DE2633090A1

DE2633090A1 - Kraftuebertragungseinrichtung nach art eines hydromechanischen verzweigungsgetriebes fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2633090A1
Application number: DE19762633090
Authority: DE
Inventors: Harold W Melles
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Ji Case Co Racine Wis Us
Priority date: 1975-08-04
Filing date: 1976-07-22
Publication date: 1977-02-17
Also published as: AU1248376A; DE2633090C2; CA1037738A; JPS5219862A; US4138907A; FR2320478A1; FR2320478B1

Description

p D-8000 Mönchen5, 22.JuIi 1976

Cad O. JZcepL· _TT , _H

P.t.nUnwil», ErhardtstraBe 8 H/ech

Telefon (089) 24 06 75 D~96l4

International Harvester Company 4ol North Michigan Avenue
Chicago, Illinois V.St.A.

Kraf-tübertragungseinrichtung nach Art eines hydromechanischen Verzweigungsgetriebes für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungseinrichtung nach Art eines hydromechanischen Verzweigungsgetriebes für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus den US-PSen 3 090 253» 3 736 813 und 3 733 931 ist es bekannt, bei einem hydromechanischen Getriebe zwei Kraftflüsse in einem Planetengetriebe zu vereinigen, um das Übersetzungsverhältnis mittels einer hydrostatischen Pumpen-Motor-Einheit in einem der Kraftflüsse variieren zu können.

Derartige hydroraechanische Getriebe werden wegen der verhältnismäßig kleinen Änderung im übersetzungsverhältnis des Getriebes und wegen des ebenso kleinen Drehmomentübertragungsvermögens der hydrostatischen Pumpen-Motor-Einheiten oft in Verbindung mit Mehratufen-Schaltgetrieben verwendet. Derartige durch Gangschalthebel verstellbare Geschwindigkeitsschaltgetriebe besitzen mehrere schaltbare Geschwindigkeitsbereiche, wohingegen die Plüssigkeitsgetriebeeinheiten innerhalb jedes der

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Geschwindigkeitsbereiche stufenlos regelbar sind. Verzweigungsgetriebe dieser Art werden insbesondere für Schwerlastfahrzeuge, wie beispielsweise Erdbewegungsfahrzeuge und Ackerschlepper eingesetzt.

Getriebe dieser Art wirken sich bei Sehwerlastfahrzeugen dann schädlich aus, wenn überdrehzahlen auftreten, wenn also beispielsweise beim Starten oder beim plötzlichen Einrücken der Kupplung ein verhältnismäßig großes Eingangsdrehmoment erzeugt wird. Dieses überdrehen ist durch das geringe übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes bedingt und hat eine überaus starke Drehmomentbelastung des Flüssigkeitsgetriebes zur Folge.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem hydromechanischen Verzweigungsgetriebe der eingangs genannten Bauart Überdrehzahlbedingungen vom Flüssigkeitsgetriebe selbsttätig fernzuhalten und für eine Drehmomentübertragung mit variablem übersetzungsverhältnis zu sorgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine einerseits mit dem formschlüssigen Getriebe und andererseits mit dem Summiergetriebe gekoppelte, überdrehzahlen verhindernde Überholkupplung vorgesehen ist.

Durch die Ankopplung der Überholkupplung an das als Steuerglied wirksame Sonnenrad des vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildeten Summiergetriebes ergibt sich eine Begrenzung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Flüssigkeitsgetriebeeinheiten, Unterhalb dieser Grenze und während der Drehmomentübertragung der beiden Kraftflüsse von der Antriebsmaschine zum Planetengetriebe läuft die in einer Richtung wirksame Überholkupplung frei um.

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Ein Ausführungsbeispiel einer Kraftübertragungseinrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematisch wiedergegebene Gesamtdarstellung des hydromechanischen Verzweigungsgetriebes für ein Kraftfahrzeug;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm der typischen Betriebskennlinien des hydromechanischen Getriebes in Abhängigkeit von dem übersetzungsverhältnis.

