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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes
Getriebe, welches einen Variator umfasst, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Derartige
Getriebe umfassen beispielsweise stufenlos verstellbare Reibradvariatoren,
welche mindestens zwei Torusscheiben mit toroidförmigen Laufflächen aufweisen,
zwischen denen Rollkörper abrollen.
Reibradvariatoren weisen neben der stufenlosen Übersetzungsänderung eine hohe Drehmomentkapazität auf.
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Aus
der
DE 196 29 213
A1 ist ein Getriebe bekannt, welches in zwei Leistungsbereichen
betrieben werden kann. Die wesentlichen Bestandteile dieses bekannten
Reibradgetriebes sind ein stufenlos verstellbarer Reibradvariator
mit zwei paarweise zusammenwirkenden toroidförmigen Laufflächen, eine Vorgelegewelle
sowie ein Summierungsgetriebe. Hierbei ist im unteren Bereich (LOW)
eine Leistungsverzweigung vorgesehen. Die Antriebsleistung wird von
der Antriebswelle über
eine Übersetzungsstufe an
die Vorgelegewelle und anschließend
an das stufenlos verstellbare Getriebe (Reibradvariator) geleitet,
welches abtriebsseitig mit dem Summierungsgetriebe verbunden ist. Über einen
zweiten Leistungszweig wird die Antriebsleistung über die
Vorgelegewelle und eine Übersetzungsstufe
direkt in das Summierungsgetriebe geleitet, wo die Leistung beider Leistungszweige
aufsummiert und an die Abtriebswelle weitergeleitet wird.
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Im
zweiten Leistungsbereich (HIGH) dieses bekannten Getriebes wird
die Antriebsleistung über eine Übersetzungsstufe
auf die Vorgelegewelle und anschließend auf das stufenlos verstellbare
Getriebe geleitet. Ein weiterer Leistungsanteil ist in diesem Fall nicht
vorgesehen.
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Aus
der
DE 197 03 544
A1 der Anmelderin ist ein weiteres Getriebe bekannt, bei
dem eine Leistungsverzweigung vorgesehen ist und ein stufenlos verstellbares
Getriebe, insbesondere ein Getriebe mit paarweise zusammenwirkenden,
toroidförmigen Laufflächen (Reibradgetriebe)
eingesetzt wird. Auch dieses bekannte Getriebe weist eine Zwischen-
bzw. Vorgelegewelle auf, um die gewünschte Leistungsverzweigung
zu ermöglichen.
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Um
den Wirkungsgrad derartiger Getriebe zu verbessern, kann im Overdrive
ein Gang vorgesehen sein, bei dem keine Leistung über den
Variator fließt. Hierbei
kann es sich um einen Direktgang handeln; es ist aber auch möglich, mittels
Planetenstufen oder Stirnradstufen bzw. Riemen- bzw. Kettenradantrieben
eine weitere Übersetzung
zu erzielen, welche der Übersetzung
des Variators entspricht oder einen weiteren Gangsprung realisiert.
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Aus
der
EP 1 253 350 A2 ist
ein leistungsverzweigtes Zweibereichsgetriebe der eingangs genannten
Art bekannt, bei dem zur Erhöhung
des Gesamtwirkungsgrades im Overdrive ein Gang geschaltet wird,
bei dem keine Leistung über
den Variator fließt,
da der Variator in der Regel einen schlechteren Wirkungsgrad als
formschlüssige
Kraft- bzw. Momentenübertragungseinrichtungen.
Hierbei umfasst das Getriebe einen zweizügigen Toroidvariator, ein einen
Planetensatz enthaltendes Summierungsgetriebe und einen Planetensatz,
der als Umkehrgetriebe dient, die in dieser Reihenfolge in Kraftflussrichtung
hintereinander angeordnet sind.
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Zum
Schalten des Overdrive-Ganges kann ein zusätzliches Schaltelement vorgesehen
sein; bei Zweibereichsgetrieben kann der Overdrive-Gang durch Schließen bei
der Bereichsschaltelemente geschaltet werden.
