DE102010063572A1

DE102010063572A1 - Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise

Info

Publication number: DE102010063572A1
Application number: DE102010063572A
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: DE102010063572B4

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 und Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung acht verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- (2; 18; 25) und einer Abtriebswelle (3; 26; 32) darstellbar sind, wobei eine dritte Welle (13; 29) ein Sonnenrad eines zweiten Planetensatzes (5) mit einem Steg eines dritten Planetensatzes (6) verbindet und zudem mittels einer ersten Kupplung (11) mit einer vierten Welle (14; 21; 24) koppelbar ist, welche mit einem Hohlrad eines ersten Planetensatzes (4) in Verbindung steht, wobei eine fünfte Welle (15; 20; 22) einen Steg des ersten Planetensatzes (4) mit einem Steg des zweiten Planetensatzes (5) verbindet, und wobei die Antriebswelle (2; 18; 25) mit einem Sonnenrad des ersten Planetensatzes (4) und die Abtriebswelle (3; 26; 32) mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes (5) verbunden ist.

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 acht 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 der Schaltelemente und durch einen hierbei innerhalb der Planetensätze 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 einer weiteren mehrgängigen Getriebeeinheit in Form eines Gruppengetriebes mit hohen Stufensprüngen kombiniert, so dass durch diese Kombination ein Gesamtgetriebe mit einer hohen Anzahl an darstellbaren Gangstufen 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 verbindet eine dritte Welle ein Sonnenrad eines zweiten Planetensatzes mit einem Steg eines dritten Planetensatzes und kann zudem mittels einer ersten Kupplung mit einer vierten Welle gekoppelt werden, welche mit einem Hohlrad eines ersten Planetensatzes in Verbindung steht. Des Weiteren verbindet eine fünfte Welle einen Steg des ersten Planetensatzes mit einem Steg des zweiten Planetensatzes. Die Antriebswelle ist zudem mit einem Sonnenrad des ersten Planetensatzes gekoppelt, wohingegen die Abtriebswelle 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 vierte Welle zum einen mittels einer ersten Bremse am Gehäuse festgesetzt und zum anderen über eine zweite Kupplung mit der Antriebswelle verbunden werden. Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebswelle hingegen mittels einer zweiten Kupplung mit der fünften Welle koppelbar, während die vierte Welle mittels einer ersten Bremse am Gehäuse festsetzbar ist. Weiter alternativ hierzu kann die vierte Welle über eine zweite Kupplung mit der fünften Welle lösbar verbunden und mittels einer ersten Bremse am Gehäuse festgesetzt werden.
In Weiterbildung dieser Ausgestaltungen kann eine sechste Welle über eine zweite Bremse mit dem Gehäuse gekoppelt werden und steht mit einem Sonnenrad eines vierten Planetensatzes in Verbindung, dessen Steg mit der dritten Welle und dessen Hohlrad mit der Abtriebswelle verbunden ist. Hierzu alternativ ist eine sechste Welle über eine dritte Kupplung mit der dritten Welle lösbar verbindbar und mit einem Steg eines vierten Planetensatzes gekoppelt, dessen Hohlrad mit der Abtriebswelle und dessen Sonnenrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform kann eine sechste Welle über eine dritte Kupplung mit der Abtriebswelle verbunden werden und ist mit einem Hohlrad eines vierten Planetensatzes gekoppelt, dessen Steg mit der dritten Welle und dessen Sonnenrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
Entsprechend einer Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungen ist ein Sonnenrad des dritten Planetensatzes mit der Abtriebswelle und ein Hohlrad des dritten Planetensatzes mit einer siebten Welle gekoppelt, welche mittels einer weiteren Bremse am Gehäuse festsetzbar ist. Hierzu alternativ ist ein Hohlrad des dritten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse und ein Sonnenrad des dritten Planetensatzes mit einer siebten Welle gekoppelt, welche mittels einer weiteren Kupplung mit der Abtriebswelle verbunden werden kann.
