DE102010063502A1

DE102010063502A1 - Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise

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Publication number: DE102010063502A1
Application number: DE102010063502A
Authority: DE
Inventors: Martin Fellmann; Stefan Beck; Dr. Gumpoltsberger Gerhard
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: DE102010063502B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse (1), in welchem vier Planetensätze (4, 5, 6, 7) und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse (8, 9; 8) und Kupplungen (10, 11, 12; 10, 11, 20; 10, 11, 24; 10, 11, 12, 28; 10, 12, 30, 33) gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- (2; 31) und einer Abtriebswelle (3) darstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Welle (13) mit einem Sonnenrad eines zweiten Planetensatzes (5) verbunden und zum einen mittels einer ersten Bremse (8) am Gehäuse (1) festsetzbar und zum anderen über eine erste Kupplung (10) mit einer vierten Welle (14; 19; 26) koppelbar ist, die mit einem Sonnenrad eines dritten Planetensatzes (6) in Verbindung steht, wobei eine fünfte Welle (15; 22; 23; 32) ein Steg des zweiten Planetensatzes (5) mit einem Steg des dritten Planetensatzes (6) verbindet, wobei ein Hohlrad des dritten Planetensatzes (6) über eine sechste Welle (16; 21; 25) mit einem Hohlrad eines vierten Planetensatzes (7) gekoppelt ist, dessen Steg mit der Abtriebswelle (3) verbunden ist und dessen Sonnenrad mittels einer siebten. Welle (17; 27) mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes (5) in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse und Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle darstellbar sind.
Ein derartiges Mehrstufengetriebe kommt vorzugsweise als Splittergetriebe bei Arbeitsmaschinen zum Einsatz, wobei darstellbare Gänge des Splittergetriebes durch eine gezielte Betätigung von Schaltelementen und einen hierbei innerhalb von Planetensätzen jeweils wirksamen Leistungsfluss definiert werden. Mit „Splittergetriebe” wird hierbei üblicherweise eine Getriebeeinheit bezeichnet, mit welcher mehrere Übersetzungsverhältnisse mit geringen Stufensprüngen darstellbar sind. Bei einem Gesamtgetriebe einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, wie beispielsweise einem Traktor, wird ein derartiges Splittergetriebe als Lastschaltgetriebe üblicherweise mit einem weiteren mehrgängigen Getriebe in Form eines Gruppengetriebes mit hohen Stufensprüngen kombiniert, so dass durch diese Kombination ein Gesamtgetriebe mit einer hohen Anzahl an darstellbaren Fahrstufen bei gleichzeitig hoher Spreizung erreichbar ist. Häufig kommen hierbei weitere Getriebeeinheiten in Form einer Kriechgang- und/oder einer Wendeeinheit hinzu.
Aus der EP 0495942 B1 ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches als Splittergetriebe einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine mit einem Gruppengetriebe kombiniert wird. Dabei weist dieses Splittergetriebe ein Gehäuse auf, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen angeordnet sind, von denen eine die Antriebswelle und eine andere die Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes darstellt. Des Weiteren sind im Bereich der Wellen mehrere Schaltelemente vorgesehen, mittels deren gezielter Betätigung der Leistungsfluss innerhalb der vier Planetensätze variiert und damit verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle definierbar sind. Insgesamt sind hierdurch acht Übersetzungsverhältnisse des Mehrstufengetriebes darstellbar.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mittels welchem eine hohe Anzahl an Übersetzungsverhältnisse mit einer geringen Bauteilanzahl und damit bei einem niedrigen Gewicht und geringem Herstellungsaufwand realisierbar ist. Ferner sollte sich eine nahezu geometrische Übersetzungsreihe darstellen lassen, sowie die Belastungen der einzelnen Getriebeelemente reduziert sein. Zudem sollen kleine und nahezu geometrische Stufensprünge zwischen den einzelnen Übersetzungsverhältnissen, sowie eine kompakte Bauweise möglich sein. Schließlich sollen hohe Verzahnungswirkungsgrade erreichbar sein.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben dabei jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches in einem Gehäuse eine Antriebs- und eine Abtriebswelle, sowie weitere drehbare Wellen und vier Planetensätze aufnimmt. Die Planetensätze sind dabei bevorzugt in axialer Richtung betrachtet in der Reihenfolge erster Planetensatz, zweiter Planetensatz, dritter Planetensatz und vierter Planetensatz angeordnet und bevorzugt jeweils als Minusplanetensatz ausgebildet. Es ist jedoch ebenso denkbar, an Stellen, wo es die Bindbarkeit zulässt, einzelne oder mehrere der Minusplanetensätze in Plusplanetensätze umzuwandeln, wenn gleichzeitig eine Steg- und eine Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standübersetzung um Eins erhöht wird. Zudem ist auch eine anderweitige Anordnung der Planetensätze in axialer Richtung als die oben beschriebene im Rahmen der Erfindung denkbar.
