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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/863,499,
die am 30. Oktober 2006 eingereicht wurde.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Es
gibt eine Anzahl von Arbeitsfahrzeugen, bei denen erwünscht ist,
dass sie stufenlose Getriebe mit hoher Effizienz zur Höchstleistungsabgabe
an die Räder
und für
hohe Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufweisen. Dazu gehören Zugmaschinen,
Lader, Nutzfahrzeuge und Lastkraftwagen. Für diese Fahrzeuge ist es außerdem erforderlich,
kostengünstig
zu sein und eine gute Steuerbarkeit über den gesamten Geschwindigkeitsbereich
hinweg aufzuweisen.
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Die
vorliegende Offenbarung kennzeichnet ein hydromechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe,
das eine Bandbreite dieser Fahrzeugerfordernisse in einem kompakten
und flexiblen Paket unterbringt.
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Nachfolgend
werden zwei Getriebe offenbart, deren Anzahl der Betriebsarten variiert
und die entweder zwei Vorwärtsbetriebsarten
oder drei Vorwärtsbetriebsarten
beinhalten, wobei beide Versionen eine Rückwärtsbetriebsart aufweisen. Die
offenbarten Getriebe sehen ein stufenloses Verhältnis von voller Rückwärts- bis
voller Vorwärtsgeschwindigkeit vor
und schließen
das Erfordernis jeglicher Kupplung zwischen dem Motor und dem Getriebe
aus. Das Getriebe mit drei Betriebsarten ist eine Weiterentwicklung
des Getriebes mit zwei Betriebsarten und kann als solches dazu ausgelegt
sein, mit demselben Gehäuse
und denselben hydrostatischen Einheiten gestaltet zu sein. Das Getriebe
mit zwei Betriebsarten weist eine Alternativgestaltung auf, die
ermöglicht, dass
die Rückwärtsgeschwindigkeit
einen flexiblen Höchstwert
aufweist.
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Bei
den vorliegenden Getrieben sind alle Betriebsarten hydromechanisch
und weisen einen geteilten Leistungsfluss in einer Eingangssummierergestaltung
auf. Die Geschwindigkeit für
die Betriebsart 1 sowohl der Vorwärts- als auch der Rückwärtsbetriebsart
beginnt bei Nullgeschwindigkeit und nimmt stufenlos in der Geschwindigkeit
zu, bis die Grenze der hydrostatischen Einheiten erreicht ist. Dies
ermöglicht
stufenloses Pendeln von Vorwärts
bis Rückwärts, während stufenlose
Geschwindigkeits- und Drehmomentsteuerung erhalten ist. Da die Betriebsart
1 der Vorwärts-
und Rückwärtsbetriebsart
separate leistungsverzweigte Betriebsarten sind, muss das maximale
Drehmoment in der Rückwärtsbetriebsart nicht
dasselbe maximale Drehmoment der Vorwärtsbetriebsart sein.
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Die
Getriebeentwürfe
weisen eine niedrige Anzahl von Zahnrädern und die Mindestanzahl
von Kupplungen auf, von denen eine wahlweise eine Bremse ist. Der
Kupplungs- und Verzahnungsentwurf nutzt zwei oder drei Planetengetriebe,
abhängig
von der Anzahl von Betriebsarten. Die Planetengetriebe arbeiten
in Verbindung miteinander, um ein stufenloses Verhältnis zu
ermöglichen,
wobei die hydrostatischen Einheiten nicht über die Neutralstellung (in
die Rückwärtsbetriebsart)
hinausgehen, und ohne Blindleistung. Eines dieser Planetengetriebe
ist stets leistungsverzweigend und stufenlos an die zwei hydrostatischen
Einheiten und den Eingang angeschlossen. Der zweite kann überbrückt sein
und als Zahnraduntersetzungs- und -umkehrvorrichtung oder leistungsverzweigend
in Kombination mit dem ersten Planeten benutzt werden. Der dritte
Planet, falls in Gebrauch, ist in Kombination mit dem ersten Planeten
leistungsverzweigend.
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Hydromechanische
Leistungsverzweigungsgetriebe sind durch einen hydrostatischen Getriebeleistungsweg
parallel zu einem mechanischen Leistungsübertragungsweg gekennzeichnet,
die zum Mindern des Durchschnittsleistungsflusses durch den hydrostatischen
Teil und dadurch zum Erhöhen der
Betriebseffizienz angeordnet sind. Typischerweise weist der mechanische
Leistungsweg einen Planetenradsatz auf, der zum Summieren der Leistungsflüsse an entweder
dem Eingangsende oder dem Ausgangsende des Getriebes wirkt.
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Die
Existenz von parallelen Leistungswegen schafft die Möglichkeit,
den Ausgangsgeschwindigkeitsbereich oder das Drehmomentverhältnis zu
vermindern, um übertragene
hydrostatische Leistung weiter zu vermindern; dies erfordert dann
mehrfache Bereiche oder „Betriebsarten" zum Erzielen des
vollen Drehmoment- und Geschwindigkeitsbereichs des Getriebes. Mehrfache
Betriebsarten wirken sich in der Verbesserung der Effizienz und
bisweilen in der Kostenreduzierung aus. Neben Effizienz und Kosten wirkt
sich die Größenordnung
des Ausgangsgeschwindigkeitsbereichs/Drehmomentverhältnisses
in jeder Betriebsart auf Eingangsleistungskapazität im Verhältnis zur
Größe des hydrostatischen
Teiles aus. Kleinere Verhältnisse
ermöglichen
größere Eingangsleistung
für die
hydrostatischen Einheiten derselben Größe. Es ist offensichtlich,
dass mehr Betriebsarten entweder kleinere Betriebsartverhältnisse oder
größere Getriebeverhältnisse
oder beides ermöglichen.
