CN105190124A - 具有次级联接的功率分流的变速器装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种具有次级联接的功率分流的变速器装置(1)。所施加的转矩中的一部分在第一功率分路(3)中至少经由静压设备(4)并且其他部分的转矩在第二功率分路(5)中经由机械式的设备(6)能够在变速器输入端(7)与变速器输出端(8)之间引导。第一功率分路(3)的静压设备(4)包括至少一个泵(12)和至少一个经由液压回路与该泵作用连接的马达(13)，它们两个都是能调节的。两个功率分路(3、5)能够经由汇总变速器(9)汇总。根据本发明，泵(12)小于马达(13)地确定规格。

Description

具有次级联接的功率分流的变速器装置
技术领域
本发明涉及根据在权利要求1的前序部分中详细限定的类型的具有次级联接的功率分流的变速器装置。
背景技术
功率分流式变速器通常构造有静压式的分路和机械式的分路，它们经由汇总变速器汇总。这种功率分流式变速器例如由DE102007047194A1和DE102008001613A1所公知，也被称为CTV变速器装置(Continuously-Variable-Transmission，无级变速装置)，并且表现为具有两个或多个行驶范围的变速器，其尤其用在机床或车辆中。构造有这样的变速器的车辆能沿前进行驶方向以及倒退行驶方向运行。在行驶范围之内能够分别无级地调整功率分流式变速器的传动比。为此，静压式的分路大多具有第一静压单元和第二静压单元，它们的冲程容积是能调节的。
这些具有次级联接的功率分流的功率分流式变速器或者说变速器装置的不利的特征不仅在于具有高的制造成本还在于具有高的结构空间需求。在车辆传动系中的该CVT变速器与驱动功率较小的发动机的组合虽然在运行中有很多优点但是从经济上的角度来看仅有条件地获得赞同。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种节省结构空间且低成本的具有次级联接的功率分流的变速器装置，利用该变速器装置尤其是在具有较弱功率的发动机的车辆传动系中能够提供所期望的功能性。
根据本发明，该任务利用具有权利要求1的特征的变速器装置来解决。
在根据本发明的具有次级联接的功率分流的变速器装置中，所施加的转矩中的一部分在第一功率分路中至少经由静压设备并且转矩中的其他部分在第二功率分路中经由机械式的设备能够在变速器输入端与变速器输出端之间引导。第一功率分路的静压设备包括至少一个泵和至少一个经由液压回路与该泵作用连接的马达，它们两个都是能调节的，其中，两个功率分路能经由汇总变速器汇总。
根据本发明，泵小于马达地确定规格，因此，根据本发明的变速器装置的变速范围(Spreizung)或牵引力-速度比相比于已公知的其静压设备构造有大小相同的液压单元的变速器装置是能增加的。因此，根据本发明的变速器装置相比于已公知的具有次级联接的功率分流的变速器装置能实施得更节省结构空间和具有更低成本，而不会使得在变速器输出端的范围中提供的转矩或者在实施有变速器装置的车辆传动系的从动部的范围中提供的牵引力以不期望的程度受限制，并且能够以所需求的程度表现出节省结构空间和低成本的类型和方式。当相比于现有技术已公知的变速器装置在以较小的工作能力实施的车辆传动系的发动机的情况下在泵的范围内需支持较小的转矩时，与马达共同作用的泵能实施得相对更小。
此外，静压设备的大小有区别地确定规格的静压单元以简单的类型和方式提供了如下可能性，即，根据本发明的变速器装置实施为结构构造简单且节省结构空间的单范围变速器，在其中，传动比能够通过对静压设备的泵和马达的相应的调节来无级地改变，这是因为在以根据本发明的变速器装置实施的车辆的整个运行范围上，在从动部的范围中能利用相比于马达更小地确定规格的且因此节省结构空间并低成本的泵以期望的程度分别提供牵引力供给。