Bekanntlich umfasst ein einfacher Minusplanetensatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, welcher Planetenräder drehbar gelagert trägt, die jeweils mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Bei festgesetztem Steg wird dabei eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung des Hohlrades erreicht.
Im Gegensatz hierzu umfasst ein einfacher Plusplanetensatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, welcher innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert trägt. Dabei kämmen alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad, wobei zudem jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad in Eingriff steht. Bei einem Festsetzen des Steges wird dabei eine gleiche Drehrichtung des Hohlrades gegenüber dem Sonnenrad erreicht.
Gemäß der Erfindung ist eine dritte Welle mit einem Sonnenrad eines zweiten Planetensatzes verbunden und kann zum einen mittels einer ersten Bremse am Gehäuse festgesetzt und zum anderen über eine erste Kupplung mit einer vierten Welle gekoppelt werden, die mit einem Sonnenrad eines dritten Planetensatzes in Verbindung steht. Des Weiteren verbindet eine fünfte Welle einen Steg des zweiten Planetensatzes mit einem Steg des dritten Planetensatzes. Ferner ist ein Hohlrad des dritten Planetensatzes über eine sechste Welle mit einem Hohlrad eines vierten Planetensatzes gekoppelt, dessen Steg mit der Abtriebswelle verbunden und dessen Sonnenrad mittels einer siebten Welle mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes in Verbindung steht.
Bevorzugt dient die Antriebswelle als Antrieb des Mehrstufengetriebes, d. h. zum Einleiten eines Drehmoments in das Mehrstufengetriebe. Sie ist daher insbesondere von einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungs- oder Elektromotor, antreibbar. Die Abtriebswelle dient dementsprechend bevorzugt als Abtrieb des Mehrstufengetriebes, d. h. zum Abgriff eines Drehmoments von dem Mehrstufengetriebe, insbesondere zum Betreiben eines Aggregats, beispielsweise einer Pumpe oder eines elektrischen Generators, oder eines Fahrzeugantriebs, beispielsweise eines Fahrzeugrads oder einer Fahrzeuggleiskette.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebswelle über eine zweite Kupplung mit der fünften Welle gekoppelt werden, die mittels einer dritten Kupplung mit der vierten Welle lösbar verbindbar ist. Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung ist die Antriebswelle über eine zweite Kupplung mit der fünften Welle koppelbar, wobei die vierte Welle mittels einer dritten Kupplung mit der sechsten Welle verbunden werden kann. Weiter alternativ kann die Antriebswelle über eine zweite Kupplung mit der fünften Welle gekoppelt werden, wobei die fünfte Welle zudem mittels einer dritten Kupplung mit der sechsten Welle lösbar verbindbar ist.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Steg eines ersten Planetensatzes mit der siebten Welle und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes mit einer achten Welle verbunden, welche mittels einer zweiten Bremse am Gehäuse festsetzbar ist. Schließlich ist ein Hohlrad des ersten Planetensatzes mit der Antriebswelle gekoppelt.