In den Fällen der möglichen Koppelung der sechsten Welle mit dem Gehäuse über die zweite Bremse ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten und zweiten Bremse, wohingegen ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung geschaltet wird. Ein drittes Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der ersten Bremse, sowie der ersten Kupplung darstellbar. Des Weiteren ergibt sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung, sowie der ersten Kupplung, ein darauf folgendes, fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Bremse, sowie der ersten Kupplung. Ferner wird ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten und zweiten Kupplung geschaltet, während ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Bremse, sowie der zweiten Kupplung darstellbar ist. Schließlich ergibt sich ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung, sowie der zweiten Kupplung. Folglich lässt sich durch Betätigungen der Schaltelemente ein Mehrstufengetriebe mit insgesamt acht darstellbaren Gangstufen realisieren.
In den Fällen der möglichen Verbindung der sechsten Welle mit der dritten Welle oder der Abtriebswelle über die dritte Kupplung ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der dritten Kupplung, wohingegen ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung geschaltet wird. Ein drittes Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der ersten Bremse, sowie der ersten. Kupplung darstellbar. Des Weiteren ergibt sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung, sowie der ersten Kupplung, wohingegen ein fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten und dritten Kupplung geschaltet wird. Ferner ist ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten und zweiten Kupplung darstellbar, ein darauf folgendes, siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten und dritten Kupplung. Schließlich ergibt sich ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung, sowie der zweiten Kupplung. Somit lassen sich auch in diesem Fall acht Gangstufen darstellen.
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 eines Mehrstufengetriebes gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
4 eine schematische Ansicht einer weiteren, dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
5 eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
6 eine schematische Ansicht einer fünften bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
7 eine schematische Darstellung einer weiteren, sechsten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
Aus 1 geht eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Bevorzugt handelt es sich bei diesem Mehrstufengetriebe um ein Splittergetriebe eines Gesamtgetriebes einer Arbeitsmaschine, wobei ein derartiges Splittergetriebe innerhalb des Gesamtgetriebes üblicherweise als Lastschaltgetriebe in Kombination mit einer weiteren Getriebeeinheit in Form eines Gruppengetriebes verwendet wird, so dass durch diese Kombination des Splittergetriebes mit niedrigen Stufensprüngen mit dem Gruppengetriebe mit hohen Stufensprüngen eine große Anzahl an darstellbaren Übersetzungsverhältnissen bei gleichzeitig großer Spreizung des Gesamtgetriebes erreichbar ist. Aufgrund der großen Anzahl an darstellbaren Gangstufen eignet sich ein derartig aufgebautes Gesamtgetriebe insbesondere für die Anwendung im Bereich einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, bevorzugt einem Ackerschlepper. Des Weiteren erfolgt auch bevorzugt eine zusätzliche Kombination der beiden vorgenannten Getriebeeinheiten mit weiteren Getriebeeinheiten in Form einer Kriechgang- und/oder Wendeeinheit, wobei eine geometrische Reihenfolge der einzelnen Getriebeeinheiten im Gesamtgetriebe hierbei prinzipiell frei wählbar ist.
Wie in 1 dargestellt, weist das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ein – hier nur teilweise dargestelltes – Gehäuse 1 auf, welches eine Antriebswelle 2, eine Abtriebswelle 3 und vier Planetensätze 4, 5, 6 und 7 aufnimmt. Die Planetensätze 4, 5, 6 und 7 sind hierbei jeweils als Minusplanetensätze ausgebildet, wobei es aber im Rahmen der Erfindung ebenso gut denkbar ist, zumindest einen der Minusplanetensätze als Plusplanetensatz auszuführen. Hierbei sind dann gleichzeitig eine Steg- und eine Hohlradanbindung miteinander zu tauschen und der Betrag der Standübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minusplanetensatz um Eins zu erhöhen. Im vorliegenden Fall sind die Planetensätze 4, 5, 6 und 7 axial betrachtet in der Reihenfolge 4, 5, 6, 7 angeordnet, wobei aber auch eine anderweitige Anordnung in axialer Richtung denkbar ist.
