DE102008001613A1

DE102008001613A1 - Getriebevorrichtung mit sekundär gekoppelter Leistungsverzweigung

Info

Publication number: DE102008001613A1
Application number: DE200810001613
Authority: DE
Inventors: Jürgen LEGNER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2009-11-12

Abstract

Es wird eine Getriebevorrichtung (1) mit sekundär gekoppelter Leistungsverzweigung und mit nicht synchronem Bereichswechsel beschrieben. Ein Teil eines anliegenden Drehmomentes ist in einem ersten Leistungszweig (3) wenigstens über eine Hydrostateinrichtung (4) und der andere Teil des Drehmomentes in einem zweiten Leistungszweig (5) über eine mechanische Einrichtung (6) zwischen einem Getriebeeingang (7) und einem Getriebeausgang (8) führbar. Erfindungsgemäß sind jeweils wenigstens drei Fahrbereiche für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt vorgesehen, welche jeweils über wenigstens ein abzuschaltendes Schaltelement (K1, K2 oder K3) und wenigstens ein zuzuschaltendes Schaltelement (K1, K2 oder K3) umschaltbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit sekundär gekoppelter Leistungsverzweigung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der DE 10 2007 047 194.9 ist ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem hydrostatischen Zweig und einem mechanischen Zweig, welche über ein Summierungsgetriebe summiert werden, bekannt. Das Leistungsverzweigungsgetriebe ist mit zwei Fahrbereichen in einer Vorwärtsfahrtrichtung und mindestens zwei Fahrbereichen in einer Rückwärtsfahrtrichtung ausgeführt. Der hydrostatische Zweig weist eine erste hydrostatische Einheit und eine zweite hydrostatische Einheit auf, deren Hubvolumina über ein gemeinsames Bauteil verstellbar sind, das mit der ersten hydrostatischen Einheit und der zweiten hydrostatischen Einheit verbunden ist.
Derartige als CVT-Getriebeeinrichtungen (Continuously-Variable-Transmission) bezeichnete Getriebe bzw. kontinuierlich verstellbare Getriebe sind durch stufenlos einstellbare Übersetzungsbereiche gekennzeichnet und kommen in Werkzeugmaschinen sowie in Fahrzeugen zum Einsatz.
Bei CVT-Getriebeeinrichtungen, welche mit einer Pumpe und einem Hydromotor ausgeführt sind und in denen nicht synchrone Bereichswechsel über Lastschaltungen im Leistungsbereich bis zu 210 kW durchgeführt werden, sind zwei unterschiedliche Übersetzungsbereiche bzw. Fahrbereiche ausreichend. Bei einer Auslegung mit zwei Übersetzungsbereichen für die Leistungsklasse bis 310 kW zeigt sich, dass in einer CVT-Getriebeeinheit mit zwei Fahrbereichen keine ausreichende Überlappung der Fahrbereiche darstellbar ist, was insbesondere während eines Beschleunigungsvorganges und eines gleichzeitigen Bereichswechsels zu Unstetigkeiten im Verlauf des Abtriebsmo mentes führt. Derartige Unstetigkeiten beeinträchtigen einen Fahrkomfort in unerwünschtem Umfang, was insbesondere bei einem Einsatz einer CVT-Getriebeeinheit in einem Baufahrzeug, wie einem Radlader, unter Umständen zu einer unerwünschten Beeinträchtigung der Funktionsweise des Baufahrzeuges führt.
Im Leistungsbereich bis ca. 160 kW wird eine Hydrostateinrichtung einer CVT-Getriebeeinheit mit einer Baugröße von etwa 120 cm³/U ausgeführt. Bei darüber liegenden Leistungsbereichen bis 210 kW werden Hydrostaten mit etwa 160 cm³/U verwendet, wohingegen für Antriebe im Leistungsbereich von bis zu 310 kW Hydrostaten mit einer Baugröße etwa 230 cm³/U eingesetzt werden.
Hydrostaten mit darüber liegenden Baugrößen sind durch unerwünscht hohe Herstellkosten gekennzeichnet, da diese in zu geringen Stückzahlen gebaut werden. Zusätzlich sinkt bei Hydrostaten bauartbedingt mit steigender Baugröße die zulässige Drehzahl, da die Gleitgeschwindigkeit der bewegten Bauteile, wie der Kolben und der Steuerspriegel, mit zunehmenden Abmessungen unzulässig ansteigt.