In diesem Fall ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen beider Bremsen, sowie der dritten Kupplung, wohingegen ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen beider Bremsen, sowie der ersten Kupplung geschaltet wird. Ein darauf folgendes, drittes Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der zweiten Bremse, sowie der ersten und dritten Kupplung darstellbar. Des Weiteren ergibt sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der zweiten Bremse, sowie der ersten und zweiten Kupplung, während ein fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Bremse, sowie der zweiten und dritten Kupplung wählbar ist. Ferner wird ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen sämtlicher Kupplungen geschaltet, wohingegen ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der zweiten und dritten Kupplung darstellbar ist. Schließlich ergibt sich ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der ersten und zweiten Kupplung.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Steg eines ersten Planetensatzes mit einer achten Welle verbunden, welche mittels einer vierten Kupplung mit der siebten Welle gekoppelt werden kann. Schließlich ist ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden, während ein Hohlrad des ersten Planetensatzes mit der Antriebswelle in Verbindung steht.
Weiter alternativ ist ein Hohlrad eines ersten Planetensatzes mit einer achten Welle verbunden, welche mittels einer vierten Kupplung mit der Antriebswelle koppelbar ist. Schließlich steht ein Steg des ersten Planetensatzes mit der siebten Welle und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse in Verbindung.
In den beiden letztgenannten Fällen ergibt sich jeweils ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der dritten und vierten Kupplung, wohingegen ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der ersten und vierten Kupplung darstellbar ist. Ein nächstes, drittes Übersetzungsverhältnis wird durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung geschaltet. Des Weiteren ergibt sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten, zweiten und vierten Kupplung, während ein fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung wählbar ist. Ferner wird ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten, zweiten und dritten Kupplung geschaltet, wohingegen ein darauf folgendes, siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der zweiten und dritten Kupplung darstellbar ist. Schließlich ergibt sich ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der ersten und zweiten Kupplung.
Bevorzugt beträgt zudem eine Standübersetzung des ersten Planetensatzes –1,616, eine Standübersetzung des zweiten Planetensatzes –1,621, eine Standübersetzung des dritten Planetensatzes –3,101 und eine Standübersetzung des vierten Planetensatzes –2,083.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle des Mehrstufengetriebes zur Realisierung eines Nebenabtriebs insbesondere durch das Mehrstufengetriebe hindurchgeführt und dient dabei neben der Abtriebswelle als zusätzlicher zweiter Abtrieb, beispielsweise im Sinne eines Zapfwellenabtriebs für austauschbare Nebenaggregate.
Grundsätzlich umfasst die Erfindung auch Ausführungen des Mehrstufengetriebes, bei denen Antrieb und Abtrieb kinematisch gegeneinander vertauscht sind. Hierbei dient die genannte Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes als dessen Antrieb, d. h. zum Einleiten eines Drehmoments in das Mehrstufengetriebe, beispielsweise mittels eines Antriebsmotors, und die genannte Antriebswelle des Mehrstufengetriebes dient als dessen Abtrieb, d. h. zum Abgriff eines Drehmoments von dem Mehrstufengetriebe, beispielsweise zum Betreiben eines Aggregats oder Fahrzeugantriebs. In einem Schaltschema des Mehrstufengetriebes kehrt sich die Reihenfolge der Übersetzungsverhältnisse dann entsprechend um.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs und der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch die Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
2 ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1;
3 eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
4 eine schematische Ansicht einer weiteren, dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
5 eine schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
6 eine schematische Ansicht einer weiteren, fünften bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
In 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes dargestellt, bei welchem es sich bevorzugt um ein Splittergetriebe eines Gesamtgetriebes einer Arbeitsmaschine handelt. Innerhalb dieses Gesamtgetriebes wird ein derartiges Splittergetriebe als Lastschaltgetriebe bevorzugt in Kombination mit einem Gruppengetriebe verwendet, so dass durch das Splittergetriebe mit niedrigen Stufensprüngen in Kombination mit dem Gruppengetriebe mit üblicherweise hohen Stufensprüngen die Darstellung einer hohen Anzahl an darstellbaren Übersetzungsverhältnissen bei gleichzeitig großer Spreizung des Gesamtgetriebes ermöglicht wird. Aufgrund dieser hohen Anzahl an darstellbaren Gangstufen eignet sich ein vorstehend ausgebildetes Gesamtgetriebe insbesondere für die Anwendung bei einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, wie beispielsweise einem Ackerschlepper. Des Weiteren erfolgt hierbei auch bevorzugt eine Kombination mit einer Kriechgang- und/oder einer Wendeeinheit. Dabei ist eine geometrische Reihenfolge der einzelnen Getriebeeinheiten im Gesamtgetriebe prinzipiell frei wählbar.
