DE3026219A1 - Antriebsaggregat mit einer antriebsmaschine und einem schwungrad - Google Patents
Antriebsaggregat mit einer antriebsmaschine und einem schwungradInfo
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Description
G 38OO Voith Getriebe KG
Kennwort: "Energiespargetriebe" Heidenheim
Antriebsaggregat mit einer Antriebsmaschine und einem Schwungrad
Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Antriebsaggregat ist bekannt aus
der DE-OS 27 10 532, auf deren Fig. 1 nachfolgend Bezug genommen wird. Die Antriebsmaschine ist dort mit 10, das Schwungrad mit 17,
das stufenlos variable Getriebe mit 15 und die Abtriebswelle mit 31 bezeichnet. Ein Zwischengetriebeglied wird dort durch die Zahnräder
35, 4O und 39 gebildet. Das variable Getriebe 15 ist einerseits
an die Antriebsmaschine IO und andererseits an das Zwischengetriebeglied
35, 40, 39 gekuppelt. Die im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen vier Schaltkupplungen sind in Fig. 1 der
DE-OS durch die folgenden Getriebeteile gebildet: 37 und 42; 42
und 39; 33 und 44; 35 und 44. Unter anderen sind die folgenden Betriebszustände möglich:
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1) Nur in einem Anfahr-Betriebsbereich (die Schaltkupplungen 37/42
und 35/44 sind eingerückt) wird die Summe der Leistungen aus der Antriebsmaschine und aus dem Schwungrad durch das stufenlos
variable Getriebe übertragen.
2) In einem daran anschließenden Betriebsbereich (Schaltkupplungen
39/42 und 33/44 eingerückt) wird nur noch die vom Schwungrad abgegebene Leistung über das stufenlos variable Getriebe geführt;
die Leistung der Antriebsmaschine wird dagegen direkt, also nahezu verlustfrei auf die Abtriebswelle übertragen.
Gemäß Seite 29 Absatz 2 der DE-OS können verschiedene Arten stufenlos variabler Getriebe verwendet worden. Bevorzugt wird
jedoch ein leistungsteilendes hydrostatisches Getriebe, beschrieben
in der Zeitschrift "Ölhydraulik und Pneumatik" 1971,
Seiten 385 bis 391. Solche leistungsverzweigende Getriebe haben cjegenüber den anderen stufenlos variablen Getrieben den Vorteil,
daß ein Teil der Leistung zwecks Verbesserung des Wirkungsgrades
rein mechanisch übertragen wird. Das heißt, der hydraulische Leistunqsantei1 des stufenlos variablen Getriebes int, abgesehen
vom unmittelbaren Anfahrzustand, verhältnismäßig niedrig.
Wegen des rotierenden Gehäuses sind diese leistungsteilenden
hydrostatischen Getriebe jedoch verhältnismäßig teuer. Vielfach stört auch die große Baulänge. Ein weiterer Nachteil besteht
im folgenden: Durch die mechanische Koppelung der beiden hydrostatischen Einheiten über das gemeinsame, rotierende Gehäuse ist
es nicht möglich, jede der beiden Einheiten für sich allein auf
maximale Drehzahl oder auf minimales spezifisches Volumen zu optimieren.
Bei dem bekannten Antriebsaggregat ist vorgesehen, daß das
Umschalten zwischen dem Anfahr-Betriebsbereich und dem daran
anschließenden Betriebsbereich dann stattfindet, wenn das hydrostatische Getriebe ein oberhalb von 1 liegendes Drehzahl-
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verhältnis erreicht hat. Dadurch kann der Bereich, in dem der hydraulische Leistungsanteil des leistungsteilenden hydrostatischen
Getriebes verhältnismäßig niedrig ist, noch vergrößert werden. Zugleich können gemäß Seite 33 der DE-OS die Drehzahlverhältnisse
der wesentlichen Antriebsteile durch entsprechende Bemessung der Zahnräder 33, 35, 37 bis 40 derart an das Übersetzungsverhältnis
des hydrostatischen Getriebes im Umschaltpunkt angepaßt werden,
daß ein Umschalten vom Anfahrbetriebsbereich in den daran anschließenden
Betriebsbereich (oder umgekehrt) ohne Relativdrehzahlen
an den Schaltkupplungen erfolgen kann. Ein Nachteil ist jedoch, daß hierzu eine verhältnismäßig große Anzahl von
Zahnradgetrieben (in der Regel 3 oder 4) erforderlich sind. Außerdem ist es nicht ohne weiteres möglich, den Verlauf der Leistungsaufteilung zu verändern. Dieser Verlauf hängt, wie schon erwähnt,
vom Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes im Umschaltpunkt
ab. Um das hydrostatische Getriebe möglichst gut auszunutzen, ist das vorgenannte Übersetzungsverhältnis in etwa gleich
dem maximalen Übersetzungsverhältnis. Eine Änderung des Verlaufes der Leistungsaufteilung bedingt daher in der Regel eine Veränderung
des maximalen Fördervolumens in dem hydrostatischen Getriebe. Hierbei ist gleichzeitig eine Änderung der Übersetzungsverhältnisse der
Zahnradgetriebe erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruches 1 angecjebene Antriebsaggregat dahingehend
zu verbessern, daß ein möglichst einfaches stufenlos variables Getriebe verwendet werden kann; zugleich soll dor Vorlauf der Leistungsaufteilung
mit möglichst geringem Aufwand veränderbar sein.
Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Antriebsaggregat
gelöst. Dabei kommen zwei verschiedene Bauweisen in Fracje, deren Merkmale in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben sind.
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-(ο ■ -^
Durch die Erfindung gelingt es, die folgenden Vorteile miteinander
zu vereinigen:
a) Auf die Leistungsverzweigung im stufenlos variablen Getriebe kann verzichtet werden; d.h. es können einfache
stufenlos regelbare Getriebeelemente, die im Falle hydrostatischer Einheiten einzeln anbaubar sind, verwendet werden.
Stufenlos regelbare Getriebeelemente dieser Art sind, auch für höhere Leistungen, ohne Schwierigkeiten im Handel erhältlich.
b) Das gesamte Getriebe kann sehr kompakt ausgeführt werden, weil außer dem Differentialgetriebe in der Regel nur wenige
Zahnräder erforderlich sind.
c) Der Verlauf der Leistungsaufteilung kann so gewählt werden,
daß der Bereich mit kleinem Leistungsanteil im stufenlos regelbaren Getriebe verhältnismäßig groß ist.
d) Das Umschalten vom Anfahr-Betriebsbereich in den daran anschließenden
Betriebebereich (oder zurück) kann bei Drehzahlgleichheit in den Schaltkupplungen erfolrjen.
Bei fast allen Ausführungsformen der Erfindung kann das stufenlose
Getriebe in zwei Einzelmaschinen aufgelöst werden, die beide bis zu ihrer maximal zulässigen Drehzahl betrieben werden können.
Ihre Baugröße kann also sehr klein gehalten werden. Die Anordnung der beiden Einheiten des stufenlosen Getriebes ist weitgehend beliebig.
Man kann sie z.B. nebeneinander anordnen, wodurch sich für das gesamte Antr iebsaggrecjat eine kurze Baulänge ergibt. Unter
Umständen können die Einheiten von außen an ein Getriebegehäuse angeflanscht v/erden. Dadurch sind sie im FaI Ie einer
Reparatur einfach austauschbar.
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-f · β-
Falls es erwünscht ist, den Verlauf der Leistungsaufteilung zu
verändern, so ist hierzu lediglich eine Änderung der Übersetzung
des Differentialgetriebes erforderlich. Es ist ein besonderer
Vorteil der Erfindung, daß hierbei das stufenlos variable Getriebe nicht verändert zu werden braucht.
Wie bei dem bekannten Antriebsaggrecjat (DE-OS 27 10 532) können
für das stufenlos variable Getriebe verschiedene bekannte Getriebebauarten eingesetzt werden. Nunmehr wird aber durch das zusätzlich
vorgesehene Differentialgetriebe erreicht, daß. bei allen
Getriebebauarten eine Leistungsteilung stattfindet und der
Wirkungsgrad hierdurch angehoben wird.
Durch geringfügige Abwandlungen in der Getriebe-Anordnung können unterschiedliche Kennlinien-Verläufe erzielt werden. So kann man
durch die Ausführung nach Anspruch 2 erreichen, doß die Kennlinie für den Leistungsanteil des stufenlos variablen Getriebes im Anf
ahr-Betr iebsberei ch hyperbelartig abfällt, und im anschließenden
Retriebsbereich linear ansteigt.
Dagegen kann durch die Ausführung nach Anspruch 3 erreicht werden,
daß die vorgenannte Kennlinie im Aufahr-Betriebsbereich linear abfällt
und daran anschließend hyperbelartig ansteigt. Diese Ausführung wird man im allgemeinen bevorzugen, weil hier der Dereich niedrigen
Leistungsanteils im stufenlosen Getriebe größer ist.