Darüber hinaus steigt die Fahrzeugmasse bei im Leistungsbereich von ca. 160 kW bis 310 kW einzusetzenden Hydrostateinheiten um einen Massenfaktor von ca. 2,5 an. Die Größe der Hydrostateinheiten steigt dagegen von 120 cm³/U auf 230 cm³/U lediglich um einen Baugrößenfaktor von ca. 2,0 an und die Maximaldrehzahl der Hydrostateinheiten fällt in diesem Größenbereich von ca. 5000 l/min auf ca. 4000 l/min ab, was einem Drehzahlfaktor von 0,80 entspricht. Daraus resultiert wiederum eine Reduzierung der Bereichsspreizung auf einen Faktor von ca. 1,60, der sich aus dem Produkt des Baugrößenfaktors und des Drehzahlfaktors ergibt. Die Steigerung der Fahrzeugmasse und der erforderlichen Zugkraft um den Faktor 2,5 bei gleich bleibender Maximalgeschwindigkeit führt dazu, dass leistungsverzweigte CVT-Getriebeeinheiten mit Hydrostaten sowie mit nichtsynchronem Bereichswechsel in höheren Leistungsklassen, beispielsweise bis 310 kW, nur mit hohem Kosteneinsatz die gewünschte Funktionalität zur Verfügung stellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebevorrichtung mit Leistungsverzweigung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher eine gewünschte Funktionalität auch in höheren Leistungsbereichen kostengünstig zur Verfügung stellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ist mit einer sekundär gekoppelten Leistungsverzweigung ausgebildet und Bereichswechsel sind in nichtsynchronen Betriebszuständen der Getriebevorrichtung durchführbar. Ein Teil eines anliegenden Drehmomentes ist in einem ersten Leistungszweig wenigstens über eine Hydrostateinrichtung und der andere Teil des Drehmomentes ist in einem zweiten Leistungszweig über eine mechanische Einrichtung zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang führbar.
Erfindungsgemäß sind jeweils wenigstens drei Fahrbereiche für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt vorgesehen, welche jeweils über wenigstens ein abzuschaltendes Schaltelement und wenigstens ein zuzuschaltendes Schaltelement umschaltbar sind.
Dadurch, dass die Getriebevorrichtung nach der Erfindung wenigstens drei Fahrbereiche aufweist und die Fahrzeugmasse und die erforderliche Zugkraft beispielsweise im Leistungsbereich von 160 kW bis 310 kW um den Faktor 2,5 ansteigen, ist die Funktionalität einer CVT-Getriebeeinheit mit drei Fahrbereichen bei gleichzeitig zulässigen Gleitgeschwindigkeiten der bewegten Bauteile der Hydrostateinrichtung kostengünstig zur Verfügung stellbar.
Zusätzlich ist mittels der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit drei Fahrbereichen mit wirtschaftlich herstellbaren Hydrostaten eine ausreichende Bereichsüberlappung gegeben, womit insbesondere während eines Beschleunigungsvorganges Unstetigkeiten im Verlauf eines Abtriebsmomentes sicher vermieden sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Getriebevorrichtung nach der Erfindung umfasst die Hydrostateinrichtung des ersten Leistungszweiges wenigstens eine Pumpe und wenigstens einen über einen hydraulischen Kreislauf damit wirkverbundenen Motor, die beide verstellbar und vorzugsweise als Schrägachseneinheiten ausgeführt sind, womit auf einfache Art und Weise die Möglichkeit besteht, die Pumpe und den damit wirkverbundenen Motor der Hydrostateinrichtung über ein gemeinsames Joch zu verstellen oder unabhängig voneinander zu betätigen.
Eine in axialer Richtung durch einen geringen Bauraumbedarf und in vertikaler Richtung einen hohen Bauraumbedarf aufweisende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist mit mehreren zueinander beabstandeten Vorgelegewellen ausgebildet, wodurch sich der beispielsweise für einen Radlader benötigte Achsversatz zwischen einer Antriebsmaschine, wie einer Brennkraftmaschine oder einer elektrischen Maschine, und wenigstens einer Antriebsachse eines Fahrzeuges auf einfache und kostengünstige Art und Weise überbrückbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen dem Getriebeeingang und einer Planetengetriebeeinrichtung wenigstens zwei Fahrtrichtungsschaltelemente vorgesehen, mittels welchen zwischen einem Modus für Vorwärtsfahrt und einem Modus für Rückwärtsfahrt umschaltbar ist. Damit ist ein Fahrzeug mit der Getriebevorrichtung nach der Erfindung mit geringem konstruktiven Aufwand sowie niedrigem Steuer- und Regelaufwand sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsfahrtrichtung betreibbar.