如果以根据本发明的变速器装置实施的车辆传动系构造有具有大约100kW的功率的发动机，优选柴油内燃机，那么，这样的包括具有大约120cm3/转的输送量的泵和具有大约360cm3/转的排量的马达的车辆能按需求地以唯一的传动比范围来运行。
根据本发明的变速器装置的另外的节省结构空间且低成本的实施方式中，在变速器输入端与汇总变速器之间设置有至少两个行驶方向切换元件，借助它们能够在用于前进行驶的模式与用于倒退行驶的模式之间进行转换。由于行驶方向切换元件关于汇总变速器在变速器输入侧的布置方案，所以这些行驶方向切换元件以低成本的类型和方式能以小的结构空间需求来实施，这是因为在变速器装置的功率流的该范围中，相比于行驶方向切换元件关于汇总变速器在变速器输出侧的布置方案，由行驶方向切换元件来传递的转矩要更小。此外，行驶方向切换元件的在变速器输入侧的布置方案提供如下可能性，即，行驶方向切换元件布置在根据本发明的变速器装置的变速器油槽的液位上方，由此，以简单的类型和方式减少了在行驶方向切换元件的范围内的由于飞溅损失或类似原因引起的功率损耗。
根据本发明的变速器装置的匹配于车辆中现有的结构空间的实施方式的特征在于，在变速器输出端与汇总变速器之间设置有至少两个行驶方向切换元件，借助它们能在用于前进行驶的模式与用于倒退行驶的模式之间进行转换。
根据本发明的变速器装置的同样节省结构空间且低成本的实施方式构造有具有至少三个轴的构造为行星传动装置的汇总变速器，其中，行星传动装置的第一轴与变速器输入端作用连接，行星传动装置的第二轴与泵作用连接，并且行星传动装置的第三轴与马达和变速器输出端作用连接。
根据本发明的变速器装置的优选实施方式中，行星传动装置的第一轴构成行星架，行星传动装置的第二轴构成太阳轮，并且行星传动装置的第三轴构成齿圈，行星传动装置优选构造为正行星齿轮组。
然而依赖于各个在本发明中的使用情况也提供如下可能性，即，行星传动装置的分别实施为行星架、太阳轮或齿圈的轴与变速器输入端、泵或马达和变速器输出端联接。
为了能够在尽可能大的传动比范围内无级地改变根据本发明的变速器装置的传动比，静压设备的马达的排量和泵的输送量在变速器装置的有利的实施方式中能在0％至100％的范围内改变。到来的转矩在马达的最大排量和泵的最小输送量的情况下能够完全经由具有静压设备的第一功率分路引导，并且在马达的最小排量和泵的最大输送量的情况下能够完全经由具有机械式的设备的第二功率分路引导。
在根据本发明的变速器装置的在径向的方向上具有较小的结构需求的实施方式中，变速器输入端和静压设备布置在汇总变速器的同一侧上。
如果静压设备布置在汇总变速器的一侧上，而变速器输入端布置在汇总变速器的另一侧上，那么根据本发明的变速器装置特征在于具有较小的轴向结构空间需求，例如当在静压设备那侧上沿轴向的方向还设置有朝动力输出装置的方向的功率提取部时。
在根据本发明的变速器装置的结构构造简单且节省结构空间的实施方式中，变速器输出端至少设置在与马达输出轴能够作用连接的和/或作用连接的轴的范围中，其中，变速器输出端定位在马达的输出轴的范围中本身是特别节省结构空间的，这是因为于是不需要以相对于马达输出轴轴线错开的方式设置的另外的变速器输出轴。
如果变速器输出端不仅设置在与马达输出轴能作用连接的范围中而且设置在与输出轴作用连接的轴的范围中，那么以简单的类型和方式有错开的从动部供使用，其例如在挖掘装载机的情况下是优选的。在此可以设置的是，经由可选的前桥离合器按需要将从动部接通至前桥，并且设置有经由相对于马达输出轴轴线错开地布置的另外的从动轴的朝后桥方向的从动部，该另外的从动轴经由齿轮副与马达输出轴作用连接。
如果在变速器输入端的范围中，在变速器输入端侧施加的转矩中的至少一部分能够朝着至少一个能与动力输出装置联接的另外的轴的方向分路，那么除了车辆的行驶驱动外也能够为另外的机器装置按需要提供转矩，其中，静压设备和能与动力输出装置联接的轴布置在汇总变速器的同一侧上并且同时变速器输入端布置在汇总变速器的相对置的侧上，表现出了根据本发明的变速器装置的轴向的方向上节省结构空间的实施方式。