Mit den im Anspruch 4 angegebenen Merkmalen wird erreicht, daß in dem Differentialgetriebe das mit der höchsten Drehzahl umlaufende
Getriebeglied das Sonnenrad ist, also dasjenige Getriebeglied, welches die höchste Drehzahl am ehesten verträgt.
Ein wichtiger weiterführender Gedanke der Erfindung ist im Anspruch
6 angegeben. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß in dem stufenlos variablen Getriebe keine dor beiden Getriebeeinheiten
reversierbar, d.h. für beide Drehrichtungen ausgebildet
sein muß. Dadurch wird z.B. die Verwendung οines mechanischen
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30^6219
stufenlosen Getriebes möglich, ohne daß die oben beschriebenen
Vorteile verloren gehen. Hierbei muß man unter Umständen in Kauf nehmen, daß beim Umschalten zwischen dem Anfahr- und dem folgenden
Betriebsbereich die Drehzahl der Antriebsmaschine vom Getriebe her
verändert wird. Dieser Nachteil könnte, wenn dies erforderlich erscheint, dadurch beseitigt werden, daß man -wie an sich bekanntzwischen
der Abtriebswelle einerseits und dem Zwischengetriebeglied und/oder der Antriebsmaschine andererseits noch ein Anpaßgetriebe
anordnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der
Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 ein Antriebsaggregat in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine Abwandlung des Antriebsaggregates von Fig. 1; Fig. 3 eine Abwandlung des Antriebsaggregats von Fig. 2;
Fig. 4 ein Diagramm mit einer Kennlinie des Antriebsaggregats nach Fig. 3;
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In den Figuren 1,2 und 3 sind die folgenden Teile übereinstimmend wie folgt bezeichnet:
M Antriebsmaschine, ausgebildet als Rrennkraftmotor mit einer
Motorwelle 10;
S Schwungrad mit einem Untersetzungs-Kegelgetriebe, das ein an das Schwungrad gekoppeltes Ritzel 18 und ein Tellerrad 19
aufweist;
G Stufenlos variables Getriebe, umfassend zwei einzeln im Antriebsaggregat angeordnete Hydrostatik-Einheiten G., und G2,
die beide wechselweise als Pumpe und als Motor arbeiten können, je eine Welle 11 bzw. 12 als Getriebeanschluß aufweisen und
mittels Hydraulikleitungen 13 verbunden sind;
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30?6219
D Differentialgetriebe rnit Sonnenrad 21, Planetenträqer 22
und Hohlrad 23;
Z Zwischengetriebeglied, das als drehbare Trommel ausgebildet und an den Planetenträger 22 gekoppelt ist;
30 Abtriebswelle;
31 Schaltkupplung zwischen der Motorwelle 10 und dem Tellerrad 19, das
zum Untersetzungsgetriebe des Schwungrades S gehört,-
32 Schaltkupplung zwischen dem Tellerrad 19 (Schwungrad S) und dem
Zwischengetriebeglied Z ;
33 Schaltkupplung zwischen der Motorwelle IO und der Abtriebswelle 30;
34 Schaltkupplung zwischen dem Zwischengetriebeglied Z und der Abtriebswelle
30.
Wie allgemein bekannt, kann bei Bedarf jede Schaltkupplung ersetzt
werden durch eine Baueinheit umfassend einen Planetenradsatz und eine Bremse zum Stillsetzen des Hohlrades.
In Fig. 1 ist die Motorwelle 10 über ein Zahnradpaar 40/41 mit der
Hydrostatik-Einheit G~ verbunden. Außerdem ruht auf der Motorwelle
10 das Sonnenrad 21 des Differentialgetriebes D; das Hohlrad.23
kämmt dagegen auf seiner Außenseite mit einem Zahnrad 42, das auf der Welle 11 der Hydrostatik-Einheit G1 ruht.
In Fig. 2 ist die Motorwelle 10 einerseits ebenfalls über ein Zahnradpaar 4O/41 mit der Hydrostatik-Einheit G„ verbunden, andererseits
aber nunmehr mit dem Hohlrad 23. Die Hydrostatik-Einheit G1
ist hier über ein Zahnradpaar 43/44 mit dem Sonnenrad 21 verbunden.
Letzteres trifft auch zu für die Fig. 3/% Hier ist aber die Hydro-
45/46
statik-Einheit G2 über ein ZahnradpaarTmit dem Planetenträger 22
und damit auch mit dem Zwischengetriebeglied Z verbunden. Das Hohlrad 23 ist wieder mit der Motorwelle 10 gekoppelt.