Die Planetengetriebeeinrichtung weist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Getriebevorrichtung nach der Erfindung zwei Sonnenräder auf, die mit gemeinsamen Doppelplanetenrädern in Eingriff stehen und somit in radialer Richtung einen geringeren Bauraumbedarf aufweist als eine Planetengetriebeeinrichtung, die mit einem Hohlrad als dritte Welle ausgeführt ist. Eine in radialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf aufweisende Planetengetriebeeinrichtung ist auf einfache Art und Weise neben weiteren koaxial angeordneten Zahnrädern anordenbar, die mit weiteren Zahnrädern, welche auf parallel angeordneten Vorgelegewellen gelagert sind, in Eingriff stehen. Der geringe radiale Bauraumbedarf ermöglicht eine in axialer Richtung bauraumgünstige Anordnung der verschiedenen Zahnradpaarungen, womit die Getriebevorrichtung insgesamt in axialer Richtung wenig Bauraum beansprucht.
Eine konstruktiv einfache und mit geringem Aufwand betätigbare Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle über die Fahrtrichtungsschaltelemente mit einem ersten Sonnenrad der Planetengetriebeeinrichtung in Wirkverbindung bringbar ist.
Bei ebenfalls konstruktiv einfach ausgeführten Ausführungsformen der Getriebevorrichtung nach der Erfindung ist die Pumpe der Hydrostateinrichtung mit einem Planetenträger der Planetengetriebeeinrichtung verbunden und/oder wenigstens ein Teil des anliegenden Drehmomentes über ein zweites Sonnenrad der Planetengetriebeeinrichtung in den in die mechanische Einrichtung aufweisenden zweiten Leistungszweig einleitbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist mit einer Getriebepumpe ausgebildet, die über eine weitere Getriebewelle antreibbar ist, wobei zwischen der Getriebeeingangswelle und der weiteren Getriebewelle eine Zahnradpaarung vorgesehen ist, aufgrund der die Drehzahl der weiteren Getriebewelle höher als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle ist. Aus diesem Grund ist die Getriebepumpe kleiner dimensionierbar ist als bei einer direkten Anordnung auf der Getriebeeingangswelle, benötigt weniger Bauraum und ist bei geringerem Bauteilgewicht kostengünstiger herstellbar.
Der die Pumpe und den Motor der Hydrostateinrichtung verbindende hydraulische Kreislauf ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Getriebevorrichtung nach der Erfindung geschlossen ausgebildet und auf einfache und kostengünstige Art und Weise von der Getriebepumpe mit Hydraulikfluid versorgbar, um im Betrieb auftretende Leckageverluste ausgleichen zu können.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sind die Schaltelemente und/oder die Fahrtrichtungsschaltelemente über die Getriebepumpe mit hydraulischem Arbeitsdruck beaufschlagbar, wobei bei einer weiteren Ausführungsform der Getriebevorrichtung ein Schmier- und Kühlkreislauf der Getriebevorrichtung über die Getriebepumpe mit Hydraulikfluid versorgbar ist.
Um die Übersetzung der Getriebevorrichtung nach der Erfindung sowohl innerhalb eines Fahrbereichs sowie über alle Fahrbereiche hinweg stufenlos verändern zu können, sind ein Schluckvolumen des Motors und ein Fördervolumen der Pumpe der Hydrostateinrichtung bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Getriebevorrichtung nach der Erfindung in einem Bereich von 0% bis 100% variierbar, wobei das anstehende Drehmoment bei maximalem Schluckvolumen des Motors und minimalem Fördervolumen der Pumpe vollständig über den die Hydrostateinrichtung aufweisenden ersten Leistungszweig und bei minimalem Schluckvolumen des Motors und maximalem Fördervolumen der Pumpe vollständig über den die mechanische Einrichtung aufweisenden zweiten Leistungszweig geführt wird.