在根据本发明的变速器装置的另外的有利的实施方式中，泵和马达在变速器装置在车辆中的装入位置中分别以匹配于现有的结构空间的方式相对彼此定位，以便利用车辆中现有的结构空间，因此，能以简单的类型和方式在没有高花费的结构设计上的措施的情况下在现有的车辆设计方案中实现根据本发明的变速器装置。
在此可以设置的是，泵和马达在变速器装置在车辆中的装入位置中节省结构空间地在车辆高度方向上上下叠置地布置，或者在车辆纵向方向或车辆横向方向上基本并排地布置。
如果泵和马达构造成能经由双轭架共同枢转，那么根据本发明的变速器装置能以较小的控制花费和调节花费来运行。
在另外的有利的实施方式中，行驶方向切换元件构造为摩擦锁合式(reibschlüssig)的动力切换元件，以便基本上无牵引力中断地表现行驶方向变换，并且以便能够以期望的程度转化所谓的逆转过程。
附图说明
本发明另外的优点和有利的改进方案从专利权利要求书和参照附图进行原理性描述的实施例中得到。其中：
图1示出根据本发明的具有次级联接的功率分流的变速器装置的第一实施方式的变速器示意图；
图2示出根据本发明的变速器装置的第二实施方式的相应于图1的图示；
图3示出根据本发明的变速器装置的第三实施方式的相应于图1的图示；
图4示出根据本发明的变速器装置的第四实施方式的相应于图1的图示。
具体实施方式
在图1中示出了具有次级联接的功率分流的变速器装置1的齿轮草图。由在本发明中实施为内燃机的，优选实施为柴油内燃机的发动机2施加的转矩中的一部分在第一功率分路3中经由静压设备4并且转矩的其他部分在第二功率分路5中经由机械式的设备6能够在变速器输入端或者说变速器输入轴7与变速器输出端或者说变速器输出轴8之间引导。两个功率分路3和5经由实施为行星传动装置的汇总变速器作用连接。
在发动机2的输出轴10与变速器输入轴7之间布置有所谓的减振器11，借助该减振器减轻了在发动机2的范围内的转动不平衡性，并且其中仅很小一部分导入到车辆或工程车辆的驱动系的变速器装置1中和其余部分中。
变速器装置1实施有用于前进和倒退行驶的行驶范围，前进和倒退行驶能经由行驶方向切换元件KR和KV接通和切断。第一功率分路3的静压设备4包括泵12和经由在附图中没有详细示出的液压回路与该泵作用连接的马达13，它们经由共同的轭架来调节，并且实施为斜轴式单元。
然而依赖于各个在本发明中的使用情况也存在有如下可能性，即，泵和马达能彼此不相关地进行调整并且具有其他同样的适当的结构形式。
附加地，变速器装置1构造为具有多个沿径向的方向彼此间隔开的副轴15至17的副轴式变速器，由此，变速器装置1在轴向的方向上具有较小的结构空间需求，而在径向的方向上或者说在车辆高度方向上具有较高的结构空间需求，其中，该结构空间需求是能跨接的以用于跨接在例如实施为装卸机、轮式装载机或类似机械的车辆的发动机2的输出轴10或者说变速器输入轴7与驱动车桥之间的车桥间距。
在变速器输入端7与行星传动装置9之间设置有两个构造为摩擦锁合式的动力切换元件的行驶方向切换元件KR和KV，借助它们可以在用于前进行驶的模式与用于倒退行驶的模式之间进行转换。在配属给用于前进行驶的行驶方向切换元件KR的副轴15上布置有变速器泵18，其同副轴15一样能经由齿轮副19被变速器输入轴7驱动。
在此，由与变速器输入轴7抗相对转动地连接的且实施为圆柱齿轮的第一齿轮20和第二齿轮21构成的齿轮副19的传动比是如下方式的，即，使得变速器输入轴7的转速朝副轴15的方向转变到更快。由此，变速器泵18在本发明中以大约高于发动机2的20％的转速运转，并且在变速器装置1的该设计方案中，相比于直接布置在变速器输入轴7上的变速器泵，能更小地确定规格。