Mit einer in Fig. 1 nur schematisch wiedergegebenen Kraftübertragungseinrichtung wird die Antriebskraft von einer Antriebsmaschine oder Brennkraftmaschine auf die Antriebsräder 12 eines Schwerlastkraftfahrzeuges, beispielsweise eines Ackerschleppers übertragen. Dabei führt eine mit der Brennkraftmaschine gekoppelte Eingangswelle 14 direkt zu einem Zapfwellenanschluß 16,

Die Kraftübertragungseinrichtung umfaßt ein hydromechanisches Getriebe 18, ein daran angeschlossenes dreigängiges Stufenschalt- und Umkehrgetriebe 2o für mehrere Vorwärts- und Rückwärts-Geschwindigkeiten und ein damit verbundenes Differential 22, über das die Antriebskraft zu den Antriebsrädern 12 gelangt. Mittels des hydromechanischen Getriebes 18 läßt sich jedes beliebige übersetzungsverhältnis zwischen den Übersetzungszahlen der einzelnen Geschwindigkeitsbereiche stufenlos-einstellen.

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Die Kraftübertragung zwischen Brennkraftmaschine und Antriebsrädern über das hydr©mechanische Getriebe 18 erfolgt beim Einrücken einer Kupplung 24, durch welche die Eingangswelle 14 mit einer sie umgebenden hohlen Ausgangswelle 26 in Antriebsverbindung gebracht werden kann. An dem der Kupplung 24 entgegengesetzten Ende ist an der hohlen Ausgangswelle 26 ein Antriebszahnrad 28 befestigt, welches in ständigem Eingriff steht mit einem auf einer parallel und auf Abstand zur Eingangswelle 14 gelagerten Vorgelegewelle 32 endseitig befestigten Zahnrad 3o und mit einem weiteren Zahnrad 34, über welches mit einem festgelegten Übersetzungsverhältnis ein Planetengetriebe 36 in eine formschlüssige AntriebsVerbindung mit der Ausgangswelle 26 gelangt .

Das Planetengetriebe 36 umfaßt einen Planetenradträger 38, der mit einer Abtriebswelle 4ο verbunden ist, welche gleichzeitig die Eingangswelle des Stufenschalt- und Umkehrgetriebes 2o ist. Diese Abtriebswelle 4o ist auf Abstand parallel zur Achse der Eingangswelle drehbar gelagert. Die am Planetenradträger 38 drehbar gelagerten Planetenräder 42 wälzen sich an einem mit dem Zahnrad 34 verbundenen Zahnkranz 44 und an einem mit einer weiteren Vorgelegewelle 48 endseitig verbundenen Sonnenrad 46 ab. Insofern bildet der Zahnkranz 44 des Planetengetriebes das Endglied der aus dem Antriebszahnrad 28 und dem Zahnrad 34 bestehenden Getriebekette für die von der Brennkraftmaschine Io ausgehende einseitige Drehmomentübertragung« Die Vorgelegewelle 48 fluchtet hierbei mit der Achse der Abtriebswelle 4o, Das auf dieser Vorgelegewelle 48 sitzende Sonnenrad bildet ein Steuerglied des Planetengetriebes für ein veränderbares Getriebe,über welches das Drehmoment in beiden Richtungen übertragen werden kann. Dieses ver-

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änderbare Getriebe wird duroh zwei Flüssigkeitsgetriebeeinheiten 5o und 52 hergestellt.

Die Flüsaigkeitsgetriebeeinheiten 5o und 52 können als hierfür üblicherweise verwendete Verdrängerkolbeneleraente ausgebildet sein, wobei die mit dem Sonnenrad mechanisch verbundene Flüssigkeitsgetriebeeinheit 5o mit fester Verdrängung und die mit der zu den mit festgelegtem übersetzungsverhältnis umlaufenden Zahnrädern 28, 34 und 3o gehörenden Vorgelegewelle 32 verbundene Flüssigkeitsgetriebeeinheit 52 mit variabler Verdrängung betrieben wird. Beide Flüssigkeitsgetriebeeinheiten sind durch Leitungen 54 miteinander hydraulisch verbunden, um so eine variable Flüssigkeitsgetriebe^Anordnung zu schaffen, deren Drehzahlübersetzungsverhältnis stufenlos regelbar ist, in-dem in bekannter Weise die mit variabler Verdrängung arbeitende Flüssigkeitsgetriebeeinheit 52 gesteuert wird.

