit dem Sonnenrad 1". Es fungieren die gekoppelten Glieder 2', 2" und s''' als Antriebswelle D, s' und s" als langsamlaufende Koppelwelle E, das Hohlrad 2''' als schnellaufende Koppelwelle A, die verbundenen Son­ nenräder 1" und 1''' als Anfahrkoppelwelle C und schließlich das Sonnenrad 1' als Welle B für den Anschluß der volumenkonstanten Verdrängermaschine b.

Die Schrift WO 89/09899 A1 beschreibt ein SHL- Getriebe mit einem fünfwelligen Getriebe, zu dem drei nebeneinander und ge­ koppelte Planetenstufen gehören, und zwar die Stufe mit dem Sonnerad 17, Steg 12 und Hohlrad 20, ferner die Stufe mit dem Sonnenrad 16, Steg 19 und Hohlrad 14 sowie schließlich die Stufe mit dem Sonnenrad 22, Steg 24 und Hohlrad 25. Zur Antriebwelle D gehören die miteinander verbundenen Glieder Steg 12 und Hohlrad 14, zur langsamlaufenden Koppelwelle E die gekoppelten Glieder Hohlrad 20 und Steg 24, zur schnellaufenden Koppelwelle A die mitein­ ander verbundenen Sonnenräder 17 und 22, zum Anschluß der volumenkon­ stanten Verdrängermaschine 7 die Welle B mit dem Sonnenrad 16 und zur An­ fahrkoppelwelle C das Hohlrad 25.

Auch die Patentschrift DE 43 23 358 C1 offenbart ein SHL-Getriebe, das aus drei gekoppelten Planetenstufen mit drei nebeneinander angeordneten Räder­ zügen besteht. Die Planetenstufen haben einen gemeinsamen Steg s, in dem die Stufenplaneten mit den Teilplaneten p', p", und p''' lagern. Es bilden das Sonnenrad 1', die Teilplaneten p' und das Hohlrad 2' eine Stufe, das Sonnen­ rad 1', die Teilplaneten p' und p" sowie das Sonnerad 1" eine weitere Stufe und schließlich das Sonnenrad 1', die Teilplaneten p' und p''' sowie das Son­ nenrad 1''' die dritte Stufe. Es gehören der Steg s zur Antriebswelle D, das Hohlrad 2' zur schnellaufenden Koppelwelle A, das Sonnerad 1" zur Anfahr­ koppelwelle C, das Sonnenrad 1''' zur langsamlaufenden Koppelwelle E und schließlich das Sonnenrad 1' zur Welle B für den Anschluß der volumenkon­ stanten Verdrängermaschine b.

Die fünfwelligen Planetengetriebe der vorstehend aufgeführten SHL-Getriebe bauen infolge der jeweils nebeneinander angeordneten drei Räderzüge relativ breit. Untersuchungen zeigen, daß auch die Außendurchmesser relativ groß ausfallen.

Fig. 9 der DE 39 29 209 A1 zeigt ein SHL-Getriebe mit einem fünfwelligen Pla­ netengetriebe, zu dem zwei nebeneinander angeordnete und gekoppelte Plane­ tenstufen gehören, und zwar einmal die Stufe mit dem Sonnenrad 82, den Pla­ netenrädern 86 und dem Hohlrad 81 sowie zum anderen die Stufe mit dem Son­ nenrad 90, den Planetenrädern 87 und dem Hohlrad 89. Beide Stufen haben einen gemeinsamen Steg 88. Die Planetenräder 86 und 87 kämmen jeweils mit­ einander. Es gehören das Hohlrad 81 zur Antriebswelle D, das Hohlrad 89 zur Anfahrkoppelwelle C, das Sonnenrad 90 zur schnellaufenden Koppelwelle A, der Steg 88 zur langsamlaufenden Koppelwelle E und schließlich das Sonnen­ rad 82 zur Welle B für den Anschluß der volumenkonstanten Verdrängerma­ schine.

Bei dem fünfwelligen Planetengetriebe nach DE 39 29 209 A1 besteht nur Platz für die Unterbringung von drei jeweils miteinander im Eingriff befindlichen Pla­ netenpaaren. Diese Einschränkung und weitere konstruktive Gegebenheiten führen zu relativ großen Maßen für die Baubreite und den Außendurchmesser.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, ein fünfwelliges Planetengetriebe für SHL-Getriebe vorzuschlagen, das im Vergleich zum beschriebenen Stand der Technik für die Breite und den Außendurchmesser kleinere Abmessungen hat, das also ein geringeres Bauvolumen aufweist.

Die Merkmale des Patentanspruches lösen diese Aufgabe.