Um die Wechsel zwischen den einzelnen Fahrbereichen der Getriebevorrichtung nach der Erfindung zugkraftunterbrechungsfrei durchführen zu können, sind die Schaltelemente und die Fahrtrichtungsschaltelemente bei einer vorteilhaften Ausführungsform als reibschlüssige Lastschaltelemente ausgebildet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Getriebeschema einer Getriebevorrichtung mit sekundär gekoppelter Leistungsverzweigung und mit nicht synchronem Bereichswechsel.
In der Figur ist ein Räderschema einer Getriebevorrichtung 1 mit sekundär gekoppelter Leistungsverzweigung und mit nicht synchronem Bereichswechsel dargestellt. Ein Teil eines von einer Antriebsmaschine 2 anliegenden Drehmomentes ist in einem ersten Leistungszweig 3 über eine Hydrostateinrichtung 4 und der andere Teil des Drehmomentes in einem zweiten Leistungszweig 5 über eine mechanische Einrichtung 6 zwischen einem Getriebeeingang bzw. einer Getriebeeingangswelle 7 und einem Getriebeausgang bzw. einer Getriebeausgangswelle 8 führbar. Die beiden Leistungszweige 3 und 5 stehen über eine Planetengetriebeeinrichtung 9 in Wirkverbindung.
Zwischen der Motorausgangswelle 16 und der Getriebeeingangswelle 7 ist ein so genannter Schwingungsdämpfer 34 angeordnet, mittels welchem Drehungleichförmigkeiten im Bereich der Antriebsmaschine 2 gedämpft und nur zu einem geringen Anteil in die Getriebevorrichtung 1 und den restlichen Teil des Antriebsstranges eines Fahrzeuges bzw. eines Baufahrzeuges eingeleitet werden.
Die Getriebevorrichtung 1 ist mit drei Fahrbereichen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt ausgeführt, welche jeweils über ein abzuschaltendes Schaltelement K1, K2 oder K3 und wenigstens ein zuzuschaltendes Schaltelement K1, K2 oder K3 umschaltbar sind.
Die Hydrostateinrichtung 4 des ersten Leistungszweiges 3 umfasst eine Pumpe 10 und einen über einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten hydraulischen Kreislauf damit wirkverbundenen Motor 11, die über ein gemeinsames Joch verstellt werden und als Schrägachseneinheiten ausgeführt sind.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Pumpe und der Motor unabhängig voneinander einstellbar sind und eine andere ebenfalls geeignete Bauform aufweisen.
Zusätzlich ist die Getriebevorrichtung 1 als Vorgelegegetriebe mit mehreren zueinander beabstandeten Vorgelegewellen 12 bis 15 ausgebildet, womit die Getriebevorrichtung 1 in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf und in vertikaler Richtung bzw. in Fahrzeughochrichtung einen hohen Bauraumbedarf aufweist, wobei dieser zur Überbrückung eines Achsabstandes zwischen einer Motorausgangswelle 16 der Antriebsmaschine bzw. der Getriebeausgangswelle und den Antriebsachsen des vorliegend als Radlader ausgeführten Fahrzeuges überbrückbar ist.
Zwischen dem Getriebeeingang 7 und der Planetengetriebeeinrichtung 9 sind zwei Fahrtrichtungsschaltelemente KR und KV vorgesehen, mittels welchen zwischen einem Modus für Vorwärtsfahrt und einem Modus für Rückwärtsfahrt umgeschaltet werden kann. Auf der dem Fahrtrichtungsschaltelement KR für Rückwärtsfahrt zugeordneten Vorgelegewelle 12 ist eine Getriebe pumpe 17 angeordnet, wobei die Vorgelegewelle 12 von der Getriebeeingangswelle 7 über eine Zahnradpaarung 18 antreibbar ist.
Die Übersetzung der Zahnradpaarung 18, die aus einem ersten drehfest mit der Getriebeeingangswelle 7 verbundenen und als Stirnrad ausgeführten Zahnrad 19 und einem zweiten Zahnrad 20 gebildet ist, ist dabei derart, dass die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 7 in Richtung der Vorgelegewelle 12 ins Schnelle übersetzt wird. Dadurch läuft die Getriebepumpe 17 vorliegend mit 20% höherer Drehzahl als die Antriebsmaschine 2 und ist bei dieser Ausgestaltung der Getriebevorrichtung 1 im Vergleich zu einer direkt auf der Getriebeeingangswelle 7 angeordneten Getriebepumpe kleiner dimensionierbar.