Bei Änderung des übersetzungaverhältniaaea zwischen den Übersetzungszahlen des Geschwindigkeitsbereiehes innerhalb jedes Übersetzungsbereiohes arbeitet das hydromeahanische Getriebe 18 naoh zwei verschiedenen Methoden, An der unteren Grenze des Gesohwindigkeitsbereiches geht der Kraftfluß über das Planetengetriebe unter Rückgewinnung der Antriebskraft am Sonnenrad 46, welches dann in entgegengesetzter Richtung wie der Zahnkranz 44 umläuft und als Antriebszahnrad für die dann als Pumpe arbeitende Flüssigkeitsgetriebeeinheit 5o wirksam ist. Das Drehmoment wird demzufolge von dem als Antriebszahnrad wirksamen Sonnenrad 46 zu der als Pumpe arbeitenden Flüssigkeitsgetriebeinheit 5o übertragen, die ihrerseits die nunmehr als Motor arbeitende Flüssigkeitsgetriebeeinheit 52 antreibt. An der oberen Grenze des Geschwindigkeitsbereiehes verzweigt sich die Drehmomentübertragung auf zwei Übertragungswege _} nämlich über den

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Zahnkranz 44 und über das Sonnenrad 46. Auf diese Weise erfolgt im Planetengetriebe keine Rückgewinnung der Antriebskraft. Bei derartiger Arbeitsweise ist die mit variabler Verdrängung betriebene Flüssigkeitsgetriebeeinheit 52 als Pumpe wirksam, wohingegen die von dieser angetriebene, mit fester Verdrängung arbeitende Flüssigkeitsgetriebeeinheit 5o als Motor wirkt. Die beim Einrücken der Kupplung 24 zur Ausgangswelle 26 übertragene Antriebskraft wird also in zwei Kraftverlaufwege aufgespalten, nämlich zu den Zahnrädern der Vorgelegewellen und zu den hydraulisch miteinander verbundenen Flüssigkeit sgetriebeeinheit en ,

Um den Freilauf des Fahrzeugs bei ausgerückter Kupplung 24 zu verhindern, ist zwischen Eingangswelle 14 und Antriebszahnrad 28 im Innern des AntriebsZahnrades 28 eine in einer Richtung wirksame Freilaufkupplung 56 vorgesehen·

Das hydroraechansiche Getriebe weist weiterhin eine ebenfalls in einer Richtung wirksame Überholkupplung 58 auf, die automatisch das überdrehen kontrolliert und die an dem dem Zahnrad 3o entgegengesetzten Ende der Vorgelegewelle 32 innerhalb eines Vorgelegezahnrades 6o angeordnet ist. Dieses Vorgelegezahnrad 6o steht in ständigem Eingriff mit einem auf der Vorgelegewelle 48 am entgegengesetzten Ende des Sonnenrades 46 befestigten Zahnrad 62. Normalerweise läuft die Überholkupplung 58 frei um, so daß keine Antriebaverbindung zwischen dem auf der Vorgelegewelle 32 befestigten Zahnrad 6o und dem auf der Vorgelegewelle 48 befindlichen Zahnrad 62 besteht. Voneinander abweichende Umlaufgeschwindigkeiten der Vorgelegewellen 32 und 48 werden lediglich durch die Flüssigkeitsgetriebeeinheiten hervorgerufen. Wenn jedoch beispielsweise durch plötzliches Einrücken der Kupplung 24 während des Anfahrens des Fahrzeuges ein hohes Ein-

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gangsdrehmoment erzeugt wird, wird den Flüssigkeitsgetriebeeinheiten ein verhältnismäßig hohes Geschwindigkeitsverhältnis auferlegt, wobei die Flüssigkeitsgetriebeeinheit 5o unter Bedingungen der Rückgewinnung der Antriebskraft darüberhinaus einer besonders hohen Drehmomentbelastung ausgesetzt ist. Das während dieser Rückgewinnung der Antriebskraft ansteigende Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Zahnrädern 60 und 62 wird nun durch die Überholkupplung 58 begrenzt, indem bei Erreichen der gewünschten Höhe des GeschwindigkeitsVerhältnisses über die Zahnräder 60 und 62 eine Antriebsverbindung zwischen Brennkraftmaschine Io und dem Sonnenrad 46 herbeigeführt wird. Das Geschwindigkeitsverhältnis der Flüssigkeitsgetriebeanordnung wird dadurch ebenfalls begrenzt, um schädliche überdrehzahlen der Flüssigkeit sgetriebeeinheiten zu verhindern.