Wie aus 1 ersichtlich ist, verfügt das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe über ein Gehäuse 1, in welchem eine Antriebswelle 2, eine Abtriebswelle 3, sowie vier Planetensätze 4, 5, 6 und 7 aufgenommen sind. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ist hierbei mit einem seitlichen Abtrieb ausgeführt. Vorliegend sind die Planetensätze 4, 5, 6 und 7 zudem jeweils als Minusplanetensätze ausgebildet, wobei erfindungsgemäß aber ebenso gut eine Ausbildung zumindest eines der Minusplanetensätze als Plusplanetensatz denkbar ist. Hierzu ist allerdings gleichzeitig eine Steg- und eine Hohlradanbindung zu tauschen und der Betrag der Standübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minusplanetensatz um Eins zu erhöhen. Vorliegend sind die Planetensätze 4, 5, 6 und 7 axial betrachtet in der Reihenfolge 4, 5, 6, 7 angeordnet.
Wie ferner aus 1 ersichtlich ist, umfasst das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe insgesamt fünf Schaltelemente, welche sich aus zwei Bremsen 8 und 9 und drei Kupplungen 10, 11 und 12 zusammensetzen. Eine räumliche Anordnung dieser Schaltelemente kann dabei beliebig sein und wird nur durch deren Abmessungen, sowie die äußere Formgebung begrenzt. Vorliegend sind die Bremsen 8 und 9 und die Kupplungen 10, 11 und 12 jeweils als Lamellenschaltelemente ausgeführt, wobei es im Rahmen der Erfindung aber ebenso gut denkbar ist, diese jeweils als formschlüssige Schaltelemente oder als anderweitige reibschlüssige Schaltelemente auszuführen.
Durch gezielte Betätigung der Schaltelemente ist ein selektives Schalten verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 möglich. Zudem sind in dem Gehäuse insgesamt acht drehbare Wellen aufgenommen, welche neben der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 durch eine dritte Welle 13, eine vierte Welle 14, eine fünfte Welle 15, eine sechste Welle 16, eine siebte Welle 17 und eine achte Welle 18 gebildet sind.
Erfindungsgemäß ist die dritte Welle 13 mit einem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes 5 verbunden und kann über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festgesetzt werden. Des Weiteren ist die dritte Welle 13 noch über die erste Kupplung 10 mit der vierten Welle 14 lösbar verbindbar, welche wiederum mit einem Sonnenrad des dritten Planetensatzes 6 verbunden ist. Die fünfte Welle 15 verbindet Stege des zweiten Planetensatzes 5 und des dritten Planetensatzes 6 und kann einerseits mittels der zweiten Kupplung 11 mit der Antriebswelle 2 und andererseits über die dritte Kupplung 12 mit der vierten Welle 14 gekoppelt werden.
Des Weiteren verbindet die sechste Welle 16 ein Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 mit einem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7, dessen Steg mit der Abtriebswelle 3 und dessen Sonnenrad mit der siebten Welle 17 in Verbindung steht. Die siebte Welle 17 ist im weiteren Verlauf dann mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5 und einem Steg des ersten Planetensatzes 4 verbunden. Ferner ist ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 mit der achten Welle 18 gekoppelt, welche über die zweite Bremse 9 am Gehäuse 1 festgesetzt werden kann. Schließlich ist ein Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 noch mit der Antriebswelle 2 verbunden, die zudem axial in Richtung der ersten Bremse 8 verlängert ausgeführt ist.
