HYDROSTATIC-MECHANICAL TRANSMISSION WITH INPUT SPLIT POWER

Abstract: 1. A hydrostatic-mechanical transmission with input split power, comprising two three-shaft planetary gear sets I and II, in which one difference shaft (annulus 2') of the planetary gear set I forms a unit, and, together with the sum shaft (cage s') of the planetary gear set II, forms the drive shaft, in which the second difference shaft (sun wheel 1') of the planetary gear set I is coupled with one difference shaft (sun wheel 1") of the planetary gear set II and is connected via a hydrostatic transmission (b) with the drive shaft (1), and in which the sum shaft (cage s) of the planetary gear set I on the one hand and the second difference shaft (annulus 2") of the planetary gear set II on the other hand can act alternately, by way of output coupling stages, upon the driven shaft (2), so that several unstepped gearchange ranges in series (1 to 4 and R) form the total gearchange ratio range, with the output coupling stages exhibiting at any given instant the same transmission ratio for two adjacent gearchange ranges, beginning with gearchange range 1 which follows the starting range, with the output coupling stages for the odd-number gearchange ranges (1 and 3) being coupled to the sum shaft (cage s) of the planetary gear set I and the output coupling stages for the even-number gearchange ranges (2 and 4) being coupled to the difference shaft (annulus 2") of the planetary gear set II, and with the output coupling stages being adjusted in their ratios in such a way that changes of gearchange range take place synchronously without load and without interruption of tractive power, characterised by the combination of the following features, known in themselves : a. that for starting a friction clutch (K) is provided between the motor and the drive shaft b. that the output coupling stages consist of spurgear stages c. that the output coupling stages are connected to jaw clutch couplings.

Description: Hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigung Die Erfindung betrifft ein hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigung, zu dem zwei dreiwellige Umlaufgetriebe I und II gehören, von denen eine Differenzwelle des Umlaufgetriebes 1 mit der Summenwelle des Umlaufgetriebes II eine Einheit und die Antriebswelle bildet und von denen die zweite Differenzwelle des Umlaufgetriebes I mit einer Differenzwelle des Umlaufgetriebes II gekoppelt ist und über ein hydrostatisches Stellgetriebe mit der Antriebswelle in Verbindung steht und von denen schliesslich die Summenwelle des Umlaufgetriebes I einerseits und die zweite Differenzwelle des Umlaufgetriebes II andererseits über Nachschaltstufen wechselweise auf die Abtriebswelle wirken können, so dass mehrere aneinanderreihende stufenlose Verstellbereiche den Gesamtverstellbereich der Übersetzung bilden, wobei die Nachschaltstufen in ihren Ubersetzungen so abgestimmt sind, dass der Verstellbereichswechsel bei synchronen Drehzahlen, lastfrei und ohne Zugkraftunterbrechung erfolgt. Solche Getriebe verwirklichen einen relativ grossen kontinuierlichen Gesamtverstellbereich der Übersetzung, wobei sie verhältnismässig gute Wirkungsgrade aufweisen. Beim Einsatz in Fahrzeugen können sie dem Fahrer das Schalten abnehmen, das Betreiben des Verbrennungsmotors entlang seiner optimalen Verbrauchskurve ermöglichen und so dazu beitragen, Kraftstoff einzusparen. Die Bezeichnungen Differenzwelle und Summenwelle stammen aus Müller, H. W. "Die Umlaufgetriebe", S. 29, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1971. Die zugehörigen Begriffe werden nachfolgend erklärt. Die auf ein dreiwelliges Umlaufgetriebe von aussen einwirkenden Drehmomente müssen nach den Regeln der Mechanik in ihrer Summe gleich Null sein. Dies bedeutet aber, dass die Drehmomente von zwei Wellen gleiches Vorzeichen haben und dass das Drehmoment der dritten Welle