Diese Beziehungen schaffen velseitige Designgestaltungsmöglichkeiten,
die eine Anzahl von Bedürfnissen
des Markts nach Eingangsleistung, Verhältnisbereich und Effizienz
aufnimmt.
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Hydromechanische
Leistungsverzweigungsgetriebe (HMT) mit mehreren Betriebsarten werden gewöhnlich durch
Wiederverwenden der hydrostatischen Komponenten und Kuppeln in eine
andere mechanische Komponente erzielt. Die mechanische Komponente
ist ein Planetensatz, wenn die Betriebsart hydromechanisch ist.
Gewöhnlich
sind die Betriebsarten derart angeordnet, dass es keinen Wechsel
des Übersetzungsverhältnisses
während
des Betriebsartwechsels gibt, um eine stufenlose Geschwindigkeits-
oder Drehmomentabgabe zu erzielen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein HMT mit mehrfachen
Betriebsarten bereitzustellen, das die Ausgangsleistung des HMT und
den Gesamtbetrieb des hydromechanischen Getriebes verbessert.
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Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der Beschreibung
und den Ansprüchen
hervor.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Ein
hydromechanisches Leistungsverzweigungsetriebe mit einem ersten
Planetensatz mit einer ersten hydrostatischen Einheit, die an ein
erstes Element angeschlossen ist, und einer zweiten hydrostatischen
Einheit, die an ein zweites Element angeschlossen ist, und einem
Eingang, der an ein drittes Element angeschlossen ist. Das Getriebe
weist zusätzlich
einen zweiten Planetensatz mit einem ersten, zweiten und dritten
Element auf, wobei eine primäre
Kupplung zwischen dem ersten und dritten Element des zweiten Planetensatzes
angeschlossen ist. Zusätzlich
besteht mindestens eine sekundäre
Kupplung, die an den zweiten Planetensatz angeschlossen ist, und
es sind, wenn die primäre
und sekundäre Kupplung
wahlweise in Eingriff gebracht sind, mindestens zwei Betriebsarten
mit stufenlosen Übersetzungen
vorgesehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes;
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2 ist
ein Geschwindigkeitsdiagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes;
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3 ist
ein schematisches Diagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes;
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4 ist
ein Blockdiagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes;
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5 ist
ein Geschwindigkeitsdiagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes;
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6 ist
ein schematisches Diagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes;
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7 ist
ein Blockdiagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes;
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8 ist
ein Geschwindigkeitsdiagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes;
und
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9 ist
ein schematisches Diagramm eines hydromechanischen Leistungsverzweigungstetriebes.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines HMT mit zwei Vorwärtsbetriebsarten. Die Summierer Σ1 und Σ2 sind Planetengetriebe 3 bzw. 4 und
weisen jeweils drei Elemente (große Ziffern 1, 2, 3) auf. Es
liegen zwei hydrostatische Verstelleinheiten 5 und 6 vor.
Drei Kupplungen 7, 8 und 9 steuern die
Anschlüsse
des Planetengetriebes 4 zum Ausgang 2, zum Planetengetriebe 3 oder
zum Festbremsen. Eine Steuerung reguliert die Verstellung der Einheiten 5 und 6 und
betreibt die Kupplungen, um das gewünschte Getriebeübersetzungsverhältnis und
die gewünschte
Motorleistungsabgabe zu erzielen.
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Der
Eingang 1 ist an das Summiererelement 12 des Planetengetriebes 3 angeschlossen,
und der Ausgang 2 ist an das Element 21 des Planeten 4 angeschlossen.
Die Einheit 5 ist an das Summiererelement 14 angeschlossen,
und die Einheit 6 ist an die Elemente 25 und 19 angeschlossen.
In der Betriebsart 1 schließt
die Kupplung 8 den Ausgang 2 an das Summiererelement 26 an,
das den Planeten 4 sperrt. In der Betriebsart 2 schließt die Kupplung 7 das
Summiererelement 26 an den Eingang 1 an, wodurch
ein Planet 3/4 mit vier Elementen geschaffen ist.
Da die Kupplung 8 den Planet 4 blockiert, kann
sie zwischen jeglichen zweien der Elemente des Planeten 4 angeschlossen
sein. Für
Rückwärts ist
das Element 26 an eine Bremse angeschlossen, die eine Drehung
des Elements 26 verhindert. Planet 3 und 3/4 sind
Eingangssummierer, da der Eingang 1 weder an die verstellbare
Einheit 5 noch 6 angeschlossen ist und an ein
Element des Summierers 3 angeschlossen ist.
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2 ist
ein Geschwindigkeitsdiagramm für die
Planeten 3 und 4. Ein Geschwindigkeitsdiagramm
ist eine grafische Darstellung der Geschwindigkeitsbeziehungen für alle Elemente
eines Planetengetriebes, und es bildet die Grundlage für das Getriebeblockdiagramm
sowie für
das Kupplungs- und Zahnradschema. In 2 stellen
die Vertikalachsen 14, 25 und 12 die
Geschwindigkeit der Elemente des Planetengetriebes 3 dar,
und die Horizontalachse 36 ist das Planetenübersetzungsverhältnis. Die
Länge zwischen
den Vertikalachsenlinien stellt das Übersetzungverhältnis der
Planetengetriebe dar. Wenn beispielsweise die Achse 12 ein
Hohlrad, die Achse 25 ein Träger und die Achse 14 ein
Sonnenrad ist, dann stellt das Verhältnis D/C das Verhältnis der
Hohlradzähne
zu den Sonnenradzähnen
dar. Wenn die Geschwindigkeit des Elements 25 null wäre und das Verhältnis D/C – 2 wäre, dann
wäre das
Verhältnis B/A – 2, wie
durch die Linie 34 gezeigt. Damit wäre die Sonnenradgeschwindigkeit
das Zweifache der Hohlradgeschwindigkeit in der Gegenrichtung.