Aus 2 geht des Weiteren ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 hervor, wobei zum Schalten jedes einzelnen Übersetzungsverhältnisses drei der fünf Schaltelemente geschlossen sind und zum Schalten in eine jeweils benachbarte Gangstufe der Zustand zweier Schaltelemente zu variieren ist. Aus dem beispielhaften Schaltschema können dabei die jeweiligen Übersetzungen i in den einzelnen Gängen, sowie die sich ergebenden Gangsprünge φ zum jeweils benachbarten Übersetzungsverhältnis beispielhaft entnommen werden. Prinzipiell ist die Höhe der einzelnen Übersetzungen über die Höhe der Standübersetzungen der Planetensätze 4, 5, 6 und 7 frei wählbar, wobei die in 2 angegebenen Werte bei bevorzugten Standübersetzungen von –1,616 beim ersten Planetensatz 4, von –1,621 beim zweiten Planetensatz 5, von –3,101 beim dritten Planetensatz 6 und von –2,083 beim vierten Planetensatz 7 erreicht werden. Ferner kann eine bevorzugte Spreizung des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes von 3,094 in 2 abgelesen werden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst eine Übersetzungsreihe des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes nach 1 insgesamt acht Übersetzungsverhältnisse. Hierbei ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse 8 und der zweiten Bremse 9, sowie der dritten Kupplung 12, wobei zum Schalten in ein nächstes, zweites Übersetzungsverhältnis die dritte Kupplung 12 zu öffnen und die erste Kupplung 10 zu betätigen ist. Ein daran anschließendes, drittes Übersetzungsverhältnis wird ausgehend vom zweiten Übersetzungsverhältnis dargestellt, indem die erste Bremse 8 geöffnet und die dritte Kupplung 12 geschlossen wird. Des Weiteren wird ein viertes Übersetzungsverhältnis ausgehend vom dritten Übersetzungsverhältnis durch Öffnen der dritten Kupplung 12 und Betätigen der zweiten Kupplung 11 geschaltet, während zum Wählen eines fünften Übersetzungsverhältnisses die erste Kupplung 10 zu öffnen und die dritte Kupplung 12 zu betätigen ist. Zum weiteren Hochschalten in ein sechstes Übersetzungsverhältnis ist dann die zweite Bremse 9 zu lösen und die erste Kupplung 10 zu schließen. Ein nächstes, siebtes Übersetzungsverhältnis wird dann ausgehend vom sechsten Übersetzungsverhältnis geschaltet, indem die erste Kupplung 10 wiederum geöffnet und die erste Bremse 8 betätigt wird. Schließlich wird ein achtes Übersetzungsverhältnis ausgehend vom siebten Übersetzungsverhältnis durch Öffnen der dritten Kupplung 12 und Betätigen der ersten Kupplung 10 geschaltet.
In 3 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes dargestellt. Im Unterschied zu der im Vorfeld beschriebenen Variante kann eine vierte Welle 19, neben einer Verbindung mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes und einer möglichen Ankopplung an die dritte Welle 13 mittels der ersten Kupplung 10, über eine dritte Kupplung 20 mit einer sechsten Welle 21 gekoppelt werden, die das Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 verbindet. Schließlich ist noch eine fünfte Welle 22 lediglich mit dem Steg des zweiten Planetensatzes 5 und dem Steg des dritten Planetensatzes 6 verbunden und kann über die zweite Kupplung 11 mit der Antriebswelle 2 verbunden werden.
Dabei ist der Aufbau gemäß der zweiten Ausführungsform nach 3 wirkungsgleich zu dem der vorherigen Ausführungsform gemäß 1, so dass in den einzelnen Gangstufen bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4, 5, 6 und 7 die Übersetzungen i sowie die Gangsprünge φ gemäß dem beispielhaften Schaltschema aus 2 erreicht werden. Die Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse unterscheidet sich zu der Beschreibung zu 2 nur dahingehend, dass anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 20 in 3 zu betätigen ist.