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Hierbei
entsteht der Nachteil, dass in einem Mehrbereichsgetriebe, bei dem
der Overdrive-Gang durch Schließen
der Bereichsschaltelemente geschaltet wird, bei kleinsten Abweichungen
der Übersetzung
im Variator im Oberdrivebetrieb zu Verspannungen im Getriebe kommt,
da im durch beide Kupplungen geschlossenen Kreis Drehzahldifferenzen entstehen.
Diese Verspannungen können
zu Verlustleistungen, Überhitzung
und auch zu einer Zerstörung
des Getriebes führen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leistungsverzweigtes
Getriebe mit einem Overdrive-Gang anzugeben, welches die genannten
Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere sollen
keine Verspannungen im Oberdrivebetrieb auftreten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach
wird ein leistungsverzweigtes Mehrbereichsgetriebe mit einem Variator,
der als Toroid- bzw. Reibradvariator, als Band- oder Kettenvariator,
als Kegelringgetriebe oder als stufenloses Hydrostatgetriebe ausgebildet
sein kann, mit einem Planetensatz, der in Kraftflussrichtung vor
dem Variator geschaltet als Aufteilungsgetriebe und in Kraftflussrichtung
hinter dem Variator geschaltet als Summierungsgetriebe für die Leistungszweige
dient, umfassend Schaltelemente (Bereichsschaltelemente), die jeweils
einzeln geschaltet den unteren bzw. den oberen Fahrbereich schalten,
wobei die Leistung des Variators über ein Variatorabtriebsgetriebe
oder eine achsparallel zum Variator angeordnete Welle auf den Abtrieb
geleitet wird und wobei ein Direkt- bzw. Overdrive-Gang vorgesehen
ist, bei dem keine Leistung über
den Variator fließt,
bei dem im Direktgang- bzw. Overdrive-Betrieb der Variator vom Leistungsfluss entkoppelt
wird.
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Durch
die erfindungsgemäße Konzeption werden
auf einfache Weise Verspannungen im Getriebe während des Overdrive-Betriebs
vermieden.
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Gemäß der Erfindung
ist im Leistungsfluss des Variators, an- oder abtriebsseitig eine
Einrichtung vorgesehen, welche den Variator entkoppelt. Hierbei
kann diese Einrichtung ein Schaltelement sein, beispielsweise eine
Kupplung, eine Synchronisierung etc.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist als Entkopplungseinrichtung
ein Freilauf vorgesehen. Dieser wird an einer Stelle des Getriebes
angeordnet, die in allen Fahrbereichen sowie im Rückwärtsgang
die gleiche Drehrichtung aufweist, um so eine sichere Entkopplung
des Variators zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird der Freilauf an einer Stelle im Getriebe angeordnet,
die sich, auf die Kraftflussrichtung bezogen, vor den Einrichtungen
bzw. Bauteilen des Getriebes befindet, die eine Drehrichtungsumkehr
bewirken können.
Durch die Verwendung eines Freilaufs als Entkopplungseinrichtung werden
die Kosten sowie die Bauraumanforderungen in vorteilhafter Weise
reduziert.
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Der
Variator kann als Toroid- bzw. Reibradvariator (Single oder Double
Cavity, d.h. mit einem oder mit zwei Torusscheibenpaaren), als Band-
oder Kettenvariator oder auch als stufenloses Hydrostatgetriebe
ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es stellen
dar:
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1:
Eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines Getriebes gemäß der Erfindung;
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2:
Eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
eines Getriebes gemäß der Erfindung;
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3:
Eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
eines Getriebes gemäß der Erfindung;
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4:
Eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Getriebes;
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5:
Eine schematische Darstellung einer fünften bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Getriebes;
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6:
Eine schematische Darstellung einer sechsten bevorzugten Ausführungsform
eines Getriebes gemäß der Erfindung;
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7:
Eine schematische Darstellung einer siebten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Getriebes;
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8:
Eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Getriebes;
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9:
Eine schematische Darstellung einer neunten bevorzugten Ausführungsform
eines Getriebes gemäß der Erfindung;
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10:
Eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Getriebes;
und
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11:
Eine schematische Darstellung einer elften bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Getriebes.