除了变速器泵18外，在副轴15的范围中能够实现另外的功率提取部，其设置用于操纵优选实施为挖掘装载机或类似机械的工程车辆的或装卸机的做功装备。在此，布置在开放式的液压回路中的液压缸(借助该液压缸例如能操纵装卸机的或类似机械的装载铲和升降设备)经由该副轴以及能经由该副轴驱动的另外的泵设备来提供相应的做功压力。动力输出装置在图1中所示的实施例中，能在副轴15的范围中在变速器装置1的远离发动机2的侧上联接到变速器装置1上，经由该动力输出装置还能按需求为其他任意的消耗器加载以转矩。
经由变速器泵18，除了将静压设备4的泵12和马达13彼此连接的构造为闭合回路的液压回路外，还能给润滑和冷却回路加载液压流体。附加地，行驶方向切换元件KR和KV也能经由变速器泵18加载以液压的做功压力，并且能从基本上断开的运行状态转移到基本上完全闭合的运行状态中。
构造为简单的行星齿轮组的行星传动装置包括三个轴22至24，其中，第一轴22实施为太阳轴，第二轴23实施为行星架并且第三轴24实施为齿圈。变速器输入轴7经由行驶方向切换元件KR和KV能够与行星传动装置9的行星架23作用连接，而静压设备4的泵12与行星传动装置9的太阳轮22连接。能转动地支承在行星架23上的行星轮25与太阳轮22和齿圈24咬合，由此，由变速器输入轴7经由行驶方向切换元件KV或KR朝着行星架23的方向引导的转矩能够经由太阳轮22朝着泵12的方向引导，并且经由行星轮25和齿圈24经由另外的齿轮副26朝着另外的副轴16的方向引导。
如果马达13停止不动，而泵12以最大转速转动，那么马达13的排量最大，而泵12的输送量等于零。于是发动机2的驱动功率以完全静压的方式传递经过变速器装置1，其中，这相应于变速器装置1的行驶范围的第一极限。当泵12停止不动，而马达13的转速最大，于是出现了变速器装置1的行驶范围的第二极限，其中，马达13的排量等于零，而泵12的输送量具有其最大的值。在静压设备4的该运行状态下，发动机2的驱动功率经由变速器装置1完全机械式地在变速器输入轴7与变速器输出轴8之间进行传递。
依赖于马达13的经调整的排量和泵12的同样能调整的输送量，由发动机2施加的转矩中的至少一部分经由行星传动装置9的齿圈24能够经由具有机械式的设备6的第二功率分路5并且另一部分能够经由第一功率分路4朝着变速器输出端8的方向转送。
第二副轴16在本发明中是马达13的马达输出轴，其除了第二齿轮副26的齿轮27外还包括另外的固定齿轮28，该另外的固定齿轮又与变速器输出轴8的另外的固定齿轮29咬合。附加地，作为固定齿轮抗相对转动地与变速器输入轴7连接的齿轮20与第三副轴17的固定齿轮29A咬合，在第三副轴的范围中又能够实现朝着另外的动力输出装置的方向的功率提取部，以便能够驱动优选实施为叉式装卸机、工程车辆或类似机械的车辆的另外的机器装置。
与齿圈24作用连接的马达13在本发明中比与太阳轮联接的泵12要大地实施，其中，当发动机2的最大功率大约是100kW时，马达13具有大约360cm3/转的排量，并且泵12例如具有120cm3/转的输送量。由于马达13和泵12的不同大小的设计方案，使得变速范围或牵引力-速度比相比于静压设备的大小相同地实施的液压单元是能增加的。由于发动机2的最大功率相对来说较小，使得在泵12的范围中仅需支持较小的转矩，因此泵12能以较小的工作能力来实施。然而为了在变速器输出轴8的范围中能够尽可能大地表现出牵引力，本发明中使用相应的大容量的液压马达。
当变速器装置1像所示那样仅具有一个传动比范围，并且泵12和马达13仅在两个所谓的象限中运行时，能简单地实现马达13和泵12的不同的设计方案。不同之处是，功率分流式无级变速器的静压单元由于交替的工作方式而以多个传动比范围在四个象限中运行，因此这些静压单元强制性地大小相同地实施。
如果根据图1的变速器装置例如用在仅具有一个受驱动的车辆车桥的叉式装卸机中，那么就不需要根据图1的变速器装置1的变速器输出轴8，并且从动部可以以节省结构空间的类型和方式在第二副轴16的范围中与变速器装置1连接。