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Die Wirkung der drei Ausf ührunqsf orinen ist sehr ähnlich. Sie wird
nachfolgend anhand der Fig. 3 und 4 erläutert. In Fig. 4 ist aufgetragen die sogenannte Leistungsaufteilung N, /Nn (das ist das
Verhältnis der hydraulischen Leistung N-, zur gesamten durch das Differential D übertragenen Leistung Nj-j) über der Gesamt-Getriebe-Übersetzung
i (das ist das Verhältnis n., /n.. q der Drehzahlen der
Abtriebswelle 30 und des Tellerrades 19).
Im Anfahr-Betriebsbereich sind die Schaltkupplungen 31 und 34 geschlossen und die Schaltkupplungen 32 und 3 3 geöffnet. Dadurch
werden Motor- und Schwungrad-Leistung addiert und vom Differentialgetriebe
D aus teils über das hydrostatische Getriebe G und teils direkt auf die Abtriebswelle 30 übertragen. Dabei ist die Leistungsaufteilung N,/N im Anfahrpunkt gleich 1; hier ist die Übersetzung
des hydrostatischen Getriebes gleich Null. Die Leistungsaufteilung fällt dann rasch linear ab. Beim Wert N,/Nn= ° kehrt sich die
Drehrichtung einer der Hydrostatik-Einheiten um; hier ist im hydrostatischen Getriebe die Übersetzung gleich 1. Von hier fällt
die Leistungsaufteilung weiter ab bis die Übersetzung i = 1 ist.
Hier herrscht Drehzahl-Gleichheit in den Schaltkupplungen 32 und Diese können somit nunmehr ohne Synchronisierarbeit eingerückt
werden, wobei gleichzeitig die Kupplungen 31 und 34 gelöst werden. Die Motorleistung wird hierdurch über die Schaltkupplung 33.direkt
auf die Abtriebswelle 30 übertragen, die Schwungradleistung dagegen vom Differential aus teils über das hydrostatische Getriebe teils
direkt. Die Leistungsaufteilung der Schwungradleistung steigt,
wie aus Fig. 4 ersichtlich, hyperbolisch an.
Bei welchem Wert N, /Nn der Umschaltpunkt liegt, kann durch das
Verhältnis der Durchmesser von Sonnenrad 21 und Hohlrad 23 bestimmt werden. Bei den Anordnungen nach Fig. 1 und 2 ergeben sich
im Anfahr-Betriebsbereich steil abfallende hyberbelförmige Kennlinien und oberhalb von i = 1 linear aufsteigende Kennlinien.
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Dabei liegt der Umschaltpunkt -aufgrund der unterschiedlichen Verknüpfungen des Differentialgetriebes D mit den übrigen Getriebeteilen-
bei Werten von -N,/N , die für die Fig. 1 größer und für die Fig. 2 kleiner air; 1/2 sind.
In Fig. 4 ist mit dem Maßpfeil B der Bereich kleiner hydraulischer
Leistung gekennzeichnet; dieser kann z.B. als derjenige Bereich definiert werden, in dem der absolute Betrag von N, /N kleiner
als 1/3 ist. Wie schon erwähnt, ist der Wirkungsgrad des Antriebsaggregats um so höher je größer der Bereich B ist.
In allen Ausführungen gemäß Fig. 1 bis 3 können noch andere Betriebszustände herbeigeführt werden: Wenn allein die Schaltkupplung
32 geschlossen ist, kann Antriebsenergie von der Antriebsmaschine M über die Getriebe D und G zum Schwungrad S (oder umgekehrt)
übertragen werden. Durch alleiniges Schließen der Schaltkupplung 34 kann Leistung von der Antriebsmaschine M allein über
die Getriebe D und G zur Abtriebswelle fließen (Bergfahrt). Schließlich kann durch alleiniges Schließen der Schaltkupplung
Leistung von der Antriebsmaschine M direkt auf die Abtriebswelle übertragen werden (Überlandfahrt).
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von den zuvor beschriebenen dadurch, daß drei Schaltkupplungen durch Schalteinheiten 31', 32', 34' ersetzt sind; diese umfassen je ein
Planetengetriebe und eine Bremse, die das Hohlrad stillsetzen kann. Das Schwungrad S' ist hier auf einer Hohlwelle befestigt, die
mit den Sonnenrädern der beiden Schalteinheiten 31' und 32' verbunden
ist. Die Anordnung des Differentialgetriebes D und die Verknüpfung von dessen Getriebegliedern 21, 22, 23 ist gleich
derjenigen von Fig. 3, desgleichen die Anordnung der Hydrostatik-Einheiten G1 und G„. Ebenso ist unverändert die Funktion der
Kupplung 33 bzw. der Schalteinheit 34. Lediglich deren Lage ist gegenüber der Fig. 3 verändert worden. Die Übersetzungen
der Planetengetriebe der Schalteinheiten 31', 32', 34' können
+ Eine Drehzahlerhöhung des Schwungrades S erfolgt jedoch vorzugsweise beim
Bremsen des Fahrzeuges, also von der Abtriebswelle 30 her über die Getriebe
G und D.