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Das
in 1 gezeigte Getriebe in Geared Neutral Ausführung umfasst
einen zweizügigen
Reibradvariator 1, einen als Summierungsgetriebe dienenden
Planetensatz 3 und eine achsparallel zum Variator 1 angeordnete
Welle 6, über
die mittels eines zwischen den Variatorscheiben 4, 5 angeordneten Riemen-
bzw. Kettenradantriebs 7 und einer Stirnradstufe 8 der
Variator angetrieben bzw. die Leistung des Variators 1 auf
den Abtrieb des Getriebes geleitet wird. Das Getriebe ist als Zweibereichsgetriebe
mit Leistungsverzweigung im unteren Fahrbereich ausgebildet; der
untere Fahrbereich ergibt sich durch Schließen der Kupplung K1 und der
obere durch Schließen
der Kupplung K2 (der Planetensatz 3 läuft im Blockbetrieb um). Ferner
ist eine Kupplung KD vorgesehen, welche bei geschlossener Kupplung
K2 den Direktgang schaltet. Um die erwähnten Verspannungen zu vermeiden,
ist im Leistungsfluss des Variators 1 zwischen dem Riemenantrieb 7 und
dem Planetensatz 3 ein Freilauf F angeordnet.
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Das
in 2 dargestellte Getriebe umfasst einen einzügigen Reibradvariator 1,
einen als Summierungsgetriebe dienenden Planetensatz 3 und
ein Variatorabtriebsgetriebe 2, welches einen Planetensatz 9 umfasst
und weist eine Leistungsverzweigung im oberen Fahrbereich auf.
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Das
Getriebe ist als leistungsverzweigtes Zweibereichsgetriebe ausgebildet.
Hierbei ist das Sonnenrad 10 des Planetensatzes 9 des
Variatorabtriebsgetriebes 2 antriebsseitig mit dem Variatorabtrieb
und das Hohlrad 11 abtriebsseitig mit dem Sonnenrad 15 des
Planetensatzes 3 verbunden. Ferner ist der Steg 13 des
Planetensatzes 9 an das Gehäuse 14 gekoppelt.
Der Steg 18 des Planetensatzes 3 ist über eine
Bremse KR an das Gehäuse
ankoppelbar und antriebsseitig über
die Kupplung K2 mit der Antriebswelle 12 verbindbar, wobei
das Hohlrad 16 mit der Abtriebswelle 17 verbunden
ist. Desweiteren ist das Hohlrad 16 über eine Kupplung K1 und eine Kupplung
K2 mit der Antriebswelle 12 verbindbar; der Steg 18 ist
zudem über
die Kupplung K1 mit dem Hohlrad 16 verbindbar.
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Im
ersten Bereich (LOW) wird die Kupplung K1 geschlossen und die Leistung
fließt
nur über
den Variator 1, den Planetensatz 9 und den im
Blockbetrieb umlaufenden Planetensatz 3. Im zweiten Bereich
(HIGH) ist eine Leistungsverzweigung vorgesehen; hierbei wird die
Kupplung K2 geschlossen, so dass die Leistung einerseits von der
Antriebswelle 12 auf den Steg 18 des Planetensatzes 3 und
andererseits vom Variator 1 über den Planetensatz 9 auf
das Sonnenrad 15 des Planetensatzes 3 übertragen
wird. Die Gesamtleistung wird über
das Hohlrad 16 auf die Abtriebswelle 17 übertragen.
Zum Realisieren des Rückwärtsganges
wird das Schaltelement KR geschlossen.
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Um
den Direktgang bzw. Overdrive-Gang zu schalten, ist kein zusätzliches
Schaltelement erforderlich; der Overdrive-Gang wird durch Schließen der
Kupplungen K1 und K2 geschaltet, so dass der Planetensatz angetrieben
von der Antriebswelle 12 im Blockbetrieb umläuft. Wie
der Figur zu entnehmen ist, ist um Verspannungen im Getriebe im
Overdrivebetrieb zu vermeiden, in Kraft flussrichtung hinter dem
Variatorabtrieb und vor dem Variatorabtriebsgetriebe 2 ein
Freilauf F angeordnet.
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Eine
weitere Anordnungsmöglichkeit
des Freilaufs F bei dem in 2 gezeigten
Getriebe ist Gegenstand der 3. Hierbei
ist der Freilauf F an der Antriebsseite des Variators 1 angeordnet.