图2示出了相应于图1的变速器装置1的第二实施例的图示，其仅在部分范围中与根据图1的第一实施例有区别。基于该原因，为简明起见，在下面的描述中仅说明两个实施例的不同之处，并且在根据图2的变速器装置1的另外的功能方面参考上面对图1的描述。
在根据图2的变速器装置1的第二实施方式中，静压单元4设置在行星传动装置9的一侧上，而变速器输入轴7在行星传动装置9的与之相对置的侧上延伸。这意味着，静压设备4和朝着第一副轴15的动力输出装置的方向的转矩提取部设置在行星传动装置9的相同的侧上并且对置于变速器输入轴7地设置，由此，根据图2的变速器装置1的特征在于在轴向的方向上具有较小的结构空间需求。
此外，根据图2的变速器装置1实施有在径向的方向上错开的从动部，这是因为其中一部分变速器输出力矩能经由相对副轴16沿轴线错开地设置的变速器输出轴8并且另一部分经由同轴于副轴16或者说马达输出轴地布置的另外的变速器输出轴30能够从变速器装置1中引导出来。另外的变速器输出轴30在本发明中能经由实施为摩擦锁合式的离合器的切换元件31与第二副轴16作用连接，由此，变速器装置1的变速器输出力矩的能引导到另外的变速器输出轴30上的那部分能够附加地依赖于切换元件31的传递能力进行改变。
在此，例如存在有如下可能性，即，转矩经由变速器输出轴8朝着挖掘装载机的车辆后桥的方向引导，而经由能接通的另外的变速器输出轴30能够给挖掘装载机的车辆前桥提供驱动力矩。
图3示出了变速器装置1的第三实施方式的齿轮草图，其基本上相应于根据图2的变速器装置1的第二实施方式。根据图3的变速器装置1不具有根据图2的变速器装置1的切换元件31和另外的变速器输出轴30地实施。根据图3的变速器装置1仅在变速器输出轴8的范围中在变速器装置1的远离发动机2的那侧上能够与从动部联接，如在常见的装卸机驱动器中是优选的。
在变速器装置1的在图4中示出的第四实施例中，像在根据图2和图3的变速器装置1的第二和第三实施方式中那样，静压设备4布置在行星传动装置9的一侧上，而变速器输入轴7以朝发动机2的方向延伸的方式布置在行星传动装置9的另一侧上。在变速器输出端或者说变速器输出轴8的范围中，根据图4的变速器装置1基本上相应于根据图1的变速器装置1的第一实施方案。
所有在附图中示出的变速器装置1的实施方式具存在有如下可能性，即，静压设备4在变速器装置1的装入位置中竖直地，也就是说，在车辆高度方向上看上下叠置地布置或水平地，也就是说，在车辆横向或车辆纵向方向上看并排地布置，其中，泵12在竖直的布置方案中需定位在马达13之上。特别是在根据图2至图4的静压设备4的布置中，能够实现发动机2和变速器装置1的直接安装。
附图标记列表
1变速器装置
2发动机
3第一功率分路
4静压设备
5第二功率分路
6机械式的设备
7变速器输入轴，变速器输入端
8变速器输出轴，变速器输出端
9汇总变速器，行星传动装置
10驱动设备的输出轴
11减振器
12泵
13马达
14轭架
15至17副轴
18变速器泵
19齿轮副
20齿轮
21齿轮
22太阳轮
23行星架
24齿圈
25行星轮
26齿轮副
27齿轮
28固定齿轮
29固定齿轮
29A固定齿轮
30另外的变速器输出轴
31切换元件

Claims (14)

1.一种具有次级联接的功率分流的变速器装置(1)，其中，施加的转矩中的一部分在第一功率分路(3)中至少经由静压设备(4)并且所述转矩中的其他部分在第二功率分路(5)中经由机械式的设备(6)能够在变速器输入端(7)与变速器输出端(8)之间引导，其中，所述第一功率分路(3)的静压设备(4)包括至少一个泵(12)和至少一个经由液压回路与所述泵作用连接的马达(13)，它们两个都是能调节的，并且其中，两个功率分路(3、5)能经由汇总变速器(9)汇总，其特征在于，所述泵(12)小于所述马达(13)地确定规格。