entgegengesetztes Vorzeichen aufweist und betragsmässig die Summe der beiden anderen Wellendrehmomente ausmacht. Man bezeichnet die Welle, die betragsmässig das grösste Drehmoment führt, als Summenwelle und die beiden übrigen Wellen als Differenzwellen. Ob eine Welle den Charakter einer Summen- oder Differenzwelle hat, richtet sich nur nach dem konstruktiven Aufbau und nicht nach dem Betriebszustand des Getriebes. Bei einer zugeführten, positiven Leistung sind Wellendrehmoment und -drehrichtung gleich und bei einer abgeführten negativen Leistung entgegengesetzt. Die Summe der zugeführten und abgeführten Leistungen muss also Null sein. Unter Beachtung dieses Gesetzes lassen sich Summenwelle und Differenzwellen problemlos zuordnen. Minusgetriebe, z. B. bestehend aus einem Sonnenrad, Hohlrad und Steg mit Planetenrädern, weisen bei stehendem Steg gegenläufige Drehrichtungen von Sonnen- und Hohlrad aus. Demnach sind die an Sonnen- und Hohlradwelle angreifenden äusseren Drehmomente gleichgerichtet. Das Drehmoment an der Stegwelle muss dann entgegengesetzt gerichtet sein. Dies bedeutet also, dass die Sonnenrad- und Hohlradwelle Differenzwellen sind und der Steg die Summenwelle ist. Plusgetriebe, z. B. bestehend aus zwei Sonnenrädern, die mit in einem Steg gelagerten Stufenplanetenrädern kämmen, haben bei stehendem Steg gleichsinnig sich drehende Sonnenräder, deren äussere Drehmomente also gegensinnig wirken und damit entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Demzufolge ist die Welle mit dem grösseren Sonnenrad und damit betragsmässig mit dem grösseren Drehmoment die Summenwelle. Die andere Sonnenradwelle und die Stegwelle sind Differenzwellen. Für Minus- und Plusgetriebe gilt gleichermassen, dass sich die Differenzwellen bei stehender Summenwelle gegenläufig drehen. Das Verhältnis der Drehzahlen von schnell- zu langsamlaufender Welle bei stehender Stegwelle bezeichnet man als Standübersetzung io. Minusgetriebe haben also negative und Plusgetriebe positive Werte für io. Diese Feststellungen sind bei später noch folgenden Erläuterungen von Bedeutung. Fig. 7 der US-PS 2.962.915 zeigt ein hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigung, das aus zwei gleichen dreiwelligen Umlaufgetrieben besteht, von denen die Hohlräder 29 über Zahnräder 53,30 mit der Antriebswelle 5 in Verbindung stehen und von denen die Sonnenräder 54a, 54b gegensinnig drehen, da sie nach Fig. 8 über vier Zahnräder 55a, 56, 56 und 55b gekoppelt sind, und über ein hydrostatisches Stellgetriebe, bestehend aus den Verdrängermaschinen 16a und 16b, sowie über die Zahnräder 52, 51 mit der Antriebswelle in Verbindung stehen und von denen schliesslich die beiden Stegwellen 28 über Nachschaltstufen wechselweise auf die Abtriebswelle 5 wirken. Die relativ grosse Anzahl der notwendigen Zahnräder und die für die Nachschaltstufen erforderlichen drei parallel versetzten Wellen führen zu verhältnismässig hohen Werten für Bauvolumen, Gewicht und Herstellkosten. Die US-PS 3.204.486 beschreibt ein hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe, bei dem nach Fig. 1 wieder zwei gleiche dreiwellige Umlaufgetriebe vorliegen, von denen die Sonnenräder 42, 43 über Zahnräder 40, 41, 37 mit der Antriebswelle 36 in Verbindung stehen und von denen die Hohlräder 53, 78 über ein hydrostatisches Stellgetriebe mit den Verdrängermaschinen I, II gekoppelt werden und von denen schliesslich die Stege 50, 75 über Nachschaltstufen wechselweise auf die Abtriebswelle 121 wirken. In dieser US-PS 3.204.486 zeigen für die verschiedenen Verstellbereiche Fig. 6 den Schwenkwinkelverlauf der Schwenkscheiben bzw. den Verdrängungsvolumenverlauf der Verdrängermaschinen I, II, Fig. 7 den Verlauf der Druckdifferenz, Fig. 8 die auf die insgesamt durchgesetzte Leistung bezogene hydrostatische Leistung und Fig. 9 die Drehzahlen der Verdrängermaschinen I, II sowie'der An- und Abtriebswelle, und zwar jeweils in den