Die grafische Darstellung in Fig. 3 zeigt den typischen Kennlinienverlauf des hydromechanischen öetriebes in einem der Vorwärts-Geschwindigkeitsbereiche, Die Kurve 64 veranschaulicht den Geschwindigkeitsanstieg an der Ausgangswelle. Die Geschwindigkeit des Zahnkranzes 44 steigt vergleichsweise mit einem gemäß der Kurve 66 steileren Verlauf an, wohingegen die Kurve 68 für die Geschwindigkeit des Sonnenrades 46 einen ansteigenden Verlauf in umgekehrter Drehrichtung in Bezug auf die Ausgangswelle zeigt. Der Geschwindigkeitsanstieg des Sonnenrades 46 wird jedoch bei einem bestimmten Wert des Übersetzungsverhältnisses 7o durch das zuvor erläu-' terte Wirksamwerden der überholkupplung 58 begrenzt. Oberhalb dieses Grenzwertes fällt bei weiterhin steigender Geschwindigkeit der Ausgangewelle die Geschwindigkeit des Sonnenrades 46 gemäß der Kurye 72 wieder ab, und es bleibt die Geschwindigkeit des Zahnkranzes 44 entsprechend der Kurve 74 infolge des Direktantriebes

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zwischen Brennkraftmaschine Io und Zahnkranz 44 auf einem Maximalwert stehen. Die Geschwindigkeitskennlinie 76 der Flüssigkeitsgetriebeeinheit 52 verläuft annähernd wie die des Zahnkranzes 44. Die mit dem Wirksamwerden der überholkupplung 58 beginnende Kurve 78 zeigt die Geschwindigkeitsänderung des auf der Vorgelegewelle 32 sitzenden Zahnrades 6o. Entsprechend wird die mit dem Sonnenrad 46 gekoppelte, als Hydro-Motor arbeitende Flüssigkeitsgetriebeeinheit 5o in ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit begrenzt, wie dies die Kennlinien 68 und 72 veranschaulichen. Die gestrichelt gezeichnete Verlängerung 8o der Kurve 72 verläuft in Richtung höherer Geschwindigkeiten, mit denen die Flüssigkeitsgetriebeeinheit 5o angetrieben werden würde, wenn keine Überholkupplung 58 vorgesehen wäre.

Die Wirkungsweise der selbsttätig einrückenden Überholkupplung 58 ergibt sich wie folgt:

Es sei angenommen, daß das Fahrzeug stillsteht und die Kupplung 24 plötzlich eingerückt wird. Dies hat zur Folge, daß die Flüssigkeitsgetriebeeinheit 52 über die Zahnräder 28 und 3o angetrieben wird. Gleichzeitig wird der Zahnkranz 44 des Planetengetriebes 36 in Vorwärtsrichtung angetrieben. Da das Fahrzeug stillsteht, wird auch der Planetenradträger 38 nicht in Drehung versetzt. Um ihn in Drehung zu versetzen, muß am Sonnenrad 46 ein verhältnismäßig hohes gegenläufiges Drehmoment angreifen. Da die mit dem Sonnenrad 46 verbundene Flüssigkeitsgetriebeeinheit 5o nicht genügend Drehmoment aufbringen kann, um dem umlaufenden Sonnenrad 46 sofort entgegenwirken zu können, steigt deren Umdrehungsgeschwindigkeit sehr schnell in Richtung eines übergeschwindigkeitszustandes any. Sobald die Geschwindigkeit die vom übersetzungsverhältnis der ifiit^!3i:ianda:i' dämmenden Zahnräder 00 und 62 bestimmte gewünschte Grsnsgeschwindi-skeit erreicht hat,

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wird die Überholkupplung 58 wirksam und schaiit eine Antriebsverbindung zwischen dem Sonnenrad 46 und dem Zahnkranz 44 mit einem von der relativen Anzahl der Zähne der Zahnräder 6o, 62, 3o, 28 und 34 bestimmten übersetzungsverhältnis. Wenn die Last an der Ausgangswelle überwunden ist und das Sonnenrad 46 nicht mehr dazu neigt, mit überdrehzahl umzulaufen, kann das übersetzungsverhältnis des Getriebes durch die Flüssigkeitsgetriebeeinheit gesteuert werden, wobei dann die Überholkupplung frei umläuft. Die Überholkupplung 58 spricht natürlich auch bei anderen Übergeschwindigkeitsbedingungen an, die durch ein plötzlich auftretendes Eingangsdrehmoment hervorgerufen werden, welches das Drehmoment der Ausgangswelle übersteigt. Dabei ist die Kupplung 24 am Eingang des hydromechanischen Getriebes deshalb angeordnet, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Eingangswelle auf ein Minimum zu halten, da das Getriebe keinen Übersetzungsbereich enthält, der bei einer Fahrtgeschwindigkeit von Null beginnt«