2.根据权利要求1所述的变速器装置，其特征在于，在所述变速器输入端(7)与所述汇总变速器(9)之间设置有至少两个行驶方向切换元件(KR、KV)，借助所述行驶方向切换元件能够在用于前进行驶的模式与用于倒退行驶的模式之间进行转换。
3.根据权利要求1所述的变速器装置，其特征在于，在变速器输出端与所述汇总变速器之间设置有至少两个行驶方向切换元件，借助所述行驶方向切换元件能够在用于前进行驶的模式与用于倒退行驶的模式之间进行转换。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述汇总变速器(9)构造为具有至少三个轴(22、23、24)的行星传动装置，其中，所述行星传动装置(9)的第一轴(23)与所述变速器输入端(7)作用连接，所述行星传动装置(9)的第二轴(22)与所述泵(12)作用连接，并且所述行星传动装置(9)的第三轴(24)与所述马达(13)和所述变速器输出端(8)作用连接。
5.根据权利要求4所述的变速器装置，其特征在于，所述行星传动装置(9)的第一轴(23)为行星架，所述行星传动装置(9)的第二轴(22)为太阳轮，并且所述行星传动装置(9)的第三轴(24)为齿圈。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述马达(13)的排量和所述泵(12)的输送量能够在0％至100％的范围内改变，其中，到来的转矩在所述马达(13)的最大排量和所述泵(12)的最小输送量的情况下能够完全经由具有所述静压装置(4)的所述第一功率分路(3)引导，而在所述马达(13)的最小排量和所述泵(12)的最大输送量的情况下能够完全经由具有所述机械式的设备(6)的所述第二功率分路(5)引导。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述静压设备(4)和所述变速器输入端(7)布置在所述汇总变速器(9)的同一侧上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述静压设备(4)布置在所述汇总变速器(9)的一侧上，而所述变速器输入端(7)布置在所述汇总变速器(9)的另一侧上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述变速器输出端(8)至少设置在与所述马达(13)的输出轴(16)能够作用连接的和/或作用连接的轴(30)的范围中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的变速器装置，其特征在于，在所述变速器输入端(7)的范围中，在变速器输入端侧施加的转矩中的至少一部分能够朝着至少一个能与动力输出装置联接的另外的轴(15、17)的方向分路。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述泵(12)和所述马达(13)在所述变速器装置(1)在车辆中的装入位置中以匹配于现有的结构空间的方式相对彼此定位。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述泵(12)和所述马达(13)在所述变速器装置(1)在车辆中的装入位置中在车辆高度方向上上下叠置地布置，或者在车辆纵向方向或车辆横向方向上基本上并排地布置。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述泵(12)和所述马达(13)构造成能经由轭架(14)共同枢转。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的变速器装置，其特征在于，所述行驶方向切换元件(KV、KR)构造为摩擦锁合式的动力切换元件。
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