Fig. 6, 7, 8, 9 abhängig vom arerhältnis der Abtriebsdrehzahl zur Antriebsdrehzahl. Die Fig. 6, 7, 8, 9 machen deutlich, dass in den einzelnen Verstellbereichen betragsmässig die grösste wirksame hydrostatische Leistung dann auftritt, wenn die Verdrängungsvolumen auf ihren halben Grösstwert eingestellt sind und wenn die Verdrängermaschinen betragsmässig mit der Hälfte ihrer maximalen Drehzahlen laufen. Dies bedeutet, dass die Eckleistung als Produkt aus den maximalen Werten von Verdrängungsvolumen, Drehzahl und Druckdifferenz das vierfache der wirksamen maximalen hydrostatischen Leistung beträgt. Dadurch ergeben sich relativ gross bauende Verdrängermaschinen. Da ausserdem wieder drei parallel versetzte Wellen vorhanden sind, stellen sich auch für das Getriebe nach der US-PS 3.204.486 verhältnismässig grosse Werte für Gewicht, Baugrösse und Herstellkosten ein. Fig. 1 der US-PS 3.580.107 zeigt ein hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe, zu dem wieder zwei gleiche dreiwellige Umlaufgetriebe gehören, von denen die beiden eine Einheit bildenden Stege 13 mit der Antriebswelle 11 verbunden sind und von denen die Sonnenräder 22, 24 über Zahnräder 30, 31, 33, 34 mit einem hydrostatischen Stellgetriebe, bestehend aus den Verdrängermaschinen 32, 35, wechselweise gekoppelt werden und von denen die Planetenräder 15 einerseits und 16 andererseits über weitere Planetenräder 19, 20 miteinander im Eingriff stehen und von denen schliesslich die Hohlräder 21, 23 wechselweise über Nachschaltstufen auf die Abtriebswelle 50 wirken. Aus den Fig. 1, 17, 18, 20 dieser US-PS 3.580.107 geht hervor, dass die maximale hydrostatische Leistung bei halber maximaler Drehzahl der Verdrängermaschinen, bei halbem maximalen Verdrängungsvolumen und bei 0,8-fachem maximalen hydrostatischen Druck auftritt. Somit beträgt die aus diesen Werten sich ergebende hydrostatische Eckleistung das fünffache der wirksamen maximalen hydrostatischen Leistung, wodurch relativ gross bauende Verdrängermaschinen notwendig werden. Fig. 14 der US-PS 3.580.107 stellt ein hydrostatischmechanisches Koppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigungdar,bei dem wieder zwei gleiche dreiwellige Umlaufgetriebe vorhanden sind und bei dem zum Unterschied des Getriebes nach Fig. 1 die wechselweise über Zahnräder 521, 522 oder 431, 430 an die Sonnenräder 424, 422 ankoppelbare Verdrängermaschine 432 konstantes Verdrängervolumen hat und die verstellbare Verdrängermaschine 435 über Zahnräder 505, 507 an die Antriebswelle 411 angeschlossen ist. Ein Vergleich der Fig. 18 und 29 zeigt, dass das Getriebe nach Fig. 14 einen um 3,3-fach höheren wirksamen maximalen hydrostatischen Leistungsfluss hat. Darüber hinaus ist die Eckleistung, die sich betragsmässig aus dem Produkt der grössten auftretenden Werte für Verdrängungsvolumen, Drehzahl und Druckdifferenz ergibt, noch um den Faktor 2 grösser als die wirksame maximale hydrostatische Leistung. Aus Fig. 31 geht nämlich hervor, dass betragsmässig der maximale Differenzdruck bei der Abtriebsdrehzahl von 2400 min -1 um den Faktor 2 grösser ist als z. B. bei der Abtriebsdrehzahl von 1600 min 1, bei der betragsmässig die maximalen Werte für Verdrängungsvolumen und Drehzahlen der Verdrängermaschinen (vgl. Fig. 28) und der wirksamen hydrostatischen Leistung (vgl. Fig. 29) auftreten. Das Verhältnis der Eckleistungen für die Getriebe nach Fig. 1 und 14 beläuft sich auf 2 x 3,3/5 = 1,32. Für das Getriebe nach Fig. 14 sind also noch grössere Verdrängermaschinen zu installieren. Die nach der US-PS 3.580.107 vorgeschlagenen Getriebe bauen relativ gross, schwer und kostenaufwendig, da sowohl verhältnismässig grosse Verdrängungsvolumen als auch Kopplungsplanetenräder notwendig sind. Ausserdem ist zu berücksichtigen, dass die hydrostatische Leistung über 7 nacheinander folgende Zahneingriffe fliesst, was sich ungünstig auf den Wirkungsgrad des gesamten Getriebes