Wie zudem in 1 dargestellt ist, umfasst das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe insgesamt fünf Schaltelemente, welche durch drei Bremsen 8, 9 und 10 und zwei Kupplungen 11 und 12 gebildet sind. Eine räumliche Anordnung dieser Schaltelemente kann dabei beliebig sein und wird nur durch deren Abmessungen, sowie die äußere Formgebung begrenzt. Dabei sind die Bremsen 8, 9 und 10 und die Kupplungen 11 und 12 vorliegend jeweils als Lamellenschaltelemente ausgeführt, wobei erfindungsgemäß aber ebenso gut auch eine Ausführung als formschlüssige Schaltelemente oder als anderweitig ausgebildete reibschlüssige Schaltelemente denkbar ist. Mittels Betätigung der Schaltelemente ist ein selektives Schalten verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 möglich. Wie des Weiteren erkennbar ist, sind in dem Gehäuse 1 insgesamt sieben 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 und eine siebte Welle 17 gebildet sind.
Erfindungsgemäß verbindet die dritte Welle 13 ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes 5, einen Steg des dritten Planetensatzes 6 und einen Steg des vierten Planetensatzes 7 miteinander und kann zudem über die erste Kupplung 11 mit der vierten Welle 14 gekoppelt werden. Die vierte Welle 14 steht im weiteren Verlauf mit einem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung und ist einerseits über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festsetzbar und andererseits mittels der zweiten Kupplung 12 mit der Antriebswelle 2 lösbar verbindbar, die des Weiteren mit einem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 verbunden ist. Ferner verbindet die fünfte Welle 15 einen Steg des ersten Planetensatzes 4 mit einem Steg des zweiten Planetensatzes 5.
Ein Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 ist des Weiteren mit der sechsten Welle 16 gekoppelt, welche über die zweite Bremse 9 am Gehäuse 1 festgesetzt werden kann. Ein Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 ist mit der siebten Welle 17 gekoppelt, welche mittels der weiteren Bremse 10 ebenfalls am Gehäuse 1 festsetzbar ist. Schließlich verbindet noch die Abtriebswelle 3 ein Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5, ein Sonnenrad des dritten Planetensatzes 6 und ein Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 miteinander.
2 zeigt ein beispielhaftes Schaltschema des Mehrstufengetriebes gemäß 1. Wie zu erkennen ist, sind zur Darstellung jedes einzelnen Übersetzungsverhältnisses jeweils zwei der fünf Schaltelemente geschlossen, wobei zum Schalten in ein jeweils benachbartes Übersetzungsverhältnis der Zustand zweier Schaltelemente zu verändern ist. Aus dem beispielhaften Schaltschema können zudem Übersetzungen i in den einzelnen Gangstufen, sowie sich ergebende Gangsprünge φ zum jeweils benachbarten Übersetzungsverhältnis beispielhaft entnommen werden. Prinzipiell ist hierbei die Höhe der einzelnen Übersetzungen über die Höhe des Standübersetzungen der Planetensätze 4, 5, 6 und 7 frei wählbar, wobei bevorzugt der erste Planetensatz 4 eine Standübersetzung von –1,617, der zweite Planetensatz 5 eine Standübersetzung von –1,607, der dritte Planetensatz 6 eine Standübersetzung von –2,040 und der vierte Planetensatz 7 eine Standübersetzung von –2,126 aufweist. Zudem ist in 2 eine bei diesen Standübersetzungen erreichbare, bevorzugte Spreizung des Mehrstufengetriebes von 3,09 angegeben.