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4 zeigt
ein weiteres leistungsverzweigtes Zweibereichsgetriebe mit Leistungsverzweigung im
oberen Bereich, umfassend einen zweizügigen Reibradvariator 1,
eine Vorgelegewelle 6, über
die mittels eines zwischen den Variatorscheiben 4, 5 angeordneten
Riemen- bzw. Kettenradantriebs 7 und einer Stirnradstufe 8 die
Leistung des Variators 1 auf den Abtrieb des Getriebes
geleitet wird, einen Planetensatz 3 und eine Anfahrkupplung
AK. Der untere Fahrbereich wird durch Schließen der Kupplung K1 geschaltet
und der obere durch Schließen
der Kupplung K2; für
den Rückwärtsgang
wird die Bremse KR geschlossen. Zum Schalten des Overdrive-Ganges werden
die Kupplungen K1 und K2 geschlossen; gemäß der Erfindung ist als Entkopplungseinrichtung des
Variators 1 im Overdrivebetrieb ein Freilauf F vorgesehen, der auf
der Welle 6 nach dem Riemen- bzw. Kettenradantrieb 7 angeordnet
ist.
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Auch
bei dem in 5 gezeigten Getriebe, was ebenfalls
eine Vorgelegewelle 6, drei Schaltelemente K1, K2 und KR
und einen Planetensatz 3 umfasst, ist der Freilauf F auf
der Welle 6 nach dem Riemen- bzw. Kettenradantrieb 7 angeordnet.
Im Unterschied zu dem in 4 gezeigten Getriebe ist der Planetensatz 3 auf
der Welle 6 angeordnet; die Abtriebswelle 17 ist
koaxial zum Variator 1 angeordnet, so dass eine Stirnradstufe 8 vorgesehen
ist, um die Leistung vom Planetensatz 3 auf die Abtriebswelle 17 zu übertragen.
Der untere Fahrbereich wird durch Schließen der Kupplung K1 geschaltet
und der obere durch Schließen
der Kupplung K2; für
den Rückwärtsgang
wird die Brem se KR geschlossen. Zum Schalten des Overdrive-Ganges
werden die Kupplungen K1 und K2 geschlossen.
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Bei
dem in 6 gezeigten Getriebe erfolgt der Antrieb und der
Abtrieb über
eine achsparallel zum Variator 1 angeordnete Welle 6,
auf die die Leistung des Variators 1 mittels eines zwischen
den Variatorscheiben 4, 5 angeordneten Riemen-
bzw. Kettenradantriebs 7 geleitet wird. Der Variator 1 wird über eine
Stirnradstufe 8 angetrieben; ferner ist auf der Welle 6 ein
Planetensatz 3 als Summierungsgetriebe angeordnet. Der
untere Fahrbereich wird hierbei durch Schließen der Kupplung K1 geschaltet
und der obere durch Schließen
der Kupplung K2; für
den Rückwärtsgang
wird die Bremse KR geschlossen, welche das Hohlrad 16 des
Planetensatzes 3 mit dem Gehäuse verbindet. Zum Schalten
des Overdrive-Ganges werden die Kupplungen K1 und K2 geschlossen;
der erfindungsgemäß vorgesehene
Freilauf F ist auf der Welle 6 in Kraftflussrichtung nach dem
Riemenantrieb 7 angeordnet.
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Das
in 7 gezeigte Getriebe unterscheidet sich von dem
Getriebe gemäß 6 darin,
dass der Variator 1 über
einen Riemen- bzw. Kettenradantrieb 7', eine weitere Welle 6' und eine Stirnradstufe 8' angetrieben
wird. Auch hier ist der Freilauf F auf der Welle 6 in Kraftflussrichtung
nach dem Riemenantrieb 7 angeordnet.
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8 zeigt
ein weiteres leistungsverzweigtes Zweibereichsgetriebe mit Leistungsverzweigung im
oberen Fahrbereich, bei dem der als Summierungsgetriebe dienende
Planetensatz 3 auf einer achsparallel zum Variator 1 angeordneten
Welle 6 und der Freilauf F in Kraftflussrichtung hinter
dem Variatorabtrieb (mit Riemen- bzw. Kettenradantrieb 7) angeordnet
ist. Der Variator 1 wird über eine Stirnradstufe 8 angetrieben.