Des Weiteren geht aus 4 eine weitere, dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Hierbei ist unterschiedlich zu der Ausgestaltung gemäß 1, dass eine fünfte Welle 23, neben einer Verbindung mit den Stegen des zweiten Planetensatzes 5 und des dritten Planetensatzes 6, sowie der möglichen Ankopplung an die Antriebswelle 2 über die zweite Kupplung 11, zusätzlich über eine dritte Kupplung 24 mit einer sechsen Welle 25 verbunden werden kann, die, wie schon bei 1, die Hohlräder des dritten Planetensatzes 6 und des vierten Planetensatzes 7 miteinander verbindet. Zudem ist eine vierte Welle 26 lediglich mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes 6 verbunden und über die erste Kupplung 10 an die dritte Welle 13 ankoppelbar.
Auch die Ausgestaltung nach 4 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Getriebevariante zu der Ausführungsform nach 1 dar, so dass erneut bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 die in 2 angegebenen Übersetzungen i sowie die Gangsprünge φ erzielt werden. Auch ein Schalten der einzelnen Übersetzungsverhältnisse durch Betätigen der Schaltelemente entspricht dem Beschriebenen zu 2, wobei anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 24 in 4 zu betätigen ist.
Ferner geht aus 5 eine weitere, vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor, wobei im Unterschied zu der Ausgestaltung nach 1 eine siebte Welle 27, neben einer Verbindung mit dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 und dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5, mittels einer vierten Kupplung 28 mit einer achten Welle 29 verbunden werden kann. Diese achte Welle 29 ist dann im weiteren Verlauf mit dem Steg des ersten Planetensatzes 4 gekoppelt. Zudem ist das Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden.
Die Ausgestaltung gemäß 5 stellt ebenfalls wieder eine wirkungsgleiche Ausgestaltung eines Mehrstufengetriebes zu der Variante nach 1 dar. Folglich ist das Getriebeschemata nach 2 auch wiederum für die 5 anwendbar, wobei bei der Schaltung der Übersetzungsverhältnisse die Beschreibung zu 2 dahingehend abzuwandeln ist, dass anstelle der zweiten Bremse 9 in 1 jeweils die vierte Kupplung 28 in 5 zu betätigen ist.
Schließlich geht noch aus 6 eine weitere, fünfte bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Unterschiedlich zu 1 ist hierbei, dass eine zweite Kupplung 30, über welche eine Kopplung zwischen einer Antriebswelle 31 und einer fünften Welle 32 hergestellt werden kann, in radialer Richtung dichter an der Antriebswelle 31 platziert ist. Zudem ist die Antriebswelle 31 über eine vierte Kupplung 33 mit einer achten Welle 34 lösbar verbindbar, die im weiteren Verlauf mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 gekoppelt ist. Schließlich ist noch das Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden.
Das beispielhafte Schaltschema gemäß 2 ist hierbei auch wiederum auf die Ausgestaltung gemäß 6 hinsichtlich der Schaltung und der erreichbaren Übersetzungen i, sowie der Gangsprünge φ heranzuziehen, wobei bezüglich der Schaltung der einzelnen Gangstufen das Schaltschema dahingehend abzuwandeln ist, dass anstelle der zweiten Kupplung 11 in 1 jeweils die zweite Kupplung 30 in 6 und anstelle der zweiten Bremse 9 in 1 jeweils die vierte Kupplung 33 in 6 zu betätigen ist.
Mittels der einzelnen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Mehrstufengetriebes lässt sich ein Splittergetriebe für ein Arbeitsfahrzeug mit einem niedrigen Herstellungsaufwand und geringem Gewicht erzielen. Zudem treten bei den erfindungsgemäßen Mehrstufengetrieben jeweils niedrige Absolut- und Relativdrehzahlen, sowie niedrige Planetensatz- und Schaltelementmomente auf. Schließlich werden jeweils eine gute Übersetzungsreihe und gute Verzahnungswirkungsgrade bei gleichzeitig nahezu geometrischen Stufensprüngen erzielt.