auswirkt. Die Schrift von Orshansky, E. und Weserloh, W. mit dem Titel ¯Characteristics.of Multiple Range Hydromechanical Transmissions", herausgegeben im September 1972 von der Society of Automotive Engineers, Inc. Two Pennsylvania Plaza, New York, N.Y. 1001 nachfolgend kurz SAE-Schrift genannt - stellt mit Fig. 1 ein hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigung vor, zu dem zwei dreiwellige Umlaufgetriebe gehören, von denen einerseits die Sonnenräder 8, 11 und andererseits ein Steg c1 und ein Hohlrad 13 miteinander gekoppelt sind. Die Einheit Steg-Hohlradwelle c1 stellt die Antriebswelle dar. Die Welle mit den zusammengeschlossenen Sonnenrädern 8, 11 steht über Zahnräder 4, 3, ein hydrostatisches Stellgetriebe und über Zahnräder 7, 6 mit der Antriebswelle in Verbindung. Das hjdrostatische Getriebe besteht aus einer Konstant- und einer Verstelleinheit. Die Zahnräder 3, 4 schliessen die Konstanteinheit an die Sonnenräder 8, 11 und die Zahnräder 7, 6 die Verstelleinheit an die Antriebswelle an. Den beiden gekoppelten dreiwelligen Umlaufgetrieben ist ein dreiwelliges Umlaufgetriebe nachgeschaltet, von dem die Hohlradwelle 16 über eine Kupplung C gehäusefest gesetzt werden kann und von dem die Stegwelle c3 die Abtriebswelle bildet und über eine Kupplung B an die noch übrige Stegwelle c2 der beiden gekoppelten Umlaufgetriebe angeschlossen werden kann und von dem das Sonnenrad 14 mit der noch übrigen Hohlradwelle 10 der beiden gekoppelten Umlaufgetriebe in Verbindung steht und bei dem schliesslich eine Kupplung A die Sonnenradwelle 14 und die Stegwelle c3, d. h. die Abtriebswelle zusammenschliessen kann. Die genannten Kupplungen schalten bei synchronen Drehzahlen, lastfrei und ohne Zugkraftunterbrechnung. Das nach der SAE-Schrift vorgestellte Getriebe arbeitet erst nach dem Anfahren als hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigung. Es weist dann drei stufenlose sich aneinanderreihende Verstellbereiche der Übersetzung aus, die den Gesamtverstellbereich der Über- setzung bilden. Am Anfang des Verstellbereiches 1 drehen die beiden gekoppelten Umlaufgetriebe als Kupplung, wobei die hydrostatische Verstelleinheit voll ausgeschwenkt ist. Durch Einschwenken steigt bei konstanter Antriebsdrehzahl die Drehzahl des Hohlrades 10, das über das nachgeschaltete Umlaufgetriebe, bei eingeschalteter Kupplung C als zweiwelliges Untersetzungsgetriebe wirkend, mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Am Ende des Verstellbereiches 1 befindet sich die Schwenkscheibe der Verstelleinheit in ihrer anderen Extremlage. Jetzt laufen die Stegwelle c2 und c3 synchron, so dass die Kupplung B ein- und die Kupplung C ausgeschaltet werden kann. Das Nachschaltgetriebe ist jetzt überbrückt. Durch Verschwenken der Verstelleinheit in die Ausgangsextremlage wird der Verstellbereich 2 durchfahren, wobei die Stegwelle c2 als Abtriebswelle wirkt. Am Ende des Verstellbereichs 2 drehen die Wellen aller drei Umlaufgetriebe synchron, d. h. sie laufen als Kupplung um. Nach Einschalten der Kupplung A und Lösen der Kupplung B beginnt der Verstellbereich 3. Durch Zurückschwenken der Verstelleinheit steigt die Drehzahl des Hohlrades 10, das jetzt bei ebenfalls überbrückter Nachschaltstufe mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Bei dem Getriebe nach der SAE-Schrift lassen sich nur drei Verstellbereiche realisieren. Dies muss besonders bei gefordertem relativ grossen Gesamtverstellbereich als Nachteil angesehen werden. Denn je feiner man den Gesamtverstellbereich unterteilen kann, um so kleiner wird betragsmässig der mit verhältnismässig ungünstigem Wirkungsgrad behaftete maximale hydrostatische Leistungsfluss. Mit den Bezeichnungen max betragsmässig maximaler hydrostatischer Leistungsfluss P1 konstante Antriebsleistung n Anzahl der Verstellbereiche tp Stellverhältnis eines Verstellbereiches als Verhält nis der grössten zur kleinsten Abtriebsdrehzahl