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Dieses
Geschwindigkeitsdiagramm ist mit dem Einfügen von Kupplungen und Übersetzungen zwischen
Planetengetrieben erweitert. Ein negatives Verhältnis zeigt an, dass die relative
Drehrichtung für die
Planetengetriebe entgegengesetzt ist. In allen Geschwindigkeitsdiagrammen
ist die Ausgangsgeschwindigkeit für die Vorwärtsrichtung positiv gezeigt,
auch wenn die tatsächliche
Drehrichtung für
ein negatives Zahnradverhältnis
entgegengesetzt ist.
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Die
Vertikalachsen von 19, 26 und 21 sind Elemente
des Planetengetriebes 4. Es besteht ein negatives Verhältnis 22/23 zwischen
den Elementen 12 und 26 und ein negatives Verhältnis 18/28 zwischen
den Elementen 25 und 19. Die Betriebsart 1 beginnt
mit der Kupplung 8 in Eingriff und den Elementen 19 und 25 auf
Nullgeschwindigkeit. Dies bringt die Einheit 6 ebenfalls
auf Nullgeschwindigkeit. Wie durch die Linie 34 dargestellt,
ist das Element 12 auf Eingangsgeschwindigkeit, wodurch
das Element 14 nahezu auf maximale negative Geschwindigkeit für die angeschlossene
Einheit 5 gebracht ist. Da das Planetengetriebe 4 durch
die Kupplung 8 gesperrt ist, ist das Element 21 ebenfalls
auf Nullgeschwindigkeit, wie durch die Linie 37 gezeigt.
Wenn die Steuerung bewirkt, dass die Einheiten 5 und 6 die Übersetzung des
HMT ändern
und vorwärts
laufen, beschleunigt das Element 25 und verlangsamt sich
das Element 14 und nähert
sich null, wie durch die Linie 35 an der Achse 38 gezeigt.
Der Ausgang 21 beschleunigt in einer positiven Richtung,
wie durch die Linie 38 gezeigt. Auf Höchstgeschwindigkeit in der
Betriebsart 1 sind die Verhältnisse 18/28 und 22/23 so
ausgelegt, dass die Elemente der Kupplung 7 der zweiten
Betriebsart nahe synchroner Geschwindigkeit aufweisen.
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Da
die Betriebsart 2 mit der Kupplung 7 in Eingriff gebracht
ist, ist die Funktion des Planetengetriebes 4 auf Leistungsteilung
geändert,
wodurch ermöglicht
ist, dass die hydrostatischen Einheiten ihre Verstellung umkehren,
ohne in einem Blindleistungszustand zu arbeiten. Wenn die Kupplung 7 in
Eingriff gebracht ist, sind jeweils zwei Elemente des Planeten 3 und 4 anein ander
angeschlossen, wodurch die Funktion eines einzelnen Planeten mit
vier Elementen, jedoch mit einem anderen Übersetzungsverhältnis zwischen
den angeschlossenen Elementen geschaffen ist. Das Planetengetriebe 3 kehrt
die Richtung um, da die Einheiten 5 und 6 die
Richtung der Verstellungsänderung
umkehren, wodurch sich das Element 25 auf Nullgeschwindigkeit
verlangsamt und das Element 14 negativ beschleunigt. Dies
reduziert das Element 19 auf Nullgeschwindigkeit. Da das
Element 26 nun an den Eingang angeschlossen ist, erhöht das Element 21 die
Geschwindigkeit, wie durch die Linie 39 gezeigt, wodurch
die Ausgangsgeschwindigkeit auf ihr Maximum in der Betriebsart 2 erhöht wird.
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Rückwärtsgeschwindigkeit
wird durch Eingreifen der Bremse 9 nahe Ausgangsnullgeschwindigkeit
erreicht, die außerdem
nahezu synchrone Geschwindigkeit für die Kupplung 9 ist.
Dies bewirkt, dass das Element 21 umkehrt, da 19 in
einer positiven Richtung zunimmt. Die Rückwärtshöchstgeschwindigkeit ist durch
die Linie 40 an der Achse 21 gezeigt.
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Kontinuierliche
Leistung wird den Rädern vom
Motor zugeführt,
mit stufenloser Übersetzungsänderung,
von voller Rückwärts- bis
voller Vorwärtsgeschwindigkeit,
auch wenn das Getriebe die Betriebsarten bei Nullgeschwindigkeit
und zwischen Null- und maximaler Vorwärtsgeschwindigkeit wechselt.
Zum Herunterschalten ist der Vorgang umgekehrt. Getriebesteuerfunktionen
können ähnlich denen
in
US-Patentschrift 5,560,203 oder
durch andere geeignete Steuermittel ausgeführt sein. Als solches ist die
US-Patentschrift Nr. 5,560,203 hierin
aufgenommen. Abhängig
von den Fahrzeuganforderungen könnte
die Betriebsart 2 oder Rückwärts durch
Auslassen von entweder der Kupplung
8 oder der Kupplung
9 ausgeschlossen
sein.
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Alternative
Geschwindigkeitsdiagramme sind zum Erzielen derselben Beziehung
zwischen den Geschwindigkeiten des Eingangs 1 und des Ausgangs 2 möglich. Beispielsweise
könnte
das Element 14 auf der gegenüberliegenden Seite des Elements 12 von
Element 25 angeordnet sein. Dies würde erfordern, dass die Einheit 5 nahe
der positiven Höchstgeschwindigkeit
startet und damit das Vorzeichen ihrer Verstellung umkehrt. Das
Geschwindigkeitsdiagramm muss nur die Erfordernisse für Eingangsgeschwindigkeit
vs. Ausgangsgeschwindigkeit erfüllen und
die erforderlichen Schaltpunkte erreichen, ohne die Begrenzungen
bei Planetenelementgeschwindigkeit, vertretbaren Zahnradverhältnissen
und Bauteilwirtschaftlichkeit zu überschreiten. Diese Änderung würde das
Blockdiagramm in 1 unverändert lassen.