An der Welle 12, gegenüberliegend der Pumpe 17, ist der Anschluß für die Arbeitshydraulikpumpen vorgesehen, die in gleicher Weise kleiner dimensionierbar sind.
Neben der Getriebepumpe 17 findet im Bereich der Vorgelegewelle 12 eine weitere Leistungsabnahme statt, die für die Betätigung der Arbeitsausrüstung eines vorzugsweise als Radlader ausgeführten Baufahrzeuges vorgesehen ist. Dabei werden in einem offenen hydraulischen Kreislauf angeordnete hydraulische Zylinder, mittels welchen eine Ladeschaufel oder dergleichen betätigbar ist, mit entsprechendem Arbeitsdruck versorgt.
Über die Getriebepumpe 17 ist neben einem die Pumpe 10 und den Motor 11 der Hydrostateinrichtung 4 miteinander verbindenden hydraulischen Kreislauf, der als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist, auch ein Schmier- und Kühlkreislauf mit Hydraulikfluid beaufschlagbar. Zusätzlich sind die Schaltelemente K1 bis K3 sowie die Fahrtrichtungsschaltelemente KR und KV über die Getriebepumpe 17 mit hydraulischem Arbeitsdruck beaufschlagbar und von einem im Wesentlichen geöffneten Betriebszustand in einen im Wesentlichen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführbar.
Sowohl die Schaltelemente K1 bis K3 als auch die Fahrtrichtungsschaltelemente KR und KV sind als reibschlüssige Lastschaltelemente ausgebildet, womit nicht synchrone Bereichswechsel zwischen den über die drei Schaltelemente K1 bis K3 zu- und abschaltbaren Fahrbereiche durchführbar sind.
Die Planetengetriebeeinrichtung 9 weist vorliegend zwei Sonnenräder 21, 22 auf, welche mit gemeinsamen Doppelplanetenrädern 23 kämmen, die wiederum auf einem Planetenträger 24 drehbar gelagert sind. Die Getriebeeingangswelle 7 ist über die Fahrtrichtungsschaltelemente KV und KR mit dem ersten Sonnenrad 21 der Planetengetriebeeinrichtung 9 in Wirkverbindung bringbar, während die Pumpe 10 der Hydrostateinrichtung 4 mit dem Planetenträger 24 der Planetengetriebeeinrichtung 9 verbunden ist.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles ist die Planetengetriebeeinrichtung auch nur mit einem Sonnenrad, einfachen Planetenrädern und einem damit kämmenden Hohlrad ausführbar, um die gewünschte Funktionalität in der Getriebevorrichtung 1 darstellen zu können.
In Abhängigkeit eines Schluckvolumens des Motors 11 und eines Fördervolumens der Pumpe 10 ist wenigstens ein Teil des von der Antriebsmaschine 2 anliegenden Drehmomentes über das zweite Sonnenrad 22 der Planetengetriebeeinrichtung 9 in den die mechanische Einrichtung 6 aufweisenden zweiten Leistungszweig 5 einleitbar.
Grundsätzlich wird der Antrieb der Antriebsmaschine 2 bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 1 über die Fahrtrichtungskupplung KR oder KV auf das erste Sonnenrad 21 der Planetengetriebeeinrichtung 7 geführt. Ausgehend vom ersten Sonnenrad 21 wird die Pumpe 10 über die Doppelplanetenräder 23 und den Planetenträger 24 ange trieben. Der mechanische Abtrieb erfolgt über das zweite Sonnenrad 22 der Planetengetriebeeinrichtung 9.
Steht der Motor 11 still und dreht die Pumpe 10 mit maximaler Drehzahl ist das Schluckvolumen des Motors 11 nahezu maximal während das Fördervolumen der Pumpe 10 nahezu Null ist. Die Antriebsleistung der Antriebsmaschine 2 wird dann vollständig hydrostatisch über die Getriebeeinrichtung 1 übertragen, wobei dies jeweils einer ersten Grenze der drei Fahrbereiche entspricht.
Die zweite Grenze der über die Schaltelemente K1 bis K3 einstellbaren Fahrbereiche liegt dann vor, wenn die Pumpe 10 nahezu stillsteht und die Drehzahl des Motors 11 maximal ist, wobei das Schluckvolumen des Motors 11 dann gleich Null ist und das Fördervolumen der Pumpe 10 seinen maximalen Wert aufweist. In diesem Betriebszustand des Hydrostaten 4 wird die Antriebsleistung der Antriebsmaschine 2 über die Getriebevorrichtung 1 vollständig mechanisch zwischen der Getriebeeingangswelle 7 und der Getriebeausgangswelle 8 übertragen.
