DE102007000619A1

DE102007000619A1 - Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe

Info

Publication number: DE102007000619A1
Application number: DE102007000619A
Authority: DE
Inventors: Erwin Baur; Hubert Lehle; Walter Fischer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Es wird ein Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe vorgeschlagen, umfassend einen mechanischen und einen hydrostatischen Leistungszweig (2.1), die in einem Summierungsgetriebe (7) zusammengeführt werden, wobei der hydrostaische Leistungszweig eine Hydrostateinheit aufweist, umfassend eine Pumpe (B) und einen Motor (A) und wobei das Summierungsgetriebe (7) Planetenssätze (P1, P2, P3, P4) und Schaltelemente (K1, K2, K3, K4, BG) aufweist, durch deren Kombination vier Fahrbereiche in Vorwärtsrichtung schaltbar sind und wobei in Kraftflussrichtung zwischen dem hydrostatischen Leistungszweig (1) und dem Summierungsgetriebe (7) eine Schalteinrichtung (8) vorgesehen ist, über die der hydrostatische Leistungszweig (1) wahlweise über eine erste Übersetzungsstufe (9) oder eine zweite Übersetzungsstufe (10) mit dem Summierungsgetriebe (7) verbindbar ist, wobei über die erste Übersetzungsstufe (9) eine Übersetzung ins Schnelle erzielt wird, so dass im Summierungsgetriebe (7) bei konstant laufenden Verbrennungsmotor konstruktionsbedingt eine Drehrichtungsumkehr zur Rückwärtsfahrt realisiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stufenlose hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt; sie werden vorzugsweise in landwirtschaftlichen Fahrzeugen, beispielsweise in Ackerschleppern eingesetzt. Derartige Leistungsverzweigungsgetriebe umfassen üblicherweise nach dem Stand der Technik ein stufenlos verstellbares Hydrostatgetriebe mit einer volumenverstellbaren und einer volumenkonstanten Einheit, einem Summierungsgetriebe und einem Bereichsgetriebe mit mehreren schaltbaren Gängen. Die über eine Antriebswelle eingeleitete Leistung verzweigt sich zum einen zu dem Hydrostatgetriebe und zum anderen auf eine Eingangswelle des Summierungsgetriebes.
Durch das Summierungsgetriebe werden die Drehzahlen und Drehmomente des Hydrostatgetriebes und der Antriebsmaschine zusammengeführt. Mit Hilfe von Schaltelementen sind verschiedene Gänge anwählbar, indem die Ausgangswelle des Summiergetriebes über unterschiedliche Stirnradstufen mit der Abtriebswelle gekoppelt wird.
Die Verwendung von derartigen Getrieben in Fahrzeugen, insbesondere bei landwirtschaftlichen Zugmaschinen, ermöglicht das Einstellen einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch die Wahl von Motordrehzahl und Getriebeübersetzung.
Bei hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetrieben wird die zur Realisierung des Rückwärtsganges erforderliche Drehrichtungsumkehr nach dem Stand der Technik durch ein nachgeschaltetes separates Wendegetriebe, das beispielsweise in Vorgelegebauweise angeordnet sein kann, dargestellt. Dadurch ergibt sich ein Gesamtgetriebe, das bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt in etwa den gleichen Geschwindigkeitsbereich erzeugt.
Aus der DE 101 23 105 A1 der Anmelderin ist ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe bekannt. Das bekannte Getriebe umfasst einen mechanischen und einen hydrostatischen Leistungszweig, die in einem Summierungsgetriebe zusammengeführt werden und über eine gemeinsame Antriebswelle antreibbar sind, wobei der Abtrieb des Summierungsgetriebes über schaltbare Planetengetriebe mit dem Abtrieb in Verbindung steht. Bei dem bekannten Getriebe ist zwischen dem hydrostatischen Leistungszweig und dem Summierungsgetriebe eine Schalteinrichtung vorgesehen, über die der hydrostatische Leistungszweig wahlweise über ein erstes oder ein zweites Untersatzungsgetriebe mit dem Summierungsgetriebe verbindbar ist. Hierbei ist dem Abtrieb eine Fahrrichtungskupplung vorgeschaltet, wodurch vier Vorwärtsfahrbereiche und vier Rückwärtsfahrbereiche mit gleichen Abtriebsdrehzahlen erreichbar sind.