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Über den
Bereich jeder Betriebsart hinweg arbeiten die Einheiten 5 und 6 zu
Nullgeschwindigkeit, aber nicht über
null hinaus, was bedeutet, dass keine der Einheiten im negativen
Bereich ihrer Anfangsverstellung arbeitet. Dies verhindert eine
Blindleistung in dem hydrostatischen Getriebe, wodurch übertragene
Leistung reduziert und die Effizienz erhöht ist. Die Kombination von
gegenüberliegender Verstellungsänderung
für die
Einheit 5 und 6 und das Fehlen negativer Verstellung
für beide
Einheiten macht dieses Getriebe für das gleichzeitige Verstellen
und mit demselben Verstellmechanismus geeignet.
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Ein
Zahnrad- und Kupplungsschema für
das HMT von 1 und 2 ist in 3 gezeigt.
Die Eingangswelle 1 ist versetzt und parallel zur Ausgangswelle 2.
Das Planetengetriebe 3 befindet sich auf der Eingangswellenmittellinie;
das Element 12 ist ein Hohlrad, 14 ist ein Sonnenrad
und 25 ist ein Träger.
Die Planetenräder 13 vervollständigen den Zahnradsatz
des Planetengetriebes 3. Das Planetengetriebe 4 ist
auf der Ausgangsmittellinie und weist das Element 19 als
Hohlrad, Element 21 als Sonnenrad und Element 26 als
Träger
auf. Die Planetenräder 20 vervollständigen den
Zahnradsatz des Planetengetriebes 4. Die Einheit 5 ist
an das Element 14 mit dem Zahnradsatz 16/15 angeschlossen.
Die Einheit 6 ist an das Element 25 mit dem Zahnradsatz 17/18 angeschlossen.
Der Zahnradsatz 18/28 schließt das Element 25 des
Planetengetriebes 3 und das Element 19 des Planetengetriebes 4 an.
Die Kupplungen 7, 8 und 9 sind einander
auf derselben Mittellinie wie das Planetengetriebe 4 benachbart.
Das Element 12 ist an die Kupplung 8 mit dem Zahnradsatz 22/23 angeschlossen.
Das Zahnrad- und Kupplungsschema ist zum Erfüllen mehrerer Aufgaben in der
Konzeption des Getriebes gestaltet. Die Eingänge und Ausgänge sind
auf benachbarten und parallelen Mittellinien, um Fahrzeuganforderungen
zu entsprechen. Die Anordnung der Eingangsmittellinie und des Planetengetriebes 3 ermöglicht einen
durchgehenden PTO-Antrieb 27. Die Anordnung der Ausgangsmittellinie,
des Planetengetriebes 4 und der Kupplung ermöglicht eine
durchgehende Ausgangswelle 2 für sowohl vordere als auch hintere
Antriebswellen und Achsen. Die Kupplungen 7, 8 und 9 sind
einander zur Erleichterung der Leitung der ihnen zugeführten Leistung
zum Schalten benachbart. Die Elemente mit der höchsten Geschwindigkeit sind
die Sonnenräder 14 und 21,
um die auf hoher Geschwindigkeit drehende Masse zu minimieren.
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Das
Getriebe mit drei Vorwärtsbetriebsarten von 4 bis 6 ähnelt dem
Getriebe mit zwei Betriebsarten von 1 bis 3 mit
der Ausnahme, dass es ein zusätzliche
Planetenstufe, Kupplung und zugehörige Zahnräder zum Hinzufügen der
dritten Betriebsart aufweist. Die Elemente des HMT mit drei Betriebsarten,
die dem mit zwei Betriebsarten ähneln,
weisen dasselbe Bezugszeichen plus 100 auf. Beispielsweise ist das
Planetengetriebe 3 für
die Version mit zwei Betriebsarten Planetengetriebe 103, und
das Element 14 ist Element 114 für die Version mit
drei Betriebsarten. Beschreibungen der Version mit drei Betriebsarten,
die für
die Version mit zwei Betriebsarten gleich sind, werden nicht wiederholt.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm eines HMT mit drei Betriebsarten. Der Summierer Σ3 ist ein
Planetengetriebe 110 und weist drei Elemente 132, 133 und 130 auf.
Das Element 133 ist an das Element 114 angeschlossen,
und das Element 132 ist an den Ausgang 102 angeschlossen.
Es gibt eine zusätzliche Kupplung 111 der
dritten Betriebsart, die das Element 130 an den Eingang 101 anschließt. Dies
schafft eine Planetenfunktion mit vier Elementen mit den Anschlüssen an
das Planetengetriebe 103, wenn die Kupplung 111 in
Eingriff gebracht ist. Das Planetengetriebe 110/103 ist
ein Eingangssummierer, da der Eingang 101 weder an jegliche
verstellbare Einheit 105 noch 106 angeschlossen
ist und an ein Element des Summierers 110 angeschlossen
ist.
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5 ist
ein Geschwindigkeitsdiagramm für die
Planetengetriebe 103, 104 und 105. Die
Vertikalachsen 133, 130 und 132 sind
Elemente des Planetengetriebes 110. Es besteht ein negatives
Verhältnis 141/129 zwischen
den Elementen 130 und 112 und ein positives Verhältnis 115/116/146 zwischen
den Elementen 133 und 114. Die Elemente 132 und 121 sind
direkt aneinander angeschlossen. Betriebsart 1, Betriebsart 2 und
Rückwärts funktionieren
wie bei der Version mit zwei Betriebsarten. Bei Höchstgeschwindigkeit
in der Betriebsart 2 sind die Verhältnisse 141/129 und 115/116/146 so
gestaltet, dass die Elemente der Kupplung 111 der dritten
Betriebsart nahezu auf synchroner Geschwindigkeit sind.