Der über das erste Schaltelement K1 zuschaltbare erste Fahrbereich weist die größte Übersetzung auf, während der über das zweite Schaltelement K2 zuschaltbare zweite Fahrbereich eine mittlere und der über das dritte Schaltelement K3 zuschaltbare dritte Fahrbereich die kleinste Übersetzung darstellt. Zudem sind die Fahrbereiche derart ausgelegt, dass sich der erste Fahr- bzw. Übersetzungsbereich und der zweite Übersetzungsbereich sowie der zweite Übersetzungsbereich und der dritte Übersetzungsbereich überlappen und die Übersetzung in der Getriebevorrichtung 1 über den gesamten Übersetzungsbereich der Getriebevorrichtung 1, der sich vom unteren Grenzwert der Übersetzung des ersten Fahrbereiches bis zum oberen Grenzwert der Übersetzung des dritten Fahrbereiches erstreckt, stufenlos und für einen Fahrer eines mit der Getriebevorrichtung 1 ausgeführten Fahrzeuges nicht merkbar sowie zugkraftunterbrechungsfrei veränderbar ist.
Bei über das erste Schaltelement K1 zugeschaltetem erstem Fahrbereich wird das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Hydrostaten 4 wenigstens teilweise vom Motor 11, über ein damit drehfest verbundenes Stirnrad 25 und ein damit kämmendes weiteres Stirnrad 26 übertragen. Das weitere Stirnrad 26 ist drehbar auf der Vorgelegewelle 14 gelagert und über das erste Schaltelement K1 drehfest mit einem drehfest mit der Vorgelegewelle 14 verbundenen und ebenfalls als Stirnrad ausgeführten Zahnrad 27 verbindbar, so dass bei entsprechender Übertragungsfähigkeit des als reibschlüssige Kupplung ausgeführten ersten Schaltelementes K1 der hydraulisch und mechanisch übertragene Teil des Drehmomentes der Antriebsmaschine 2 auf das Zahnrad 27 geführt wird. Das Zahnrad 27 kämmt wiederum mit einem weiteren Zahnrad 28, welches drehfest mit der Getriebeausgangswelle 8 verbunden ist, über die das Drehmoment zu den Antriebswellen des Fahrzeuges führbar ist.
Der andere Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 wird bei zugeschaltetem ersten Fahrbereich vom zweiten Sonnenrad 22 auf ein damit drehfest verbundenes Stirnrad 29 und ein wiederum damit kämmendes weiteres Stirnrad 30 der mechanischen Einrichtung 6 des zweiten Leistungszweiges 5 der Getriebevorrichtung 1 geführt.
Bei zugeschaltetem zweiten Fahrbereich wird ein in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Hydrostateinrichtung stehender Anteil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 vom Motor 11 über das weitere Stirnrad 30, das damit kämmende Stirnrad 31, über das zweite Schaltelement K2 und eine aus den Zahnrädern 28 und 32 gebildete Zahnradpaarung auf die Getriebeausgangswelle 8 geführt. Der andere Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 wird über den zweiten Leistungspfad 5 ausgehend vom zweiten Sonnrad 22 und dem Stirnrad 29 auf das damit kämmende weitere Stirnrad 30 und das damit kämmende Stirnrad 31 über die reibschlüssige Kupplung K2 zum Stirnrad 32 geführt. Das Zahnrad 32 kämmt mit dem Zahnrad 28 auf der Abtriebswelle 8.
Ist in der Getriebevorrichtung 1 der dritte Fahrbereich zugeschaltet, wird ein in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustandes der Hydrostateinrichtung 4 stehender Anteil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 über den ersten Leistungszweig hydraulisch vom Motor 11 über das dritte Schaltelement K3 und ein über das dritte Schaltelement K3 drehfest mit der Vorgelegewelle 13 verbindbares Zahnrad 33, das damit kämmende Zahnrad 27 und das mit dem Zahnrad 27 wiederum kämmende weitere Zahnrad 28 auf die Getriebeausgangswelle 8 weitergeleitet. Gleichzeitig wird der andere Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 über den zweiten Leistungszweig 5 der Getriebevorrichtung 1 vom zweiten Sonnenrad 22 und das Stirnrad 29 sowie das damit kämmende weitere Stirnrad 30 über das dritte Schaltelement K3 sowie die miteinander kämmenden Zahnräder 33, 27 und 28 zu der Getriebeausgangswelle 8 geführt.
