DE4042696C2 - Stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Ein Leistungsverzweigungsgetriebe dieser Gattung ist aus der DE 27 58 659 A1 bekannt. Bei diesem Getriebe ist das Summierungsplanetengetriebe auf der Antriebswelle und die Kupplungen zum Schalten von Schaltbereichen versetzt zur Antriebswelle angeordnet. Die Hydrostat-Einheiten - Verstelleinheit und Konstanteinheit - sind jeweils versetzt zur Antriebswelle plaziert, wobei beide Einheiten in getrennter Bauweise, nicht hintereinander sondern nebeneinander, angeordnet sind. Der Nachteil dieser bekannten Getriebe-Ausführung besteht darin, daß große Baumaße entstehen und außerdem ungünstige Bauverhältnisse für die Anwendung in verschiedenen Kraftfahrzeug-Getrieben gegeben sind, d. h. daß eine Anpassung an unterschiedliche fahrzeugspezifische Forderungen, insbesondere in Bezug auf Einbaumaße nicht oder nur sehr schwierig möglich sind.

Durch die versetzte Anordnung der Schaltkupplungen ist bei dieser bekannten Getriebe- Ausführung der weitere Nachteil gegeben, daß die Kupplungselemente in den Ölsumpf eintauchen und dadurch unnötige Panschverluste erzeugen und den Getriebe-Wirkungsgrad verschlechtern.

Eine weitere Getriebe-Ausführung dieser Gattung ist aus der DE 36 21 166 C2 bekannt. Dieses Getriebe ist als Einbereichsgetriebe ausgebildet und besitzt ein Gruppengetriebe mit zwei Schaltstufen zur Auswahl von zwei unterschiedlichen Fahrstufen. Die erste Hydrostat-Einheit wird wechselweise über zwei schaltbare Getriebestufen angetrieben. Dieses Getriebe-Konzept erfordert relativ große Hydrostat-Einheiten mit Nachteilen hinsichtlich Wirkungsgrad, Kosten und Bauraum.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe zu schaffen, welches gegenüber bekannten Getrieben dieser Art möglichst kleine Einbaumaße ermöglicht. Darüber hinaus soll der Kostenaufwand reduziert und der Wirkungsgrad verbessert werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass, wie in der Figur dargestellt, auf der durch das Getriebe führenden Antriebswelle nicht nur das Summierungsplanetengetriebe sondern auch die Kupplungen zum Schalten von aneinander anschließenden Schaltbereichen angeordnet sind bzw. dass das Summierungsplanetengetriebe und die Schaltkupplungen koaxial hintereinander angeordnet sind und das Hydrostat-Getriebe als Kompaktgetriebe parallel versetzt zur Antriebswelle platziert ist, wie in der Figur dargestellt, wobei die Abtriebswelle 302 versetzt zur Antriebswelle liegt. Die Schaltbarkeit mehrerer Bereichskupplungen erlaubt außerdem viel kleinere Hydrostat-Einheiten. Durch die koaxiale Anordnung der Schaltkupplungen 333 zur Antriebswelle ist der weitere Vorteil gegeben, dass der panschverlustabhängige Wirkungsgrad des Getriebes verbessert wird.

Durch die koaxiale Anordnung von Summierungsplanetengetriebe 4; 204 und der Schaltkupplungen 333 wird der weitere Vorteil erzielt, daß eine kostengünstigere Fertigung möglich ist und beide vorgenannte Baugruppen zu einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst werden können.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel anhand einer Schema-Zeichnung (einzige Figur) erläutert.

Im Hinblick auf die Gesamtwirtschaftlichkeit für ein derartiges Produkt ist es wichtig, ein Getriebe-System zu schaffen, das es ermöglicht, die Grundbaueinheiten - Hydrostatpaket, Summierungsplanetengetriebe mit den Schaltkupplungen und weiteren Baugruppen - als Grundbaueinheiten ausbilden zu können.

Die erfindungsgemäße Getriebeausführung ist so konzipiert, dass mehrere Fahrbereiche schaltbar sind. Dies wird gemäß der Erfindung damit erreicht, dass das Summierungsplanetengetriebe (4; 204) mit wenigstens vier Wellen ausgebildet ist, wobei die erste Welle (1; 11) und die zweite Welle (12) des Summierungsplanetengetriebes Eingangswellen sind und die erste Welle mit der ersten Hydrostateinheit A verstellbaren Volumens und die zweite Welle mit der zweiten Hydrostateinheit B vorzugsweise konstanten Volumens verbunden ist und die dritte (13) und vierte Welle (14) Ausgangswellen des Summierungsplanetengetriebes darstellen, welche abwechselnd mit der Abtriebswelle koppelbar sind. Die Bereichsschaltungen finden jeweils bei Synchronlauf bzw. im Synchronlaufbereich der zu schaltenden Kupplungselemente statt. Das Drehzahlniveau aller Getriebeglieder ist relativ niedrig. Eine Drehzahlanpassungsstufe an der Getriebeausgangswelle ist nicht erforderlich, so dass die üblichen Achsübersetzungen der nachgeordneten Triebachse verwendbar sind.