an den Grenzen des Verstellbereichs bei konstanter Antriebs drehzahl Stellverhältnis des Gesamtverstellbereichs als Ver hältnis der grössten zur kleinsten Abtriebsdrehzahl an den Grenzen des Gesamtverstellbereichs bei kon stanter Antriebsdrehzahl gelten die Beziehungen EMI8.1 Nach den Gl. (1) und (2) wird bei einem Gesamtverstellbereich der Übersetzung von 8, der aus Fig. 2 der SAE-Schrift zu entnehmen ist, bei drei Verstellbereichen der Übersetzung Ph /P = 0,5. Würden sich aber z. B. vier Verstellbereiche verwirklichen lassen, dann würde für Ph max /P1 der Wert von 0,5 auf 0,34 zurückgehen und das Verhältnis 0,5/0,34 = 1,47 betragen. Das Getriebe nach der SAE-Schrift fährt rein hydrostatisch an. Eine Kupplung D trennt dazu das Rad 6 und damit auch die Verstelleinheit des hydrostatischen Getriebes von der Antriebswelle des hydrostatischmechanischen Stellkoppelgetriebes. Eine Kupplung E blockiert die beiden antriebsseitigen Umlaufgetriebe, die bei eingelegter Kupplung C über die Nachschaltstufe auf die Abtriebswelle wirken. Von der Kraftmaschinenwelle erfolgt der Leistungsfluss mechanisch über die Räder 1, 2 auf die Welle der als Pumpe wirkenden Verstelleinheit, dann hydrostatisch zu der als Motor arbeitenden Konstanteinheit und schleisslich mechanisch zur Abtriebswelle. Die Hohlwellen 10 und c2 umgeben als drehende Bauteile die Kupplung E, wodurch sie nachteilig nur schwer zugänglich wird und erhöhten Bauaufwand erfordert. Ein besonders ins Gewicht fallender Nachteil bedeutet aber die durch das Anfahren bedingte relativ grosse Eckleistung. Wie bereits erwähnt, errechnet sie sich aus dem Produkt der betragsmässig grössten Werte für Verdrängungsvolumen, Verdrängermaschinendrehzahl und hydrostatischem Differenzdruck, wobei die einzelnen Werte bei verschiedenen Betriebszuständen auftreten können. Im vorliegenden Fall beläuft sich das Verhältnis von Eckleistung zur betragsmässig wirksamen maximalen Leistung auf 2. Es müssen also um 100 % grössere Verdrängungsvolumen installiert werden. Da nun grössere Verdrängermaschinen in Rücksicht auf die zulässige maximale Gleitgeschwindigkeit innerhalb der Verdrängermaschinen zu geringeren Werten für ihre maximal zulässige Drehzahl kommen, erhöht sich das Verdrängungsvolumen um noch einen weiteren Betrag. Da die zulässigen maximalen Drehzahlen verschieden grosser Verdrängermaschinen sich wie die 3. Wurzel aus aus ihrem Volumenverhältnis verhalten, müssen # x 2 = 2,52- fache Verdrängungsvolumen installiert werden. Das Anfahren erfordert also um 152 % grössere Verdrängermaschinen. Dies bedeutet nicht nur grossen baulichen Aufwand, sondern auch, dass das hydrostatische Getriebe stets mit Teilleistung läuft, wodurch ja bekanntlich im allgemeinen schlechtere Wirkungsgrade vorliegen. Auch die bereits beschriebenen Getriebe nach US-PS 2.962.915, US-PS 3.204.486 und US-PS 3.580.107 benutzen das hydrostatische Getriebe zum Anfahren, wodurch die bereits jeweils ausgewiesenen Eckleistungen nöch grösser werden. Unter Einbezug des Anfahrens beläuft sich z. B. nach der US-PS 3.580.107 die Eckleistung für das Getriebe nach Fig. 1 auf das 1,4 x 5 = 7fache und für das Getriebe nach Fig. 14 auf das 2 x 2 = 4fache der jeweils betragsmässig wirksamen maximalen hydrostatischen Leistung. Die geschilderten Nachteile dürfen wohl als Grund dafür angesehen werden, dass die vorgestellten Getriebe bis heute für den Fahrzeugbetrieb praktisch keine Bedeutung erlangt haben. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigung zu schaffen, bei dem sich mit geringem Aufwand mehr als drei aufeinanderfolgende Verstellbereiche der Ubersetzung realisieren lassen, bei dem auch unter Berücksichtigung des Anfahrens betragsmässig die hydrostatische Eckleistung nicht grösser als die wirksame maximale hydrostatische Leistung ist, bei dem die maximale wirksame hydrostatische Leistung möglichst klein ist und bei dem schliesslich bessere Werte für Gewicht, Baugrösse, Herstellkosten und Wirkungsgrade als nach dem derzeitigen Stand der Technik vorliegen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in an sich bekannter Weise zum Anfahren eine Reibungskupplung zwischen Kraftmaschine und Antriebswelle vorgesehen wird und dass die Nachschaltstufen aus Stirnradstufen bestehen, die jeweils für zwei benachbarte Verstellbereiche, und zwar beginnend mit dem Verstellbereich 1, der dem Anfahrbereich folgt, die gleiche Übersetzung aufweisen und dass schliesslich die Nachschaltstufen über Schaltkupplungen für die Verstellbereiche mit ungerader Ziffer an die Summenwelle des Umlaufgetriebes I und für die Verstellbereiche mit geraden Ziffern an die Differenzwelle des Umlaufgetriebes II angeschlossen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Nachschaltstufe für den Verstellbereich mit Rückwärtsfahrt mit Hilfe einer Schaltkupplung an die Summenwelle des Umlaufgetriebes I angeschlossen. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass ohne erheblichen Aufwand mehr als drei Verstellbereiche den Gesamtverstellbereich der Übersetzung bilden können und dass dadurch betragsmässig die wirksame maximale hydrostatische Leistung besonders klein wird und dass aber auch mit Einbezug des Anfahrens die hydrostatische Eckleistung nicht grösser als die erwähnte maximale hydrostatische Leistung ist. Die geschilderten Vorzüge wirken sich dahingehend aus, dass nur relativ kleine Verdrängungsvolumen zu installieren sind und dass sich bei dem erfindungsgemässen Getriebe günstigere Werte für Gewicht, Baugrösse, Herstellkosten und Wirkungsgrade als bei allen anderen bekannten Lösungen ergeben. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar für ein Fahrzeug mit Hinterachsantrieb. Zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe ist eine Reibungskupplung, z. B. eine Fliehkraftkupplung angeordnet. Das symbolisch durch Schraffur angedeutete Gehäuse wird mit 0, die Antriebswelle mit 1 und die Abtriebswelle mit 2 bezeichnet. Die verstellbare Verdrängermaschine a sowie das Hohlrad 2 (Differenzwelle) des Umlaufgetriebes I (Minusgetriebe) und der Steg s' (Summenwelle) mit den Planetenrädern p" des Umlaufgetriebes II (Minusgetriebe) stehen über die Zahnräder 3, 4 mit der Antriebswelle 1 in Verbindung. Die Verdrängermaschine b hat konstantes Volumen und ist an das Sonnenrad 1' (Differenzwelle) von Umlaufgetriebe I sowie an das Sonnenrad 1" (Differenzwelle) von Umlaufgetriebe II angeschlossen. Der Steg s (Summenwelle) mit den Planetenrädern p des Umlaufgetriebes 1 wirkt für den Verstellbereich 1 über die Zahnräder 5, 6, für den Verstellbereich 3 über die Zahnräder 7, 8 und für den Verstellbereich bei Rückwärtsfahrt über die Zahnräder 9, 10, 11 auf die Abtriebswelle 2. Hingegen wirkt das Hohlrad 2" (Differenzwelle) des Umlaufgetriebes II für den Verstellbereich 2 über die Zahnräder 12, 13 und für den Verstell bereich 4 über die Zahnräder 14, 15 auf die Abtriebswelle 2. Für das Umschalten zwischen den einzelnen Verstellbereichen dienen die Schaltkupplungen, z. B. Zahnkupplungen 16, 17, 18. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kommt z. B. für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb infrage. Im Vergleich zu dem Beispiel nach Fig. 1 entfallen die Zahnräder 3, 4. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach Fig. 2 dadurch, dass in vorteilhafter Weise für die Verstellbereiche 1, 2 die gleichen Nachschaltzahnräder (5 = 12, 6 = 13) benutzt werden. Fig. 4 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Umlaufgetriebe I und II Plusgetriebe sind. Die mit der Antriebswelle 1 in Verbindung stehenden Wellen sind jetzt die Sonnenradwelle 1' (Differenzwelle) vom Umlaufgetriebe I und Sonnenradwelle 2" (Summenwelle) vom Umlaufgetriebe II. Das hydrostatische Getriebe a, b ist jetzt an die eine Einheit bildenden Stege s, s' (Differenzwellen) der Umlaufgetriebe I, II angeschlossen. Uber