Zur Zuschaltung eines der drei Fahrbereiche ist jeweils eines der Schaltelemente K1 bis K3 mit einer Übertragungsfähigkeit darzustellen, zu welcher ein über die Getriebevorrichtung 1 zu führendes Drehmoment vollständig über eines der Schaltelemente K1 bis K3 führbar ist. Das bedeutet, dass bei zugeschaltetem ersten Fahrbereich das erste Schaltelement K1 mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt wird, zu dem das erste Schaltelement K1 vollständig geschlossen ist. Die beiden anderen Schaltelemente K2 und K3 werden in diesem Betriebszustand der Getriebevorrichtung 1 in Wesentlichen druckfrei geschaltet und liegen in geöffnetem Zustand vor.
Bei einem Wechsel vom ersten Fahrbereich in den zweiten Fahrbereich erfolgt ausgehend vom ersten Schaltelement K1 in Richtung des zweiten Schaltelementes K2 eine Lastübernahme, wobei das erste Schaltelement K1 das abzuschaltende Schaltelement und das zweite Schaltelement K2 das zu zuschaltende Schaltelement ist. Liegt eine Anforderung für einen Wechsel vom zweiten Fahrbereich in Richtung des dritten Fahrbereiches vor, wird das zweite Schaltelement K2 abgeschaltet und das dritte Schaltelement K3 zugeschaltet.
Liegt jeweils eine Anforderung für einen Fahrbereichswechsel vom dritten Fahrbereich in Richtung des zweiten Fahrbereiches oder vom zweiten Fahrbereich in Richtung des ersten Fahrbereiches vor, ist jeweils das dritte Schaltelement K3 oder das zweite Schaltelement K2 das abzuschaltende Schaltelement, während das zweite Schaltelement K2 oder das erste Schaltelement K1 jeweils das zuzuschaltende Schaltelement darstellt.
Da im Bereich der mechanischen Einrichtung durch einen Wechsel des Fahrbereiches die durch die verschiedenen Zahnräder der mechanischen Einrichtung 6 jeweils fest vorgegebene Übersetzung wechselt, wird im Bereich der Hydrostateinrichtung 4 durch Verstellen des Schluckvolumens des Motors 11 und des Fördervolumens der Pumpe 10 eine Veränderung der Übersetzung im Bereich der Hydrostateinrichtung 4 dahingehend vorgenommen, dass sich am Ende des Fahrbereichswechsels dieselbe Übersetzung in der Getriebevorrichtung 1 einstellt wie vor dem Fahrbereichswechsel und die Gesamtübersetzung der Getriebevorrichtung 1 über den gesamten Betriebsbereich der Getriebevorrichtung 1 stufenlos veränderbar ist.
Grundsätzlich sind mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung, welche bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel mit drei Fahrbereichen ausgeführt ist, Fahrzeuge in einem Leistungsbereich von ca. 160 kW bis 310 kW, in dem die Fahrzeugmasse und damit die erforderliche Zugkraft um den Faktor 2,5 ansteigt, bei gleich bleibender Maximalgeschwindigkeit auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise ohne Unterbrechung im Bereich eines Abtriebsmomentes betreibbar, da die Getriebevorrichtung nach der Erfindung aufgrund der drei Fahrbereiche mit wirtschaftlich herstellbaren Hydrostaten ausführbar ist und eine hierfür ausreichende Überlappung der Fahrbereiche zur Verfügung steht.