Aus der EP 0 834 027 B1 der Anmelderin ist ein weiteres hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe bekannt, welches ebenfalls ein Summierungsgetriebe für die Leistungszweige aufweist, wobei das Summierungsgetriebe zur Realisierung der Rückwärtsfahrt mit einer Rückwärtsfahrt-Kupplung verbindbar ist
Des weiteren ist aus der DE 101 28 076 A1 der Anmelderin ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe bekannt, welches eine nachgeschaltete Kupplung für Vorwärtsfahrt und eine nachgeschaltete Kupplung für Rückwärtsfahrt aufweist.
Aus der EP 0482039 B1 der Anmelderin geht eine stufenlos verstellbare Antriebseinheit mit Leistungsverzweigung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Traktoren und andere Arbeitsmaschinen hervor, bei der von einer Eingangswelle über Vorgelege ein hydrostatischer Leistungszweig und ein mechanischer Leistungszweig angetrieben sind, bei der der hydrostatische Leistungszweig eine stetig verstellbare primäre hydrostatische Maschine und eine sekundäre hydrostatische Maschine aufweist, wobei der hydrostatische und der mechanische Leistungszweig in Koppelgetrieben in Planetenbauweise zusammengeführt sind. Bei dem bekannten Getriebe ist ein separater Planetensatz vorgesehen, welcher der Drehzahlumkehr beim Rückwärtsfahren des Fahrzeugs dient.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen werden durch die nachgeschalteten Kupplungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, die Kosten und der Konstruktions- und Montageaufwand erheblich erhöht, da diese Kupplungen zur Übertragung von hohen Momenten ausgelegt werden müssen. Des weiteren wird durch das separate Wendegetriebe in nachteiliger Weise zusätzlicher Bauraum benötigt, wobei durch die zwei benötigten Schaltelemente und die zusätzlichen Bauteile des Wendegetriebes der Montage- und Herstellungsaufwand hoch ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe anzugeben, bei dem das separate abtriebsseitige Wendegetriebe entfällt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe vorgeschlagen, umfassend einen mechanischen und einen hydrostatischen Leistungszweig, die in einem Summierungsgetriebe zusammengeführt werden, wobei der hydrostatische Leistungszweig eine Hydrostateinheit aufweist, umfassend eine Pumpe und einen Motor und wobei das Summierungsgetriebe Planetensätze und Schaltelemente aufweist, durch deren Kombination vier Fahrbereiche in Vorwärtsrichtung schaltbar sind, bei dem in Kraftflussrichtung zwischen dem hydrostatischen Leistungszweig und dem Summierungsgetriebe eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, über die der hydrostatische Leistungszweig wahlweise über eine erste oder eine zweite Übersetzungsstufe mit dem selben Element des Summierungsgetriebes verbindbar ist, wobei über die erste Übersetzungsstufe eine Übersetzung ins Schnelle erzielt wird, so dass im Summierungsgetriebe eine Drehrichtungsumkehr zur Rückwärtsfahrt realisiert wird.
Demnach erfolgt die Vorwärts- und die Rückwärtsfahrt durch Antreiben des gleichen Elementes des Summierungsgetriebes.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Schaltung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt und umgekehrt bei einer Geschwindigkeit von 0 km/h ohne Stufenspannung, wobei die Rückwärtsfahrt im ersten Fahrbereich realisierbar ist und wie die Vorwärtsfahrt stufenlos erfolgt.
Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung abtriebsseitig mit einem Sonnenrad eines Planetensatzes des Summierungsgetriebes verbunden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung abtriebsseitig mit dem Sonnenrad verbunden ist, mit dem der hydrostatische Leistungszweig bei einem hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe nach dem Stand der Technik ohne die erfindungsgemäße Schalteinrichtung gemäß EP 0482039 B1 verbunden wäre.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltreinrichtung eine Rückwärtskupplung und eine Vorwärts kupplung umfasst, wobei über die Rückwärtskupplung der Leistungsfluss über die erste Übersetzungsstufe und über die Vorwärtskupplung der Leistungsfluss über die zweite Übersetzungsstufe erfolgt.
In vorteilhafter Weise können die Rückwärtskupplung und die Vorwärtskupplung als Klauenkupplungen ausgeführt sein, die einen gemeinsamen Achsstich aufweisen oder als zwei separate Kupplungen ausgeführt sind. Das die zu übertragenden Momente gering sind können diese Kupplungen entsprechend klein dimensioniert werden.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption entfällt der aus dem Stand der Technik bekannte getriebeabtriebsseitig angeordnete Wendesatzes; es wird eine sehr kostengünstige Lösung angeboten, welche die Getriebegesamtlänge nicht beeinflusst.
Hierbei wird die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit bei Rückwärtsfahrt im Vergleich zu hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetrieben mit einem separaten Wendegetriebe reduziert und entspricht nicht der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit bei Vorwärtsfahrt, was sich aber aufgrund des typischen Einsatzspektrums der mit hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetrieben ausgerüsteten Fahrzeuge nicht negativ auswirkt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: Eine schematische Darstellung eines hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2: Eine schematische Detaildarstellung der Anordnung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung zwischen dem hydrostatischen Leistungszweig und dem Summierungsgetriebe; und
3: Ein beispielhaftes Schaltschema für das in 1 gezeigte Getriebe.
Der allgemeine Aufbau und die Funktionsweise eines hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes sind dem Fachmann bestens bekannt. Hier soll daher nur auf Besonderheiten der vorliegenden Erfindung eingegangen werden.
In 1 ist ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem hydrostatischen Getriebeteil bzw. Leistungszweig 1 und einem mechanischen Getriebeteil bzw. Leistungszweig 2 gezeigt. Es umfasst eine mit einem Verbrennungsmotor verbundene Eingangswelle (Kurbelwelle) 3, eine über eine Übersetzungsstufe 6 mit der Eingangswelle 3 verbundene Zwischenwelle 4, welche den Antrieb des hydrostatischen Getriebeteils 1 bildet und eine Abtriebswelle 5. Die Eingangswelle 3 kann durch das Getriebe hindurch geführt werden und als PTO-Anschluss oder Zapfwellenantrieb dienen.
Der hydrostatische Teil 1 wird durch eine erste Hydrostateinheit A in Form eines Konstantmotors und durch eine zweite Hydrostateinheit B in Form einer Verstellpumpe vorzugsweise in „back to back"-Anordnung gebildet.
Das Summierungsgetriebe 7 des gezeigten Getriebes umfasst vier Planetensätze P1, P2, P3, P4, die in dieser Reihenfolge hintereinander angeordnet sind und vier Kupplungen K1, K2, K4, K4 zum Schalten der einzelnen Gänge auf, wobei eine weitere Kupplung BG zur Gruppenschaltung vorgesehen ist.
Die Funktionsweise des gezeigten Summierungsgetriebes ist beispielsweise im Rahmen der DE 195 22 833 A1 und der EP 0834027 B1 der Anmelderin beschrieben, deren diesbezüglicher Offenbarungsgehalt vollinhaltlich auch Gegenstand dieser Beschreibung sein soll. Hierbei bildet der vom Sonnenrad angetriebene Steg des Planetensatzes P4 den Abtrieb des Summierungsgetriebes 7, wobei in den zwei ersten Vorwärtsfahrbereichen des hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes durch den Planetensatz P4 mittels der Bremse BG eine Untersetzung erzielt wird.