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10
3Q2S219
so gewählt werden, daß keine der beiden Hydrostatik-Einheiten reversibel
(d.h. mit umkehrbarer Drehrichtung} ausgeführt werden muß und daß dennoch das Umschalten bei Syncbrondrehzahlen stattfinden kann.
Abweichend von Fig. 5 könnte anstelle der Schalteinheit 34'
eine einfache Schaltkupplung 34 belassen werden. Hierdurch wurde zwar beim Umschalten von Getriebe her eine Veränderung der Motordrehzahl
verursacht werden; dies könnte aber in der Regel ohne Schwierigkeiten in Kauf genommen werden.
10.07.80
Sh/ss
Sh/ss
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Leerseite
Claims (6)
1.) Antriebsaggregat, insbesondere für Fahrzeuge, mit einer Antriebsmaschine
(M), einem Schwungrad (S) und einem stufenlos variablen Getriebe (G), das einen ersten Getriebeanschluß (11)
und einen zweiten Getriebeanschluß (12) aufweist, ferner mit einer Abtriebswelle (30) und mit einem Zwischengetriebeglied
(Z), sowie mit vier Schaltkupplungen, die wie folgt angeordnet sind:
a) eine Schaltkupplung (31) zwischen der Antriebsmaschine (M) und dem Schwungrad (S),
b) eine Schaltkupplung (32) zwischen dem Schwungrad (S) und dem
Zwischengetriebeglied (Z) ,
c) eine Schaltkupplung (3 3) zwischen der Antriebsmaschine (M) und
der Abtriebswelle (30),
d) eine Schaltkupplung (34) zwischen dem Zwischengetriebeglied (Z)
und der Abtriebswelle (30),
dadurch gekennzeichnet, daß dem stufenlos variablen Getriebe (G) ein Differentialgetriebe (D) zugeordnet ist mit mindestens drei
Getriebegliedern (21, 22, 23), die wie folgt angeordnet sind:
e) ein Getriebeglied (21 oder 23) ist mit der Antriebsmaschine (M) verbunden,
f) ein Getriebeglied (23 oder 21) ist mit dem ersten Getriebeanschluß
(11) des stufenlos variablen Getriebes (G) verbunden und
g) ein Getriebeglied (22) ist mit dein Zwischengetriebeglied (Z)
verbunden.
130067/00 44
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch Gekennzeichnet, daß der zweite Getriebeanschluß (12) des stufenlos variablen Getriebes
(G) mit der Antriebsmaschine (M) verbunden ist (Fig. 1 und 2).
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Getriebeanschluß (12) des stufenlos variablen Getriebes
(G) mit dem Zwischengetriebeglied (Z) verbunden ist (Fig. 3).
4. Antriebsaggregat nach Anspruch 2 oder 3, worin das Differentialgetriebe
(D) als ein Planetenradsatz ausgebildet ist mit Sonnenrad (21), Planetenträger (22) und Hohlrad (23), dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlrad (23) mit der Antriebsmaschine (M), der Planetenträger (22) mit dem Zwischengetriebeglied (Z) und das
Sonnenrad (21) mit einem (11) der beiden Getriebeanschlüsse des stufenlos variablen Getriebes (G) verbunden sind (Fig. 2 und 3).
5. Antriebsaggregat nach Anspruch 2, worin das Differentialgetriebe
(D) als ein Planetenradsatz ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (21) mit der Antriebsmaschine (M),
der Planetenträger (22) mit dem Zwischengetriebeglied (Z) und das Hohlrad (23) mit dem ersten Getriebeanschluß (11) des stufenlos
variablen Getriebes (G) verbunden sind (Fig. 1).
6. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin zwischen
dem Schwungrad (S) und der Antriebsmaschine (M) einerseits und zwischen dem Schwungrad (S) und dem Zwischengetriebeglied (Z)
andererseits unterschiedliche Übersetzungen (Planetenradsätze 31' 32') vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungen
so gewählt sind, daß der erste Getriebeanschluß (11) des stufenlos variablen Getriebes (G) in allen Betriebszuständen die gleiche
Drehrichtung aufweist.
Heidenheim, 1O.O7.8O
Sh/s s
Sh/s s
130067/0044
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