Neben den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen sind hierbei weitere Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes denkbar, insbesondere indem die verschiedenen Möglichkeiten der Anordnung der dritten Kupplung der 3 und 4 mit den verschiedenen Positionen einer vierten Kupplung der 5 und 6 jeweils kombiniert werden.
Gemäß der Erfindung ist es zudem denkbar, einzelne Schaltelemente entweder wegfallen zu lassen oder durch eine starre Verbindung zu ersetzen, wodurch sich jeweils ein Mehrstufengetriebe mit einer reduzierten Anzahl an darstellbaren Übersetzungsverhältnissen ergibt. Bevorzugt wäre im Falle der Ausgestaltung nach 1 die zweite Kupplung 11 oder die zweite Bremse 9 durch eine starre Verbindung zu ersetzen, was jeweils in einem Mehrstufengetriebe mit fünf darstellbaren Gängen resultieren würde.
Erfindungsgemäß ist es zudem möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse, oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden. Des Weiteren können der Abtrieb prinzipiell überall an der jeweiligen Abtriebswelle und der Antrieb prinzipiell auch überall an der jeweiligen Antriebswelle angeordnet sein.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die jeweilige Antriebswelle durch ein Kupplungselement von einem Antriebsmotor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung, eine Fliehkraftkupplung, etc. einsetzbar sind. Zudem ist es auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die jeweilige Antriebswelle ständig mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors verbunden ist. Alternativ kann auch eines der Schaltelemente des Mehrstufengetriebes als internes Anfahrelement genutzt werden. Dieses interne Anfahrelement sollte in den potentiellen Anfahrgängen vorzugsweise geschlossen sein, d. h. es wird während des Anfahrvorgangs geschlossen.
Zudem ist es möglich zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe einen Torsionsschwingungsdämpfer anzuordnen.
Schließlich ist es im Rahmen der Erfindung ebenso denkbar, auf jeder der Wellen, bevorzugt auf der jeweiligen Antriebswelle oder der jeweiligen Abtriebswelle eine elektrische Maschine als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine anzuordnen. Selbstverständlich fällt auch jede, konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumlich Anordnung der Planetensätze und der Schaltelemente 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 Ausbildung nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Antriebswelle
3: Abtriebswelle
4: erster Planetensatz
5: zweiter Planetensatz
6: dritter Planetensatz
7: vierter Planetensatz
8: erste Bremse
9: zweite Bremse
10: erste Kupplung
11: zweite Kupplung
12: dritte Kupplung
13: dritte Welle
14: vierte Welle
15: fünfte Welle
16: sechste Welle
17: siebte Welle
18: achte Welle
19: vierte Welle
20: dritte Kupplung
21: sechste Welle
22: fünfte Welle
23: fünfte Welle
24: dritte Kupplung
25: sechste Welle
26: vierte Welle
27: siebte Welle
28: vierte Kupplung
29: achte Welle
30: zweite Kupplung
31: Antriebswelle
32: fünfte Welle
33: vierte Kupplung
34: achte Welle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0495942 B1 [0003]

Claims

Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse (1), in welchem vier Planetensätze (4, 5, 6, 7) und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse (8, 9; 8) und Kupplungen (10, 11, 12; 10, 11, 20; 10, 11, 24; 10, 11, 12, 28; 10, 12, 30, 33) gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- (2; 31) und einer Abtriebswelle (3) darstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Welle (13) mit einem Sonnenrad eines zweiten Planetensatzes (5) verbunden und zum einen mittels einer ersten Bremse (8) am Gehäuse (1) festsetzbar und zum anderen über eine erste Kupplung (10) mit einer vierten Welle (14; 19; 26) koppelbar ist, die mit einem Sonnenrad eines dritten Planetensatzes (6) in Verbindung steht, wobei eine fünfte Welle (15; 22; 23; 32) einen Steg des zweiten Planetensatzes (5) mit einem Steg des dritten Planetensatzes (6) verbindet, wobei ein Hohlrad des dritten Planetensatzes (6) über eine sechste Welle (16; 21; 25) mit einem Hohlrad eines vierten Planetensatzes (7) gekoppelt ist, dessen Steg mit der Abtriebswelle (3) verbunden ist und dessen Sonnenrad mittels einer siebten Welle (17; 27) mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes (5) in Verbindung steht.