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf 1 und 2 ist in Kraftflussrichtung zwischen dem hydrostatischen Leistungszweig 1 und dem Summierungsgetriebe 7 eine Schalteinrichtung 8 vorgesehen, über die der hydrostatische Leistungszweig wahlweise über eine erste Übersetzungsstufe 9 oder eine zweite Übersetzungsstufe 10 mit dem Summierungsgetriebe 7 verbindbar ist, wobei über die erste Übersetzungsstufe 9 eine Übersetzung ins Schnelle erzielt wird, so dass im Summierungsgetriebe 7 bei konstant laufenden Verbrennungsmotor, beispielsweise bei 2000 U/Min konstruktionsbedingt eine Drehrichtungsumkehr zur Rückwärtsfahrt realisiert wird.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist die Schalteinrichtung 8 abtriebsseitig mit dem Sonnenrad 11 des Planetensatzes P1 des Summierungsgetriebes 7 verbunden, so dass die Vorwärts- und die Rückwärtsfahrt durch Antreiben des gleichen Elementes des Summierungsgetriebes 7 erfolgen.
Die Schaltreinrichtung 8 umfasst eine Rückwärtskupplung R und eine Vorwärtskupplung V, wobei über die Rückwärtskupplung R der Leistungsfluss über die erste Übersetzungsstufe 9 und über die Vorwärtskupplung V der Leistungsfluss über die zweite Übersetzungsstufe 10 erfolgt.
Wie in 1 und 2 gezeigt, wird bei geschlossener Rückwärtskupplung R die Leistung über ein mit dem Abtrieb des hydrostatischen Leistungs zweigs lösbar verbindbares Losrad 13, ein mit dem Losrad 13 kämmendes Festrad 14, welches auf einer Zwischenwelle 12 angeordnet ist, auf ein weiteres auf der Zwischenwelle 12 angeordnetes Festrad 15 geleitet, welches mit dem Sonnenrad 11 verbunden ist. Bei geschlossener Vorwärtskupplung V wird die Leistung über ein mit dem Abtrieb des hydrostatischen Leistungszweigs lösbar verbindbares Losrad 16 auf das auf der Zwischenwelle 12 angeordnete Festrad 15 geleitet, welches mit dem Sonnenrad 11 in Eingriff steht. Durch eine entsprechende Auslegung der Zahnräder 13 und 14 wird gemäß der Erfindung durch Schließen der Rückwärtskupplung R eine Übersetzung ins Schnelle erzielt.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Schaltung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt und umgekehrt bei einer Geschwindigkeit von 0 km/h ohne Stufenspannung, wobei die Rückwärtsfahrt nur im ersten Fahrbereich realisierbar ist und wie die Vorwärtsfahrt stufenlos erfolgt.
Zur Realisierung der Rückwärtsfahrt wird gemäß 3 bei geschlossener Bremse BG, welche das Hohlrad des Planetensatzes P4 mit dem Gehäuse lösbar verbindet, die Kupplung K1 und die Kupplung R geschlossen, wobei der Geschwindigkeitsbereich vorzugsweise zwischen 0 und 5 km/h liegt. Hierbei werden zur Erzielung der Übersetzung die Planetensätze P1, P2 und P3 verwendet.
Der 3 ist ferner zu entnehmen, dass im ersten Vorwärtsfahrbereich die Kupplungen V, K1 und die Bremse BG geschlossen sind, wobei zur Erzielung einer Übersetzung alle Planetensätze verwendet werden, wobei im zweiten Vorwärtsfahrbereich die Kupplungen V und K2 und die Bremse BG geschlossen sind und die Planetensätze P1, P2 und P4 zur Erzielung einer Übersetzung verwendet werden. Des weiteren werden für den dritten Vorwärtsfahrbereich die Kupplungen V, K2 und K3 benötigt, wobei die Übersetzung durch den Planetensatz P1 erzielt wird. Im vierten Vorwärtsfahrbereich sind die Kupp lungen V, K2 und K4 geschlossen, wobei die Planetensätze P1 und P2 zur Erzielung der Übersetzung verwendet werden. Wenn alle Kupplungen geöffnet sind, wird vom Summierungsgetriebe 9 kein Moment auf die Abtriebswelle 10 übertragen.
Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Bauteile des hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.

1: hydrostatischer Leistungszweig
2: mechanischer Leistungszweig
3: Eingangswelle
4: Zwischenwelle
5: Abtriebswelle
6: Übersetzungsstufe
7: Summierungsgetriebe
8: Schalteinrichtung
9: Übersetzungsstufe
10: Übersetzungsstufe
11: Sonnenrad
12: Zwischenwelle
13: Losrad
14: Festrad
15: Festrad
16: Losrad
A: Konstantmotor
B: Verstellpumpe
K1: Kupplung
K2: Kupplung
K3: Kupplung
K4: Kupplung
BG: Bremse
P1: Planetensatz
P2: Planetensatz
P3: Planetensatz
P4: Planetensatz
V: Vorwärtskupplung
R: Rückwärtskupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10123105 A1 [0006]
- EP 0834027 B1 [0007, 0029]
- DE 10128076 A1 [0008]
- EP 0482039 B1 [0009, 0016]
- DE 19522833 A1 [0029]

Claims

Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, umfassend einen mechanischen und einen hydrostatischen Leistungszweig (2, 1), die in einem Summierungsgetriebe (7) zusammengeführt werden, wobei der hydrostatische Leistungszweig eine Hydrostateinheit aufweist, umfassend eine Pumpe (B) und einen Motor (A) und wobei das Summierungsgetriebe (7) Planetensätze (P1, P2, P3, P4) und Schaltelemente (K1, K2, K3, K4, BG) aufweist, durch deren Kombination vier Fahrbereiche in Vorwärtsrichtung schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Kraftflussrichtung zwischen dem hydrostatischen Leistungszweig (1) und dem Summierungsgetriebe (7) eine Schalteinrichtung (8) vorgesehen ist, über die der hydrostatische Leistungszweig (1) wahlweise über eine erste Übersetzungsstufe (9) oder eine zweite Übersetzungsstufe (10) mit dem selben Element (11) des Summierungsgetriebes (7) verbindbar ist, wobei über die erste Übersetzungsstufe (9) eine Übersetzung ins Schnelle erzielt wird, so dass im Summierungsgetriebe (7) bei konstant laufenden Verbrennungsmotor konstruktionsbedingt eine Drehrichtungsumkehr zur Rückwärtsfahrt realisiert wird.
Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (8) abtriebsseitig mit einem Sonnenrad (11) eines Planetensatzes (P1) des Summierungsgetriebes verbunden ist, so dass Vorwärts- und die Rückwärtsfahrt durch Antreiben des gleichen Elementes (11) des Summierungsgetriebes (7) erfolgt.
Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (8) eine Rückwärtskupplung (R) und eine Vorwärtskupplung (V) umfasst, wobei über die Rückwärtskupplung (R) der Leistungsfluss über die erste Über setzungsstufe (9) und über die Vorwärtskupplung (V) der Leistungsfluss über die zweite Übersetzungsstufe (10) erfolgt.
Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwärtskupplung (R) und die Vorwärtskupplung (V) als Klauenkupplungen ausgeführt sind, die einen gemeinsamen Achsstich aufweisen oder als zwei separate Kupplungen ausgeführt sind.
Hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein erstes Losrad (13) und ein zweites Losrad (16) aufweist, die jeweils mittels der Rückwärtskupplung (R) bzw. der Vorwärtskupplung (V) mit dem Abtrieb des hydrostatischen Leistungszweigs (1) lösbar verbindbar sind, wobei das Losrad (13) mit einem auf einer Zwischenwelle (12) angeordneten Festradkämmt und wobei das Losrad (16) mit einem weiteren auf der Zwischenwelle (12) angeordneten Festrad (15) kämmt, wobei das Festrad (15) mit dem Sonnenrad (11) des Planetensatzes (P1) in Eingriff steht und dieses antreibt.