Im Summierungsplanetengetriebe 4; 204 wird die hydraulische Leistung und die mechanische Leistung aufsummiert und in den entsprechenden Fahrbereichen über jeweils eine Welle 13 oder 14 zum Abtrieb weitergeleitet. Die Bereichskupplungen sind im Synchron-Zustand schaltbar und können daher als form- plus lastschlüssig schaltbare Kupplungen, wie in der deutschen Patentanmeldung P 37 00 813 beschrieben, ausgebildet werden.

Das Summierungsplanetengetriebe 204 besteht aus zwei Planetenstufen, wobei die erste Welle 11 mit dem Hohlrad der ersten Stufe und dem Steg der zweiten Stufe und die zweite Welle 12 mit beiden Sonnenrädern beider Planetenstufen in Verbindung steht. Die dritte Welle 13 bildet den Steg der ersten Planetengetriebestufe und das Hohlrad der zweiten Stufe die vierte Welle 14.

Im Hinblick auf nahtlose Bereichsschaltungen werden Synchronlaufabweichungen bzw. -fehler, z. B. infolge lastabhängigen Drehzahlschlupfes des Hydrostaten durch entsprechende Verstellreserve in der Hydrostatik ausgeglichen. Außerdem ist nur annähernder Synchronlauf der zu schaltenden Kupplungselemente erforderlich.

Unter der Definition "Synchronlauf" bzw. "Gleichlauf" wird der Synchronlaufbereich verstanden, der vorgenannte Abweichungen enthält.

Unter der Definition "Endstellung" oder "maximale Verstellgröße" beim Bereichswechsel wird die jeweils günstige Regelstellung der Hydrostatverstellung für die Bereichsumschaltung verstanden, die eine beliebige Zwischenstellung zwischen "Null" und Endverstellung des Hydrostaten sein kann.

Für die Bereichsschaltungen können sehr vorteilhaft form- plus kraftschlüssig schaltbare Kupplungen verwendet werden, wie aus der deutschen Patentanmeldung DE 39 03 010 bekannt ist.

Die einzelnen Getriebekomponenten erlauben eine individuelle Anpassung hinsichtlich der Bauweise an verschiedene Fahrzeugforderungen. Zum Beispiel ist, wie in der Figur dargestellt, das Hydrostatgetriebe A, B achsversetzt zu den Baueinheiten - Summierungsplanetengetriebe und den entsprechenden Kupplungen - angeordnet.

Das Getriebe besitzt eine parallel versetzt angeordnete Abtriebswelle 302, die im ersten Vorwärtsfahrbereich und Rückwärtsfahrbereich über eine mit einem Zwischenrad 336 versehene Stirnradstufe ausgeführt ist. Im zweiten und in weiteren Schaltbereichen ist die Abtriebswelle 302 über weitere Stirnradstufen 345, 309; 377 wechselweise über Kupplungen mit einer der beiden Ausgangswellen 13 und 14 des Summierungsplanetengetriebes 204 verbindbar.

Durch die einseitige Anordnung beider Eingangswellen 11 und 12 des Summierungsplanetengetriebes können beide Hydrostateinheiten A und B zu einem Hydrostatpaket zusammengefasst werden, wodurch Arbeitsdruckleitungen entfallen und eine bauraum- und kostengünstige Hydrostatbauweise möglich ist. Auch der Wirkungsgrad sowie das Geräusch- und Schwingungsverhalten der Hydrostatik wird damit gegenüber bekannten Lösungen verbessert. Das Hydrostatpaket 3 ist achsversetzt zur Antriebswelle 1 angeordnet. Die Antriebswelle 1 wird zu diesem Zweck durch das Getriebe hindurchgeführt, wobei über eine Getriebestufe 318 die erste Hydrostateinheit A mit der Antriebswelle 1 gekoppelt ist. Die zweite Hydrostateinheit B wird hierbei über eine antriebsseitig angeordnete Stirnradstufe 319 mit der zweiten Welle 12 des Summierungsplanetengetriebes verbunden. Die Abtriebswelle 302 steht über eine Getriebestufe 320 mit einem Achsdifferential 317 in Verbindung. Die beiden Ausgangswellen 323 des Differentials 317 können direkt mit den Vorderrädern, z. B. eines frontgetriebenen PKW's triebverbunden sein. Dieses Getriebe eignet sich besonders für Quereinbau der Triebwerksanlage.