1: Getriebevorrichtung
2: Antriebsmaschine
3: erster Leistungsbereich
4: Hydrostateinrichtung
5: zweiter Leistungsbereich
6: mechanische Einrichtung
7: Getriebeeingangswelle
8: Getriebeausgangswelle
9: Planetengetriebeeinrichtung
10: Pumpe
11: Motor
12 bis 15: Vorgelegewelle
16: Motorausgangswelle
17: Getriebepumpe
18: Zahnradpaarung
19: erstes Zahnrad, Stirnrad
20: Zahnrad, Stirnrad
21: erstes Sonnenrad
22: zweites Sonnenrad
23: Doppelplanetenrad
24: Planetenträger
25: Stirnrad
26: weiteres Stirnrad
27: Zahnrad
28: weiteres Zahnrad
29: Stirnrad
30: weiteres Stirnrad
31: Stirnrad
32: zusätzliches Stirnrad
33: Zahnrad
34: Schwingungsdämpfer
K1 bis K3: Schaltelement
KR, KV: Fahrtrichtungsschaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007047194 [0002]

Claims

Getriebevorrichtung (1) mit sekundär gekoppelter Leistungsverzweigung und mit nicht synchronem Bereichswechsel, wobei ein Teil eines anliegenden Drehmomentes in einem ersten Leistungszweig (3) wenigstens über eine Hydrostateinrichtung (4) und der andere Teil des Drehmomentes in einem zweiten Leistungszweig (5) über eine mechanische Einrichtung (6) zwischen einem Getriebeeingang (7) und einem Getriebeausgang (8) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens drei Fahrbereiche für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt vorgesehen sind, welche jeweils über wenigstens ein abzuschaltendes Schaltelement (K1, K2 oder K3) und wenigstens ein zuzuschaltendes Schaltelement (K1, K2 oder K3) umschaltbar sind.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrostateinrichtung (4) des ersten Leistungszweiges (3) wenigstens eine Pumpe (10) und wenigstens einen über einen hydraulischen Kreislauf damit wirkverbundenen Motor (11) umfasst, die beide verstellbar und vorzugsweise als Schrägachseneinheiten ausgeführt sind.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zueinander beabstandete Vorgelegewellen (12 bis 15) vorgesehen sind.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Getriebeeingang (7) und der Planetengetriebeeinrichtung (9) wenigstens zwei Fahrtrichtungsschaltelemente (KR, KV) vorgesehen sind, mittels welchen zwischen einem Modus für Vorwärtsfahrt und einem Modus für Rückwärtsfahrt umschaltbar ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebeeinrichtung (9) zwei Sonnenräder (21, 22) aufweist, die mit gemeinsamen Doppelplanetenrädern (23) in Eingriff stehen.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (7) über die Fahrtrichtungsschaltelemente (KR, KV) mit einem ersten Sonnenrad (21) der Planetengetriebeeinrichtung (9) in Wirkverbindung bringbar ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10) der Hydrostateinrichtung (4) mit einem Planetenträger (24) der Planetengetriebeeinrichtung (9) verbunden ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des anliegenden Drehmomentes über ein zweites Sonnenrad (22) der Planetengetriebeeinrichtung (9) in den die mechanische Einrichtung (6) aufweisenden zweiten Leistungszweig (5) einleitbar ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebepumpe (17) vorgesehen ist, die über eine weitere Getriebewelle (12) antreibbar ist, wobei zwischen der Getriebeeingangswelle (7) und der weiteren Getriebewelle (12) eine Zahnradpaarung (18) vorgesehen ist, aufgrund der die Drehzahl der weiteren Getriebewelle (12) höher als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (7) ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der die Pumpe (10) und den Motor (11) der Hydrostateinrichtung (4) verbindende hydraulische Kreislauf geschlossen ausgebildet ist und von der Getriebepumpe (17) mit Hydraulikfluid versorgbar ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (K1 bis K3) und/oder die Fahrtrichtungsschaltelemente (KR, KV) über die Getriebepumpe (17) mit hydraulischem Arbeitsdruck beaufschlagbar sind.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass über die Getriebepumpe (17) ein Schmier- und Kühlkreislauf mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schluckvolumen des Motors (11) und ein Fördervolumen der Pumpe (10) in einem Bereich von 0% bis 100% variierbar sind, wobei das anstehende Drehmoment bei maximalem Schluckvolumen des Motors (11) und minimalem Fördervolumen der Pumpe (10) vollständig über den die Hydrostateinrichtung (4) aufweisenden ersten Leistungszweig (3) und bei minimalem Schluckvolumen des Motors (11) und maximalem Fördervolumen der Pumpe (10) vollständig über den die mechanische Einrichtung (6) aufweisenden zweiten Leistungszweig (5) geführt wird.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (K1, K2, K3) und die Fahrtrichtungsschaltelemente (KR, KV) als reibschlüssige Lastschaltelemente ausgebildet sind.