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Da
die Betriebsart 3 mit der Kupplung 111 in Eingriff gebracht
ist, ist die Funktion des Planetengetriebes 103/110 leistungsteilend
und ermöglicht,
dass die hydrostatischen Einheiten ihre Verstellungen umkehren,
ohne in einem Blindleistungszustand zu arbeiten. Die Einheiten 105 und 106 verstellen
in entgegengesetzten Richtungen und arbeiten nicht über Nullgeschwindigkeit
hinweg oder arbeiten im Negativen ihrer Anfangsverstellung. Das
Planetengetriebe 110 ändert
jedoch nun die Geschwindigkeit in derselben Richtung des Elements 125,
da es nun an das Element 114 mit positivem Zahnradverhältnis 115/116/146 angeschlossen
ist. (Es ist zu beachten, dass dies als die Gegenrichtung in 5 erscheint, da
es der Grundsatz der Zeichnungen ist, Vorwärtsausgangsgeschwindigkeit
stets positiv zu halten). Beginnend von Linie 142 setzt
die Einheit 105, wenn die Einheit 106 die Geschwindigkeit
erhöht,
die Geschwindigkeit herab, setzt das Element 133 die Geschwindigkeit
herab, wodurch der Ausgang 132 zunimmt, wie durch Linie 143 gezeigt.
Da das Element 121 an das Element 132 angeschlossen
ist, erhöht
es ebenfalls die Geschwindigkeit auf den Höchstwert, wie durch die Linie 144 gezeigt
ist. Stufenlose Leistung wird den Rädern vom Motor zugeführt, mit
stufenloser Übersetzungsänderung,
von voller Rückwärts- bis
voller Vorwärtsgeschwindigkeit,
auch wenn das Getriebe die Betriebsarten bei Nullgeschwindigkeit
wechselt und zweimal zwischen Null- und maximaler Vorwärtsgeschwindigkeit
wechselt.
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Ein
Zahnrad- und Kupplungsschema für
das HMT von 4 und 5 ist in 6 gezeigt.
Für das
Planetengetriebe 110 ist das Element 132 ein Sonnenrad, 130 ebenfalls
ein Sonnenrad und 113 ein Träger. Ein Satz von Doppelplanetenrädern 131/145 schließt die Sonnenräder 130 und 132 an.
Das positive Zahnradverhältnis
zwischen den Elementen 114 und 133 wird mit dem
Antriebsrad 116 der Einheit 105 erzielt, das als
Leitrad zwischen den Zahnrädern 115 und 146 wirkt.
Die Kupplung 11 ist durch den Zahnradsatz 141/129 an
das Element 112 angeschlossen. Die Elemente 121 und 132 sind
direkt angeschlossen, da sie auf derselben Mittellinie liegen.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass andere Anordnungen von Planetenelementen
möglich
sind, die die Anforderungen von 4 und 5 erfüllen. Beispielsweise
könnte
das Element 126 ein Hohlrad und das Element 119 ein
Träger
sein, wenn ein doppelter Planetensatz zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad
vorläge.
Diese Änderung
würde das
Geschwindigkeitsdiagramm von 5 nicht
beeinflussen.
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Dieses
Zahnrad- und Kupplungsschema ist zum Erfüllen mehrerer Aufgaben in der
Konzeption des Getriebes gestaltet. Der Eingang und der Ausgang
liegen auf benachbarten und parallelen Mittellinien, um Fahrzeuganforderungen
zu entsprechen. Die Anordnung der Eingangsmittellinie ermöglicht einen
durchgehenden PTO-Antrieb 127.
Die Anordnung der Ausgangsmittellinie ermöglicht eine durchgehende Welle
für sowohl
vordere als auch hintere Antriebswellen und Achsen. Die Elemente
mit der höchsten
Geschwindigkeit sind die Sonnenräder,
um drehende Masse zu minimieren. Die Anlage der Zahnräder, Kupplungen
und hydrostatischen Einheiten ermöglicht die Beinhaltung einer
dritten Betriebsart als Erweiterung mit demselben Grundgetriebe
mit zwei Betriebsarten.
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7 zeigt
ein Blockdiagramm eines HMT mit zwei Vorwärtsbetriebsarten. Viele derselben Komponenten
aus dem Getriebe von 1, 2 und 3 werden
auf dieselbe Art und Weise benutzt und weisen dasselbe Bezugszeichen
auf. Die Summierer Σ1
und Σ2 sind
Planetengetriebe 3 bzw. 4 und weisen jeweils drei
Elemente auf. Es liegen zwei hydrostatische Verstelleinheiten 5 und 6 vor.
Drei Kupplungen 7, 58 und 59 verstellen
die Anschlüsse des
Summierers 4 zum Summierer 3. Eine Steuerung reguliert
die Verstellung der Einheiten 5 und 6 und betreibt
die Kupplungen, um das gewünschte
Getriebeverhältnis
und die gewünschte
Motorleistungsabgabe zu erzielen.
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Der
Eingang 1 ist an das Summiererelement 12 des Planetengetriebes 3 angeschlossen,
und der Ausgang 2 ist an das Element 21 des Planetengetriebes 4 angeschlossen.
Die Einheit 5 ist an das Summiererelement 14 angeschlossen,
und die Einheit 6 ist an die Elemente 25 und 19 angeschlossen.