Fig. 3 zeigt das Konzept des erfindungsgemäßen fünfwelligen Planetengetrie­ bes mit angeschlossenem hydrostatischen Getriebe. Es realisiert drei Plane­ tenstufen mit den zwei nebeneinander angeordneten Räderzügen R1 und R2. Es bilden das Sonnenrad So1, die Stufenplaneten mit den Teilplaneten p1 und p2 sowie das Sonnenrad So2 eine Stufe, Das Sonnerad So1 die Teilplaneten p1 und das Hohlrad Ho1 eine zweite Stufe und ferner das Sonnerad So1 die Stufenplaneten mit den Teilplaneten p1 und p2, die Zwischenplaneanet 2z und das Hohlrad Ho2 die dritte Stufe. Die Planetenstufen haben einen gemeinsa­ men Steg s, der die Antriebswelle D darstellt. Es gehören das Sonnenrad So2 zur Anfahrkoppelwelle C, das Hohlrad Ho1 zur schnellaufendenden Koppelwelle A, das Hohlrad Ho2 zur langsamlaufenden Koppelwelle E und schließlich das Sonnerad So1 zur Welle B, die über die Zahnräder b1 und b2 mit der volumen­ konstanten Verdrängermaschine b des hydrostatischen Getriebes in Verbin­ dung steht, von dem die Zahnräder a1 und a2 die volumenverstellbare Ver­ drängermaschine a an die Antriebswelle an anschließen.

Die konstruktive Gestaltung des fünfwelligen Planetengetriebes entsprechend dem Konzept nach Fig. 3 geht aus Fig. 4 hervor. Der Entwurf sieht die Anord­ nung von fünf Stufenplaneten vor. Die Darstellung bringt jeweils die Planeten­ räder so in die Achschnittebene, daß man mit Ausnahme der Paarungen p2 mit p2z ihre Eingriffe erkennen kann. Die Planetenräder verteilen sich gleichmäßig am Umfang der Stufen.

Es zeigen Fig. 5 die Zahnräder des Räderzuges R1 und Fig. 6 die Zahnräder des Räderzuges R2. Aus Fig. 7 geht die räumliche Anordnung der Zahnräder des erfindungsgemäßen fünfwelligen Planetengetriebes hervor, wobei zur zur besseren Verdeutlichung nur ein Satz Planetenräder dargestellt wird. Dieser Radsatz besteht aus dem Stufenplaneten mit den Teilplaneten p1 und p2 sowie dem Zwischenplaneten p2z.

Die Vorteile der Erfindung verdeutlicht folgende Arbeit: Jarchow F: Fünfwellige Planetenzahnradgetriebe für stufenlose hydrostatische Getriebe mit Lastschalt­ gängen, erschienen am 29. März 2001 im VDI-Bericht Nr. 1592. Die hier für ein bestimmtes Kraftfahrzeug erstellten Konstruktionen fünfwelliger Planetenge­ triebe mit gleichen Tragfähigkeiten führen zu den nachstehenden Ergebnissen. Setzt man von dem erfindunggsgemäßen fünfwelligen die Baubreite b = 100%, den Außendurchmesser d = 100% und das Bauvolumen V = 100%, so betra­ gen für das fünfwellige Planetengetriebe nach DE 39 29 209 A1 b = 129%, d = 130% und V = 219% sowie für das fünfwellige Planetengetriebe nach WO 89/09899 A1 b = 147%, d = 114%, und V = 190%.

Claims (1)

1. Fünfwelliges Planetenzahnradgetriebe für stufenlose hydrostatische Getriebe mit Lastschaltgängen, von denen die Welle (D) die Antriebswelle, die Welle (C) die Anfahrkoppelwelle, die Welle (A) die schnellaufende Koppelwelle, die Welle (E) die langsamlaufende Koppelwelle und die Welle (B) die Anschlußwelle für die volumenkonstante Verdrängermaschine eines stufenlosen hydrostatischen Getriebes bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Steg (s) gelager­ ten Stufenplaneten aus den Teilplaneten (p1) und (p2) bestehen, von denen (p1) mit einem Sonnenrad (So1) und einem Hohlrad (Ho1) und (p2) mit einem Sonnenrad (So2) und Zwischenplaneten (p2z) kämmen, wobei die Zwischen­ planeten (p2z) mit einem Hohlrad (Ho2) im Eingriff stehen und wobei ferner der Steg (s) zur Antriebswelle (D), das Sonnenrad (So2) zur Anfahrkoppelwelle (C), das Hohlrad (Ho1) zur schnellaufenden Koppelwelle (A), das Hohlrad (Ho2) zur langsamlaufenden Koppelwelle (E) und das Sonnenrad (So1) zur Welle B für den Anschluß der volumenkonstanten Verdrängermaschine des hydrostati­ schen Getriebes gehören.