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Claims

Patentansprüche

( l.yKraftübertragungseinrichtung nach Art eines hydromechanischen Verzweigungsgetriebes für Kraftfahrzeuge j in welchem sich der Kraftfluß auf ein von der Getriebeeingangswelle angetriebenes formschlüssiges Getriebe und auf ein ein variables übersetzungsverhältnis ermöglichendes veränderbares Getriebe mit in Bezug auf das formschlüssige Getriebe begrenztem Drehmomentübertragungsvermögen verteilt und die so aufgeteilten Kraftflüsse in einem die Getriebeabtriebswelle antreibenden Summiergetriebe vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine einerseits mit dem formschlüssigen Getriebe (26,28,3^,30) und andererseits mit dem Summiergetriebe (36) gekoppelte, überdrehzahlen verhindernde Überholkupplung vorgesehen ist,
2. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ein variables übersetzungsverhältnis ermöglichende veränderbare Getriebe ein Mindestübersetzungsverhältnis größer als Null aufweist.
3. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragung bei regelbarem übersetzungsverhältnis oberhalb des MindestubersetzungsVerhältnisses durch Anschalten der Getriebeeingangswelle (14|. an die Antriebsnaschine (lo) über eine Kupplung (24) eingeleitet wird.

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4. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überholkupplung als in einer Richtung wirksame Kupplung ausgebildet ist.
5. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ein variables übersetzungsverhältnis ermöglichende veränderbare Getriebe aus einer von der Getriebeeingangswelle (14) bei eingerückter Eingangskupplung (24) angetriebenen Flüssigkeitsgetriebeeinheit (52) mit variabler Verdrängung und einer mit dem Summiergetriebe (36) gekoppelten Flüssigkeitsgetriebeeinheit (5o) mit fester Verdrängung besteht.
6. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Summiergetriebe (36) als Planetengetriebe mit mindestens drei in gegenseitigen formschlüssigen Eingriff bringbaren Elementen (42,44,46) ausgebildet ist, von denen ein Teil (Zahnkranz 44) mit dem formschlüssigen Getriebe (26,28,34_s3o) und ein anderer Teil (Planetenräder 42) mit der Getriebe™ abtriebswelle (4o) verbunden ist.
7. Kraftübertragungseinrichtung nach Ansprueh 6_S dadurch gekennzeichnet, daß das abtriebsseitige Ende des Summiergetriebes (36) mit der Getriebeabtriebswelle (4o) über einen Planetenradträger (38) verbunden ist,
8. Kraftübertragungsexnrichtung nach Ansprueh 5_} dadurch gekennzeichnet, daß die Flussigkeitsgetriebeeiisheit (52) mit variabler Verdrängung mit der Getriebeeingangswelle (14) über Zahnräder (3o,28) und über die Eingangskupplung (24) und die Flüssigkeitsgetriabeeinheit (5o) mit fester Verdrängung mit dem Summier=

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getriebe (36) über dessen als Steuerglied wirksames Sonnenrad (46) des Planetengetriebes in Antriebsverbindung stehen.
9. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsgetriebeeinheiten (5o und 52) hydraulisch miteinander durch Leitungen (54) verbunden und als Verdrängerkolbenelemente wahlweise als Motor oder als Pumpe für eine Drehmomentübertragung zu oder von dem Steuerglied» (Sonnenrad 46) wirksam sind.
10. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überholkupplung einerseits mit einer zum formschlüssigen Getriebe (26,28,34,3o) gehörenden Vorgelegewelle (32) und andererseits über eine weitere Vorgelegewelle (48) mit dem als Steuerglied wirksamen Sonnenrad (46) des Planetengetriebes in Antriebsverbindung steht.
11. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die überholkupplung mit einem auf der Vorgelegewelle (32) sitzenden Zahnrad(6o) zusammenwirkt, das mit einem auf der Vorgelegewelle (48) sitzenden Zahnrad (62) in Eingriff steht.

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