In der Betriebsart 1 schließt
die Kupplung 58 das Summiererelement 19 an das
Element 21 an, das das Planetengetriebe 4 blockiert.
In der Betriebsart 2 schließt die Kupplung 7 das
Summiererelement 26 an den Eingang 1 an, wodurch
ein Planetengetriebe 3/4 mit vier Elementen geschaffen
wird. Umgekehrt ist das Element 21 an das Element 25 angeschlossen,
das das Element 21 in einer Gegenrichtung des Elements 19 dreht.
Planetengeriebe 3 und 3/4 sind Eingangssummierer,
da der Eingang 1 weder an die verstellbare Einheit 5 noch 6 angeschlossen
ist und an ein Element des Summierers 3 angeschlossen ist.
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8 ist
ein Geschwindigkeitsdiagramm des alternativen HMT mit den Planetengetrieben 3 und 4. In 8 stellen
die Vertikalachsen 14, 25 und 12 die Geschwindigkeit
der Elemente des Planetengetriebes 3 dar, und die Horizontalachse 36 ist
das Planetenverhältnis.
Die Vertikalachsen 19, 26 und 21 sind Elemente
des Planetengetriebes 4. Es besteht ein negatives Verhältnis 22/23 zwischen
den Elementen 12 und 26 und ein negatives Verhältnis 18/28 zwischen
den Elementen 25 und 19. Es besteht ein positives
Verhältnis 51/52 zwischen
den Elementen 21 und 25. Die Betriebsart 1 beginnt
mit der Kupplung 58 in Eingriff und den Elementen 19 und 25 auf
Nullgeschwindigkeit. Dies bringt die Einheit 6 ebenfalls
auf Nullgeschwindigkeit. Wie durch die Linie 34 dargestellt
ist das Element 12 auf Eingangsgeschwindigkeit, wodurch
das Element 14 nahezu auf maximale negative Geschwindigkeit
zusammen mit der angeschlossenen Einheit 5 gebracht wird.
Da das Planetengetirebe 4 durch die Kupplung 58 gesperrt
ist, ist das Element 21 ebenfalls auf Nullgeschwindigkeit, wie
durch die Linie 37 gezeigt. Wenn die Steuerung bewirkt,
dass die Einheiten 5 und 6 das Verhältnis des
HMT ändern
und vorwärts
laufen, beschleunigt das Element 25 und verlangsamt sich
das Element 14 und nähert
sich null, wie durch die Linie 35 an der Achse 14 gezeigt.
Der Ausgang 21 beschleunigt in einer positiven Richtung,
wie durch die Linie 38 gezeigt. Auf Höchstgeschwindigkeit in der
Betriebsart 1 sind die Verhältnisse 18/28 und 22/23 dazu
gestaltet, die Elemente der Kupplung 7 der zweiten Betriebsart nahe
synchroner Geschwindigkeit aufzuweisen.
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Da
die Betriebsart 2 mit der Kupplung 7 in Eingriff gebracht
ist, ist die Funktion des Planetengetriebes 4 auf Leistungsverzweigung
geändert,
wodurch ermöglicht
wird, dass die hydrostatischen Einheiten ihre Verstellung umkehren,
ohne in einem Blindleistungszustand zu arbeiten. Wenn die Kupplung 7 in
Eingriff gebracht ist, sind jeweils zwei Elemente des Planetengetriebes 3 und 4 aneinander
angeschlossen, wodurch die Funktion eines einzelnen Planetengetriebes
mit vier Elementen, jedoch mit einem anderen Verhältnis zwischen
den angeschlossenen Elementen geschaffen ist. Das Planetengetriebe 3 kehrt
die Richtung um, da die Einheiten 5 und 6 die
Richtung der Verstellungsänderung
umkehren, wodurch sich das Element 25 auf Nullgeschwindigkeit
verlangsamt und das Element 14 negativ beschleunigt. Dies
reduziert das Element 19 auf Nullgeschwindigkeit. Da das
Element 26 nun an den Eingang angeschlossen ist, erhöht das Element 21 die Geschwindigkeit,
wie durch die Linie 39 gezeigt, wodurch die Ausgangsgeschwindigkeit
auf ihr Maximum in der Betriebsart 2 erhöht wird.
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Rückwärtsgeschwindigkeit
wird durch Eingreifen der Kupplung 59 nahe Ausgangsnullgeschwindigkeit
erreicht, die außerdem
nahezu synchrone Geschwindigkeit für die Kupplung 59 ist.
Dies bewirkt, dass das Element 21 umkehrt, da 19 in
einer positiven Richtung zunimmt. Die Rückwärtshöchstgeschwindigkeit ist durch
die Linie 40 an der Achse 21 gezeigt. Da das Verhältnis 51/52 unabhängig ausgewählt ist,
hängt die
Geschwindigkeit des Elements 21 rückwärts von keinem der Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnisse
ab.
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Ein
Zahnrad- und Kupplungsschema für
das HMT von 7 und 8 ist in 9 gezeigt.
Die Eingangswelle 1 ist versetzt und parallel zur Ausgangswelle 2.
Der Planet 3 befindet sich auf der Eingangswellenmittellinie;
das Element 12 ist ein Hohlrad, 14 ist ein Sonnenrad
und 25 ist ein Träger.
Die Planetenräder 13 vervollständigen den
Zahnradsatz des Planetengetriebes 3. Das Planetengetriebe 4 ist auf
der Ausgangsmittellinie und weist das Element 19 als Hohlrad,
Element 21 als Sonnenrad und Element 26 als Träger auf.
Die Planetenräder 20 vervollständigen den
Zahnradsatz des Planetengetriebes 4. Die Einheit 5 ist
an das Sonnenrad 14 mit dem Zahnradsatz 16/15 angeschlossen.
Die Einheit 6 ist an den Träger 25 mit dem Zahnradsatz 17/18 angeschlossen.