die entsprechenden Nachschaltstufen wirken jetzt die Sonnenradwel le 2' (Summenwelle) des Umlaufgetriebes I für die Verstellbereiche 1, 3 und rückwärts (R) und die Sonnenradwelle 1" (Differenzwelle) für die Verstellbereiche 2, 4 auf die Abtriebswelle 2. Die Drehzahlen von dreiwelligen Umlaufgetrieben sind über die Standübersetzung io linear miteinander verknüpft. Sie lassen sich daher besonders anschaulich in Leiterdiagrammen für die Drehzahlen n darstellen. Die drei Drehzahlleitern liegen parallel zueinander. Da, wie bereits erwähnt, bei dreiwelligen Umlaufgetrieben bei stehender Summenwelle die Differenzwellen stets gegenläufig drehen, liegt die Drehzahlleiter der Summenwelle immer zwischen den Drehzahlleitern der Differenzwellen. Die Standübersetzung io bestimmt die Abstände der drei Drehzahlleitern. Die Drehzahlleiterdiagramme für Umlaufgetriebe I nach Fig. 5 und für Umlaufgetriebe II nach Fig. 6 tragen zum Verständnis der Wirkungsweise des erfindungsgemässen Getriebes bei. An den Drehzahlleitern stehen die Wellenbezeichnungen sowohl der Getriebe nach den Fig. 1, 2, 3 als auch des Getriebes nach Fig. 4. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf die Bezeichnungen nach den Fig. 1, 2, 3, gelten aber auch analog für das Getriebe nach Fig. 4. Die geneigte Gerade in der für das Umlaufgetriebe I zutref fenden Fig. 5 gilt für das Ende des Anfahrbereiches und den Beginn des Verstellbereiches 1. Mit vorgegebener Antriebs drehzahl n1 liegt n2, fest. Die Verdrängermaschine a ist voll ausgeschwenkt. Dadurch stellt sich eine Drehzahl nl, = - n2, ein. Der Schnittpunkt der Geraden mit der Drehzahlleiter s liefert die Drehzahl ns, die mit der Übersetzung der Nach schaltstufe (Räder 5,6) für den Verstellbereich 1 multipli ziert die Abtriebsdrehzahl n2 ergibt. Bei konstantem Wert n2, verringert sich durch Einschwenken der Schrägscheibe der Betrag der Drehzahl nl, und damit wächst n bzw. n2. Im Null punkt steht das Rad 1'. Die jetzt senkrecht stehende Schräg scheibe der Verdrängermaschine a lässt keine Drehung der Ver drängermaschine b zu. Durch Verschwenken in Richtung der an deren Extremlage der Schrägscheibe wachsen n11, ns bzw. n2 weiter. In der Extremlage selbst ist der Kupplungspunkt er reicht. Alle Wellen der beiden Umlaufgetriebe I und II haben jetzt die gleiche Drehzahl. Da die Nachschaltstufe (Räder 12, 13) für den Verstellbereich 2 dieselbe Übersetzung wie die für den Verstellbereich 1 aufweist, kann sie nun bei syn chronen Drehzahlen lastfrei und ohne Zugkraftunterbrechung zugeschaltet und anschliessend die Nachschaltstufe für den Verstellbereich 2 ausgeschaltet werden. Für das jetzt in Aktion befindliche Umlaufgetriebe II trifft Fig. 6 zu. Die Schrägscheibe bewegt sich nun wieder zurück zur ursprünglichen Extremlage. Die waagerechte Gerade geht in die geneigte über. Die Drehzahl n211 erhöht sich über den Kupplungspunkt hinaus, damit wächst n2 weiter an. In der Extremlage selbst erfolgt der Wechsel zum Verstellbereich 3, und zwar wieder bei synchronen Drehzahlen, lastfrei und ohne Zugkraftunterbrechnung, da die Übersetzung der Nachschaltstufe (Räder 7,8) für den Bereich 3 entsprechend ausgelegt ist. Die Verstellung zum Verstellbereich 4 geschieht analog der vom Verstellbereich 1 zum Verstellbereich 2. Die Nachschaltstufe (Räder 14, 15) für den Verstellbereich 4 hat dieselbe Ubersetzung wie die Nachschaltstufe (Räder 7, 8) für den Verstellbereich 3. In den Drehzahlleiterdiagrammen lässt sich für eine beliebige Gerade mit der Stegdrehzahl Null die Standübersetzung io als Verhältnis der Drehzahlen von schnell- zu langsamlaufender Welle ablesen. Mit der Bezeichnung z für Zähnezahl und den Abständen a, b der Drehzahlleitern folgen dann unter Berücksichtigung des Strahlensatzes für Umlaufgetriebe I mit Drehzahlleiterdiagramm nach Fig. 5 als Minusgetriebe (Fig. 1, 2, 3) EMI14.1 als Plusgetriebe (Fig. 4) EMI14.2 und analog für Umlaufgetriebe II