Wie des Weiteren aus 2 hervorgeht, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe gemäß 1 insgesamt acht Übersetzungsverhältnisse realisieren. Hierbei ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse 8 und der zweiten Bremse 9, wobei zum Schalten in ein nächstes, zweites Übersetzungsverhältnis die zweite Bremse 9 zu öffnen und die weitere Bremse 10 zu betätigen ist. Ein sich an das zweite Übersetzungsverhältnis anschließendes, drittes Übersetzungsverhältnis wird ausgehend vom zweiten Übersetzungsverhältnis durch Öffnen der weiteren Bremse 10 und Betätigen der ersten Kupplung 11 dargestellt. Zum weiteren Hochschalten in ein viertes Übersetzungsverhältnis ist dann die erste Bremse 8 zu lösen und die weitere Bremse 10 zu schließen. Ein daran anschließendes, fünftes Übersetzungsverhältnis wird dargestellt, indem ausgehend vom vierten Übersetzungsverhältnis die weitere Bremse 10 wiederum geöffnet und die zweite Bremse 9 betätigt wird. Ein weiteres, sechstes Übersetzungsverhältnis wird dann durch Öffnen der zweiten Bremse 9 und Betätigen der zweiten Kupplung 12 geschaltet, wobei zum weiteren Hochschalten in ein siebtes Übersetzungsverhältnis die erste Kupplung 11 zu lösen und die zweite Bremse 9 zu schließen ist. Schließlich ergibt sich ein achtes Übersetzungsverhältnis, indem ausgehend vom siebten Übersetzungsverhältnis die zweite Bremse 9 wiederum geöffnet und die weitere Bremse 10 betätigt wird.
Aus 3 geht eine schematische Darstellung einer weiteren, zweiten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach 1 kann eine Antriebswelle 18, neben einer Verbindung mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4, mittels einer zweiten Kupplung 19 mit einer fünften Welle 20 verbunden werden, die im weiteren Verlauf, wie schon bei 1, mit dem Steg des ersten Planetensatzes 4 und dem Steg des zweiten Planetensatzes 5 in Verbindung steht. Des Weiteren ist eine vierte Welle 21 lediglich mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 verbunden und über die erste Kupplung 11 mit der dritten Welle 13 verbindbar, sowie über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festsetzbar.
Dabei stellt der Aufbau der zweiten Ausführungsform nach 3 eine wirkungsgleiche Getriebevariante zu der vorherigen Ausführungsform nach 1 dar, so dass in den einzelnen Gangstufen bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 auch jeweils die Übersetzungen i, sowie die Gangsprünge φ gemäß dem beispielhaften Schaltschema nach 2 erreicht werden. Hierbei ist das Beschriebene zu 2 allerdings dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der zweiten Kupplung 12 in 1 jeweils die zweite Kupplung 19 in 3 zu betätigen ist.
Des Weiteren ist in 4 eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes dargestellt. Unterschiedlich zu der Variante nach 1 ist hierbei, dass eine fünfte Welle 22, neben einer Verbindung mit dem Steg des ersten Planetensatzes 4 und dem Steg des zweiten Planetensatzes 5, über eine zweite Kupplung 23 mit einer vierten Welle 24 verbunden werden kann, die im weiteren Verlauf mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht und einerseits mittels der ersten Kupplung 11 mit der dritten Welle 13 gekoppelt und zum anderen über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festgesetzt werden kann. Ferner ist eine Antriebswelle 25 lediglich mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 verbunden.
Auch die Ausgestaltung nach 4 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Getriebeausführung zu der Ausgestaltung nach 1 dar, so dass bei ebenfalls gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 die in 2 angegebenen Übersetzungen i sowie die Gangsprünge φ erzielt werden. Hinsichtlich des Schaltens der einzelnen Gangstufen ist allerdings das zu 2 Beschriebene in Bezug auf die Ausgestaltung nach 4 dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der zweiten Kupplung 12 in 1 jeweils die zweite Kupplung 23 in 4 zu betätigen ist.
Aus 5 geht eine weitere, vierte bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor, wobei im Unterschied zu dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 zwischen einer Abtriebswelle 26 und dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes 6 eine siebte Welle 27 platziert ist, die mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes 6 verbunden ist und über eine weitere Kupplung 28 mit der Abtriebswelle 26 gekoppelt werden kann. Die Abtriebswelle 26 ist ansonsten, wie schon bei 1, mit den Hohlrädern des zweiten Planetensatzes 5 und des vierten Planetensatzes 7 verbunden.
Bezüglich einer Schaltung der einzelnen Gangstufen der zu dem Mehrstufengetriebe nach 1 wirkungsgleichen Getriebevariante ist das Beschriebene zu 2 dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der weiteren Bremse 10 in 1 jeweils die weitere Kupplung 28 in 5 zu betätigen ist.