Der Zahnradsatz 18/28 schließt den Träger 25 des Planetengetriebes 3 und
das Hohlrad 19 des Planetengetriebes 4 an. Die
Kupplungen 58 und 59 sind einander auf derselben
Mittellinie wie der Planet 4 benachbart. Das Hohlrad 12 ist
direkt an die Kupplung 7 angeschlossen. Der Zahnradsatz 51/52 schließt die Einheit 6 und
das Sonnenrad 21 über
die Kupplung 59 an. Das Sonnenrad 21 dreht sich
entgegengesetzt zum Hohlrad 19, da es durch die drei Zahnräder 17/18/28 von
der Einheit 6 angetrieben ist.
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Dieses
Zahnrad- und Kupplungsschema ist zum Erfüllen mehrerer Aufgaben in der
Anlage des Getriebes gestaltet. Der Eingang und der Ausgang liegen
auf benachbarten und parallelen Mittellinien, um Fahrzeuganforderungen
zu entsprechen. Die Anordnung der Eingangsmittellinie und des Planetengetriebes 3 ermöglicht einen
durchgehenden PTO-Antrieb 27. Die Anordnung der Ausgangsmittellinie,
des Planetengetriebes 4 und der Kupplung ermöglicht eine
durchgehende Ausgangswelle 2 für sowohl vordere als auch hintere
Antriebswellen und Achsen. Die Kupplungen 58 und 59 sind
einander zur Erleichterung der Leitung der ihnen zugeführten Leistung
benachbart. Die Kupplung 7 liegt auf der Eingangsmittellinie
zum Minimieren des Drehmoments der Kupplung 7 und Optimieren
des Raums, der für
das Getriebe erforderlich ist. Die Elemente mit der höchsten Geschwindigkeit
sind die Sonnenräder 14 und 21,
um die auf hoher Geschwindigkeit drehende Masse zu minimieren.
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Eine
dritte Betriebsart könnte
dem Getriebe von 7, 8 und 9 in
einer Art und Weise hinzugefügt
sein, die der in 4, 5 und 6 gezeigten
gleicht.
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Es
sind somit mehrere hydromechanische Leistungsverzweigungsgetriebe
offenbart. In einer Ausführungsform
weist ein hydromechanisches Getriebe ein erstes Planetengetriebe
mit einer ersten hydrostatischen Einheit, die an ein erstes Element angeschlossen
ist, einer zweiten hydrostatischen Einheit, die an ein zweites Element
angeschlossen ist, und einem Eingang, der an ein drittes Element
angeschlossen ist, auf. In dieser Ausführungsform weist das Getriebe
zusätzlich
ein zweites Planetengetriebe mit einem ersten, zweiten und dritten
Element auf, wobei eine primäre
Kupplung zwischen dem ersten und dritten Element des zweiten dreielementigen Planetengetriebes
angeschlossen ist. Zusätzlich
ist mindestens eine sekundäre
Kupplung an das zweite dreielementige Planetengetriebe angeschlossen, wobei,
wenn die primäre
und sekundäre
Kupplung wahlweise oder nacheinander in Eingriff gebracht sind,
mindestens zwei Betriebsarten mit stufenlosen Verhältnissen
vorgesehen sind.
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In
dieser Ausführungsform
des hydromechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes kann das zweite
Element des dreielementigen Planetengetriebes an das erste Element
des ersten dreielementigen Planetengetriebes angeschlossen sein.
Das dritte Element des zweiten dreielementigen Planetengetriebes
kann an einen Ausgang angeschlossen sein. Zusätzlich ist der Eingang in einer
bevorzugten Ausführungsform
mit einem Direktantriebsanschluss von einem Motor ohne den Gebrauch
einer Kupplung versehen. Diese Ausführungsform kann ferner ein
drittes dreielementiges Planetengetriebe mit einem ersten, zweiten
und dritten Element aufweisen, wobei das erste Element an das dritte
Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes mit einer Zusatzkupplung
angeschlossen ist und das zweite und dritte Element des dritten
dreielementigen Planetengetriebes an das erste Element des ersten
dreielementigen Planetengetriebes und an einen Ausgang angeschlossen
ist.
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In
dieser ersten Ausführungsform
kann eine zweite Kupplung außerdem
zwischen einem ersten Element des zweiten dreielementigen Planetengetriebes
und dem dritten Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes
liegen. Gleicherweise kann eine Rückwärtskupplung zwischen dem ersten Element
des zweiten dreielementigen Planetengetriebes und einer Bremse angeschlossen
sein. Zusätzlich
kann eine Rückwärtskupplung
zwischen dem zweiten und dritten Element des zweiten dreielementigen
Planetengetriebes angeschlossen sein. Vorzugsweise weist die Rückwärtskupplung
ein Wendegetriebe zwischen dem zweiten und dritten Element des zweiten
dreielementigen Planetengetriebes auf.
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In
einer alternativen Ausführungsform
weist das hydromechanische Leistungsverzweigungsgetriebe ein erstes
dreielementiges Planetengetriebe mit einem ersten, zweiten und dritten
Element auf, wobei das erste und das zweite Element an ein hydrostatisches
Getriebe angeschlossen sind und das dritte Element an einen Eingang
angeschlossen ist. Zusätzlich
bewegt sich in dieser Ausführungsform das
zweite Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes zwischen
Nullgeschwindigkeit und einer hohen Geschwindigkeit, wenn sich das
erste Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes zwischen
einer Höchstgeschwindigkeit
und Nullgeschwindigkeit bewegt. Diese Ausführungsform weist zusätzlich ein
zweites dreielementiges Planetengetriebe mit einem ersten, zweiten
und dritten Element auf, wobei das zweite Element des zweiten dreielementigen
Planetengetriebes an das erste Element des ersten dreielementigen
Planetengetriebes angeschlossen ist und das dritte Element des zweiten dreielementigen
Planetengetriebes an einen Ausgang angeschlossen ist. Diese Ausführungsform sieht
außerdem
vor, dass mindestens zwei Kupplungen an das zweite dreielementige
Planetengetriebe angeschlossen sind und, wenn sie wahlweise in Eingriff
gebracht sind, mindestens zwei Betriebsarten mit einem stufenlosen
Verhältnis
vorgesehen sind.