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2; 31) über eine zweite Kupplung (11; 30) mit der fünften Welle (15; 32) koppelbar ist, die mittels einer dritten Kupplung (12) mit der vierten Welle (14) lösbar verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) über eine zweite Kupplung (11) mit der fünften Welle (22) koppelbar ist, wobei die vierte Welle (19) mittels einer dritten Kupplung (20) mit der sechsten Welle (21) lösbar verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) über eine zweite Kupplung (11) mit der fünften Welle (23) koppelbar ist, wobei die fünfte Welle (23) mittels einer dritten Kupplung (24) mit der sechsten Welle (25) lösbar verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg eines ersten Planetensatzes (4) mit der siebten Welle (17) und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes (4) mit einer achten Welle (18) verbunden ist, welche mittels einer zweiten Bremse (9) am Gehäuse (1) festsetzbar ist, wobei ein Hohlrad des ersten Planetensatzes (4) mit der Antriebswelle (2) gekoppelt ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg eines ersten Planetensatzes (4) mit einer achten Welle (29) verbunden ist, welche mittels einer vierten Kupplung (28) mit der siebten Welle (27) koppelbar ist, wobei ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes (4) drehfest mit dem Gehäuse (1) und ein Hohlrad des ersten Planetensatzes (4) mit der Antriebswelle (2) in Verbindung steht.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad eines ersten Planetensatzes (4) mit einer achten Welle (34) verbunden ist, welche mittels einer vierten Kupplung (33) mit der Antriebswelle (31) koppelbar ist, wobei ein Steg des ersten Planetensatzes (4) mit der siebten Welle (17) und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes (4) drehfest mit dem Gehäuse (1) in Verbindung steht.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen beider Bremsen (8, 9), sowie der dritten Kupplung (12; 20; 24), ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen beider Bremsen (8, 9), sowie der ersten Kupplung (10), ein drittes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Bremse (9), sowie der ersten (10) und dritten Kupplung (12; 20; 24), ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der zweiten Bremse (9), sowie der ersten (10) und zweiten Kupplung (11), ein fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Bremse (9), sowie der zweiten (11) und dritten Kupplung (12; 20; 24), ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen sämtlicher Kupplungen (10, 11, 12; 10, 11, 20; 10, 11, 24), ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse (8), sowie der zweiten (11) und dritten Kupplung (12; 20; 24), und ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse (8), sowie der ersten (10) und zweiten Kupplung (11) ergibt.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse (8), sowie der dritten (12) und vierten Kupplung (28; 33), ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse (8), sowie der ersten (10) und vierten Kupplung (28; 33), ein drittes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten (10), dritten (12) und vierten Kupplung (28; 33), ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten (10), zweiten (11; 30) und vierten Kupplung (28; 33), ein fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten (11; 30), dritten (12) und vierten Kupplung (28; 33), ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten (10), zweiten (11; 30) und dritten Kupplung (12), ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse (8), sowie der zweiten (11; 30) und dritten Kupplung (12), und ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse (8), sowie der ersten (10) und zweiten Kupplung (11; 30) ergibt.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Standübersetzung des ersten Planetensatzes (4) –1,616, eine Standübersetzung des zweiten Planetensatzes (5) –1,621, eine Standübersetzung des dritten Planetensatzes (6) –3,101 und eine Standübersetzung des vierten Planetensatzes (7) –2,083 beträgt.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (3) als Antrieb und die Antriebswelle (2; 31) als Abtrieb des Mehrstufengetriebes dient.