Aus 6 geht ferner eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Unterschiedlich zu der Variante nach 1 ist hierbei, dass zwischen dem Steg des vierten Planetensatzes 7 und einer dritten Welle 29 eine sechste Welle 30 vorgesehen ist, welche mit dem Steg des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung steht und über eine dritte Kupplung 31 mit der dritten Welle 29 gekoppelt werden kann. Die dritte Welle 29 verbindet im weiteren Verlauf, wie schon bei 1, das Sonnenrad des zweiten Planetensatzes 5 mit dem Steg des dritten Planetensatzes 6 und ist ferner mittels der ersten Kupplung 11 mit der vierten Welle 14 verbindbar. Schließlich steht noch das Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 drehfest mit dem Gehäuse 1 in Verbindung.
Auch die Ausgestaltung nach 6 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes zu der Variante nach 1 dar. Folglich ist das beispielhafte Schaltschema nach 2 auch auf die Ausführungsform nach 6 anwendbar, wobei dieses hierbei hinsichtlich der Schaltungen der einzelnen Gangstufen dahingehend abzuwandeln ist, dass anstelle der zweiten Bremse 9 in 1 jeweils die dritte Kupplung 31 in 6 jeweils zu betätigen ist.
Schließlich geht aus 7 noch eine sechste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Im Unterschied zu der Variante nach 1 ist zwischen einer Abtriebswelle 32 und dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 eine sechste Welle 33 platziert, wobei diese sechste Welle 33 zum einen mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung steht und zum anderen über eine dritte Kupplung 34 mit der Abtriebswelle 32 gekoppelt werden kann. Die Abtriebswelle 32 verbindet im weiteren Verlauf, wie schon bei der Variante nach 1, das Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5 mit dem Sonnenrand des dritten Planetensatzes 6. Schließlich ist noch das Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 drehfest mit dem Gehäuse 1 gekoppelt.
Auch die sechste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes nach 7 ist wiederum wirkungsgleich ausgestaltet zu der Getriebevariante nach 1. Hinsichtlich des Schaltens der einzelnen Übersetzungsverhältnisse ist das beispielhafte Schaltschema nach 2 hierbei dahingehend abzuändern, dass anstelle der zweiten Bremse 9 in 1 jeweils die dritte Kupplung 34 in 7 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 zweiten Kupplung der 1, 3 und 4 mit den verschiedenen Positionen einer dritten Kupplung der 6 und 7 und einer weiteren Bremse bzw. weiteren Kupplung der 5 und 6 jeweils kombiniert werden.
Es ist 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 ein Weglassen der zweiten Kupplung 12 oder der ersten Bremse 8 vorzunehmen, was in einem Mehrstufengetriebe mit fünf darstellbaren Gängen resultieren würde.
Zudem sind die erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe bevorzugt koaxial aufgebaut, können aber auch mit seitlich achsparallel zueinander versetztem An- und Abtrieb realisiert werden, insbesondere zur Darstellung einer Front-Quer-Bauweise.
Es ist ferner 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 kann 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 bevorzugt ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung, eine Fliehkraftkupplung, etc. einsetzbar sind. Weiterhin sind hierbei als Anfahrelement auch eine integrierte Anfahrkupplung oder -bremse, eine zusätzliche E-Maschine oder eine Powershuttle-Einheit/Powerreversier-Einheit denkbar. 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: weitere Bremse
11: erste Kupplung
12: zweite Kupplung
13: dritte Welle
14: vierte Welle
15: fünfte Welle
16: sechste Welle
17: siebte Welle
18: Antriebswelle
19: zweite Kupplung
20: fünfte Welle
21: vierte Welle
22: fünfte Welle
23: zweite Kupplung
24: vierte Welle
25: Antriebswelle
26: Abtriebswelle
27: siebte Welle
28: weitere Kupplung
29: dritte Welle
30: sechste Welle
31: dritte Kupplung
32: Abtriebswelle
33: sechste Welle
34: dritte Kupplung

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