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In
dieser alternativen Ausführungsform
kann eine Kupplung zwischen dem dritten Element des ersten dreielementigen
Planetengetriebes und dem ersten Element des zweiten dreielementigen
Planetengetriebes angeschlossen sein. Gleicherweise kann eine Rückwärtskupplung
zwischen dem ersten Element des zweiten dreielementigen Planetengetriebes
und einer Bremse angeschlossen sein. Alternativ kann eine Kupplung
zwischen zwei Elementen des zweiten dreielementigen Planetengetriebes
angeschlossen sein. In wiederum einer anderen Alternative weist
das erste Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes ein
negatives Zahnradverhältnis
zum zweiten Element des zweiten dreielementigen Planetengetriebes
auf, und das dritte Element des ersten dreielementigen Planeten
weist ein negatives Zahnradverhältnis
zum ersten Element des zweiten dreielementigen Planetengetriebes
auf.
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Diese
Ausführungsform
kann außerdem
ferner ein drittes dreielementiges Planetengetriebe mit einem ersten,
zweiten und dritten Element aufweisen, wobei das dritte Element
des dreielementigen Planetengetriebes an das dritte Element des
zweiten dreielementigen Planetengetriebes angeschlossen ist, ein
zweites Element des dritten dreielementigen Planetengetriebes an
das zweite Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes
angeschlossen ist und eine Zusatzkupplung zwischen dem ersten Element
des dritten dreielementigen Planetengetriebes und dem dritten Element
des ersten dreielementigen Planetengetriebes angeordnet ist. Zusätzlich kann
in dieser Ausführungsform
ein negatives Verhältnis zwischen
dem ersten Element des dritten dreielementigen Planetengetriebes
und dem dritten Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes und
ein positives Verhältnis
zwischen dem zweiten Element des dritten dreielementigen Planetengetriebe
und dem zweiten Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes
bestehen. In dieser alternativen Ausführungsform kann eine Rückwärtskupplung ein
positives Verhältnis
zwischen dem dritten Element des zweiten dreielementigen Planetengetriebes und
dem ersten Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes
verbinden.
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In
wiederum einer anderen alternativen Ausführungsform kann das hydromechanische
Leistugnsverzweigungsgetriebe ein erstes dreielementiges Planetengetriebe
aufweisen, das sich auf einer Eingangsmittellinie befindet und ein
erstes, zweites und drittes Element aufweist, wobei das erste dreielementige
Planetengetriebe an einen Eingang an dem dritten Element angeschlossen
ist. Diese Ausführungsform
weist zusätzlich
ein zweites dreielementiges Planetengetriebe mit einem ersten, zweiten
und dritten Element auf, wobei sich das zweite dreielementige Planetengetriebe
auf einer Ausgangsmittellinie befindet und an einen Ausgang an dem
dritten Element angeschlossen ist. Ein hydromechanisches Getriebe
ist an das zweite und dritte Element des ersten dreielementigen
Planetengetriebes angeschlossen, und mindestens zwei Kupplungen
sind an das zweiten dreielementige Planetengetriebe angeschlossen.
Somit können
die Kupplungen wahlweise oder nacheinander in Eingriff gebracht
werden, um mindestens zwei Betriebsarten mit einer stufenlosen Übersetzung
vorzusehen.
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In
dieser Ausführungsform
weist das hydromechanische Leistungsverzweigungsgetriebe zwei verstellbare
hydrostatische Einheiten auf, wobei die erste hydrostatische Einheit
die Verstellung in der Gegenrichtung der zweiten hydrostatischen
Einheit in jeder der Betriebsarten ändert. Speziell weist die erste
und zweite hydrostatische Einheit kein Negativ einer beginnenden
Verstellung über
den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Getriebes auf.
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Zusätzlich kann
in dieser Ausführungsform das
zweite Element des zweiten dreielementigen Planetengetriebes an
das erste Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes angeschlossen sein.
Die Kupplungen können
außerdem
einander benachbart sein, und die Eingangswelle kann sich zu Abtriebszwecken
durch das Getriebe erstrecken. Zusätzlich kann sich die Ausgangswelle
durch das Getriebe erstrecken, um Antrieb an beiden Enden des Getriebes
vorzusehen. Vorzugsweise sind die Elemente mit den höchsten Geschwindigkeiten
des ersten und zweiten dreielementigen Planetengetriebes Sonnenräder.
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Zusätzlich kann
es in dieser Ausführungsform
drei Kupplungen geben, wobei eine erste Kupplung zwischen zwei Elementen
des ersten dreielementigen Planetengetriebes angeordnet ist, eine zweite
Kupplung zwischen dem ersten Element des zweiten dreielementigen
Planetengetriebes und dem dritten Element des ersten dreielementigen
Planeten angeordnet ist und eine Rückwärtskupplung an das zweite dreielementige
Planetengetriebe angeschlossen ist. Speziell befindet sich das dritte
dreielementige Planetengetriebe auf der Ausgangsmittellinie und weist
ein drittes Element, das an den Ausgang angeschlossen ist, ein zweites
Element, das an das zweite Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes
angeschlossen ist, und ein erstes Element auf, das an das dritte
Element des ersten dreielementigen Planetengetriebes mit einer vierten
Kupplung angeschlossen ist.