Steuerung der Bereichsschaltungen

Bei Anwendung einer formschlüssigen bzw. form- plus kraftschlüssigen Kupplung für die Bereichsschaltung ist im Hinblick auf eine ruckfreie Schaltung eine gezielte Hydrostatführung innerhalb der Schaltphase erforderlich. Der lastabhängige Drehzahlschlupf des Hydrostatgetriebes, der vor und nach der Bereichsschaltung umgekehrtes Verhalten aufweist, ist entsprechend zu berücksichtigen. Die Steuerung ist so ausgelegt, dass bei erreichtem Synchronlauf der Kupplungsglieder der neuen Kupplung nach erfolgtem Synchronsignal, z. B. aus einem bekannten Drehzahlvergleich bestimmter Getriebeglieder, die neue Kupplung geschlossen wird und die alte Kupplung erst geöffnet wird nachdem der Hydrostat entsprechend dem Drehzahlschlupf innerhalb der Schaltphase so weit zurückgeregelt wird, bis im neuen Bereich eine Hydrostatbelastung bzw. ein Hydrostatdrehmoment auftritt, die/das dem Lastzustand des neuen Bereiches entspricht. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass nach dem Schließen der neuen Kupplung der Hydrostat spontan das Signal zur Rückregelung vor Öffnen der alten Kupplung erhält, z. B. aus dem Drucksignal der neuen Kupplung. Nach Erreichen eines entsprechenden Hydrostatdruckes wird nun das Signal zum Öffnen der alten Kupplung ausgelöst. Für den Schaltablauf, insbesondere bei Anwendung der form- plus kraftschlüssig wirkenden Kupplung sind verschiedene Steuerungsarten möglich, wie z. B. in der DE 39 03 010 beschrieben.

Claims (7)

1. Stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetrie­ be, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit mehreren Schaltbereichen mit in einem Getriebe-Gehäuse angeordneten Getriebe-Komponenten beste­ hend aus einer ersten Hydrostat-Einheit (A) verstellbaren Volumens und einer zweiten Hydrostat-Einheit (B) verstellbaren oder konstanten Volu­ mens, welche versetzt zur Antriebswelle (1) angeordnet sind, mit einem Summierungsplanetengetriebe (4; 204) zum Aufsummieren der in einen hydrostatischen und einen mechanischen Leistungszweig aufgeteilten Leistung, mit Schaltkupplungen (333) zum Schalten mehrerer aneinander ohne Lastunterbrechung anschließender Schaltbereiche, wobei die erste Hydrostat-Einheit (A) mit der Antriebswelle (1) und die zweite Hydrostat- Einheit (B) mit einem Glied des Summierungsplanetengetriebes verbun­ den ist, wobei eine Abtriebswelle (302) vorgesehen ist, die mit dem Summierungsplanetengetriebe und den zugeordneten Schaltkupplungen in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hydrostat-Einheit (A) über eine der Eingangsseite gegenüber­ liegenden Seite angeordneten Zahnradstufe (318) angetrieben wird und die zweite Hydrostat-Einheit (B) räumlich auf der Getriebe-Eingangsseite über eine weitere Getriebe-Stufe (319) mit dem Summierungsplaneten­ getriebe (4; 204) verbunden ist, dass die Hydrostat-Einheiten (A und B) hintereinander angeordnet sind, wobei die Antriebswelle (1) durch das Getriebe führt und das Summierungsplanetengetriebe und die Schalt­ kupplungen (333) auf der Antriebswelle (1) angeordnet sind, dass eine Steuer- und Regeleinrichtung zugeordnet ist, welche bewirkt, das bei er­ reichtem Synchronlauf der Kupplungsglieder der neuen Kupplung diese geschlossen wird und dass die alte Kupplung erst nach Schließen der neuen Kupplung öffnet, wobei der Synchronlauf aus einem Drehzahlver­ gleich von der neuen Kupplung zugeordneter Getriebeglieder ermittelt wird.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Abtriebswelle (302) verbindende Kupplung (312) für Vorwärtsfahrt auf der Antriebswelle bzw. koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist.

3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Abtriebswelle (302) verbindende Kupplung (310) für Rückwärts­ fahrt auf der Antriebswelle bzw. koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (302) über eine Getriebestufe (320) mit einem Achs­ differentialgetriebe (317) in Triebverbindung steht.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen Reibkupplungen oder formschlüssige Kupplungen oder form- plus kraftschlüssige Kupplungen sind.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrostat-Einheiten (A und B) zu einem Hydrostatpaket (3) zusam­ mengefasst sind.

7. Getriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die alte Kupplung erst nach geschlossener neuer Kupplung geöffnet wird, wobei innerhalb der Schaltphase vor Öffnen der alten Kupplung der Hy­ drostat zurückgeregelt wird.