mit Drehzahlleiterdiagramm nach Fig. 6 als Minusgetriebe (Fig. 1, 2, 3) EMI15.1 als Plusgetriebe (Fig. 4) EMI15.2 Mit der betragsmässig grössten Übersetzung i12 des Gesamtstell bereiches #Çg folgt für die Übersetzung der Nachschaltstufen für die Verstellbereiche 1, 2 EMI15.3 und für die Verstellbereiche 3,4 EMI15.4 Für ein Beispiel mit einem Gesamtstellverhältnis #g = 7,4 g und nach Gl. (1) für ein Stellverhältnis tp= 1,65 der Verstellbereiche 1 bis 4 zeigt Fig. 7 für die Getriebe nach den Fig. 1 bis 4 das Verhältnis der Verdrängungsvolumen Va/Vb1 den auf die maximale Druckdifferenz bezogenen hydrostatischen Differenzdruck AP/ApmaX und das Verhältnis der hydrostatischen Leistung zur Antriebsleistung Ph/Pl, und zwar jeweils abhängig von dem absoluten Verhältnis Abtriebsdrehzahl zur Antriebsdrehzahl !n2/n1t. In Fig. 7 sind auch die Verstellbereiche 1 bis 4 eingetragen. Im Anfahrbereich herrschen konstante betragsmässig grösste Verhältniswerte. Betragsmässig beläuft sich die maximale hydrostatische Leistung auf 32,5 % der Antriebsleistung. Der vergleichbare Wert für das Getriebe nach der SAE-Schrift würde als Eckleistung 100 % betragen. Demnach wären für das Getriebe nach der SAE-Schrift EMI16.1 grössere Verdrängungsvolumen zu installieren.

Claims: Patentansprüche 1. Hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit ein gangsseitiger Leistungsverzweigung, zu dem zwei dreiwellige Umlaufgetriebe I und II gehören, von denen eine Differenz welle des Umlaufgetriebes I mit der Summenwelle des Umlauf getriebes II eine Einheit und die Antriebswelle bildet und von denen die zweite Differenzwelle des Umlaufgetriebes I mit einer Differenzwelle des Umlaufgetriebes II gekoppelt ist und über ein hydrostatisches Stellgetriebe mit der An triebswelle in Verbindung steht und von denen schliesslich die Summenwelle des Umlaufgetriebes I einerseits und die zweite Differenzwelle des Umlaufgetriebes II andererseits über Nachschaltstufen wechselweise auf die Abtriebswelle wirken können, so dass mehrere aneinanderreihende stufen lose Verstellbereiche den Gesamtverstellbereich der Über- setzung bilden, wobei die Nachschaltstufen in ihren Über- setzungen so abgestimmt sind, dass der Verstellbereichs wechsel bei synchronen Drehzahlen, lastfrei und ohne Zug kraftunterbrechung erfolgt dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise zum Anfahren eine Reibungs kupplung (K) zwischen Kraftmaschine und Antriebswelle vor gesehen wird und dass die Nachschaltstufen aus Stirnradstufen bestehen, die jeweils für zwei benachbarte Verstellbereiche, und zwar be ginnend mit dem Verstellbereich 1, der nach dem Anfahrbereich folgt, die gleiche Übersetzung aufweisen (Verstellbereiche 1,2: Stufe mit Rädern 5,6 und Stufe mit Rädern 12,13; Verstellbe reiche 3,4: Stufe mit Rädern 7,8 und Stufe mit Rädern 14,15) und schliesslich dass die Nachschaltstufen über Schaltkupplungen für die Ver stellbereiche mit ungerader Ziffer an die Summenwelle (s in Fig. 1,2,3; 2 in Fig. 4)des Umlaufgetriebes I (Bereich 1: Räder 5,6 über Kupplung 16; Bereich 3: Räder 7,8 über Kupplung 18) und für die Verstellbereiche mit geraden Ziffern an die Differenzwelle (2" in Fig. 1,2,3; 1" in Fig. 4) des Umlaufgetriebes II (Bereich 2: Räder 12,13 über Kupplung 17; Bereich 4: Räder 14,#5 über Kupplung 17) angeschlossen werden. 2. Hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangs seitiger Leistungsverzweigung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschaltstufe (Räder 9,10,11) für den Verstell bereich mit Rückwärtsfahrt mit Hilfe einer Schaltkupplung (16) an-die Summenwelle(s in Fig. 1,2,3; 2' in Fig. 4) es Umlaufgetriebes I angeschlossen wird.

Inventors: BERGER, GUNTER, DIPL.-ING., HAENSEL, DIETRICH, DR.-ING., JARCHOW, FRIEDRICH, PROF. DR.-ING., Berger, Günter, Dipl.-Ing.
Applicants: JARCHOW, FRIEDRICH, PROF. DR.-ING.
Application year: 1982
Main classification: F16H47
IPC codes: F16H3, F16H47