Zum Schalten des Overdrive-Ganges
werden die Kupplungen K1 und K2 geschlossen, die jeweils einzeln geschaltet
den unteren bzw. den oberen Fahrbereich schalten; der Rückwärtsgang
wird durch Schließen
der Bremse KR geschaltet.
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Gemäß 9 umfasst
das Getriebe eine achsparallel zum Variator 1 angeordnete
Welle 6. Mittels eines zwischen den Variatorscheiben 4, 5 angeordneten
Riemen- bzw. Kettenradantriebs 7 ist der Variator 1 mit
der Anfahrkuupplung AK verbunden. Der Variator 1 ist über eine
Stirnradstufe 8 abtriebsseitig mit dem auf der Welle 6 angeordneten
Planetensatz 3, der als Summierungsgetriebe dient, verbunden;
der Freilauf zur Entkopplung des Variators im Overdrivebetrieb ist
in Kraftflussrichtung hinter dem Variator angeordnet. Zum Schalten
des Overdrive-Ganges werden die Kupplungen K1 und K2 geschlossen,
die jeweils einzeln geschaltet den unteren bzw. den oberen Fahrbereich
schalten; der Rückwärtsgang
wird durch Schließen
der Bremse KR geschaltet. Ferner ist eine Anfahrkupplung AK vorgesehen.
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Bei
dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel,
bei dem eine achsparallel zum Variator 1 angeordnete Welle 6 zum
abtriebsseitigen Verbinden des Variators 1 mit einem als
Summierungsgetriebe dienenden und koaxial zum Variator 1 angeordneten Planetensatz 3 vorgesehen
ist, ist der Freilauf zur Entkopplung des Variators im Overdrivebetrieb
auf der Welle 6 angeordnet, vorzugsweise in Kraftflussrichtung
hinter dem Riemen- bzw. Kettenradantrieb 7, mittels dessen
die Variatorleistung auf die Welle 6 übertragen wird. Wie bei dem
Getriebe gemäß 9, werden
zum Schalten des Overdrive-Ganges die Kupplungen K1 und K2 geschlossen,
die jeweils einzeln geschaltet den unteren bzw. den oberen leistungsverzweigten
Fahrbereich schalten; der Rückwärtsgang
wird durch Schließen
der Bremse KR geschaltet. In 10 ist
aus Vollständigkeitsgründen ein
Wandler W dargestellt.
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Bei
dem in 11 gezeigten Getriebe erfolgt der
Antrieb und der Abtrieb über
eine achsparallel zum Variator 1 angeordnete Welle 6,
wobei der Variator mit der Welle 6 antriebsseitig über einen
Riemen- bzw. Kettenradantrieb 7 und abtriebsseitig über eine
Stirnradstufe 8 verbunden ist. Der Freilauf F zur Entkopplung
des Variators im Overdrivebetrieb ist zwischen dem Abtrieb des Riemenantriebs 7 und
der Stirnradstufe 8 angeordnet. Zum Schalten des Overdrive-Ganges
werden die Kupplungen K1 und K2 geschlossen, die jeweils einzeln
geschaltet den unteren bzw. den oberen Fahrbereich schalten, wobei
der Rückwärtsgang
durch Schließen
der Bremse KR geschaltet wird.
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Selbstverständlich fällt auch
jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche
Anordnung der Planetensätze
und der Schaltelemente sowie des Freilaufs an sich sowie zueinander
und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden
Ansprüche
ohne die Funktion des Getriebes, wie sie in den Ansprüchen angegeben
ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit
in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.
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- 1
- Variator
- 2
- Variatorabtriebsgetriebe
- 3
- Planetensatz
- 4
- Variatorscheibenpaar
- 5
- Variatorscheibenpaar
- 6,
6'
- Welle
- 7,
7'
- Riemen-
bzw. Kettenradantrieb
- 8,
8'
- Stirnradstufe
- 9
- Planetensatz
- 10
- Sonnenrad
- 11
- Hohlrad
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Steg
- 14
- Gehäuse
- 15
- Sonnenrad
- 16
- Hohlrad
- 17
- Abtriebswelle
- 18
- Steg
- K1
- Kupplung
- K2
- Kupplung
- KR
- Bremse
- KD
- Kupplung
- AK
- Anfahrkupplung
- W
- Wandler
- F
- Freilauf