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Die vorliegende Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe, insbesondere ein Splittergetriebe für ein landwirtschaftliches Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Getriebe für landwirtschaftliche Fahrzeuge umfassen in der Regel eine Anfahrkupplung, eine als Splitgruppe, das heißt als Splittergetriebe dienende lastschaltbare Eingangsgruppe, eine Hauptgruppe bzw. ein Hauptgetriebe und optional ein beispielsweise zwischen der Eingangsgruppe und dem Hauptgetriebe geschaltetes Zwischengetriebe, welches als Schnellganggetriebe oder als Kriechganggetriebe ausgeführt ist.
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Hierbei weist das Splittergetriebe in der Regel mehrere lastschaltbare Gänge mit einem geringen Stufensprung auf, wobei die Hauptgruppe mehrere Gänge aufweist, die einen hohen Stufensprung aufweisen, so dass durch die Kombination einer Splitgruppe mit einem nachgeschalteten Hauptgetriebe eine große Anzahl von Vorwärtsgängen ermöglicht wird, die zum Betrieb eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs erforderlich sind.
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Aus der
EP 0 495 942 B1 geht ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise hervor, welches vorzugsweise als Splittergetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs einsetzbar ist, welches vier in einem Gehäuse angeordnete Planetenradsätze, mehrere drehbare Wellen und mehrere Schaltelemente aufweist, wobei durch selektives Eingreifen der Schaltelemente verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes bewirkt werden, so dass acht Gänge realisierbar sind.
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Des Weiteren ist aus der noch nicht veröffentlichten
DE 10 2010 063 572.3 der Anmelderin ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches vorzugsweise als Splittergetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs einsetzbar ist, umfassend vier in einem Gehäuse angeordnete Planetenradsätze, mehrere drehbare Wellen und mehrere Schaltelemente, bei dem eine dritte Welle ein Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes mit einem Steg eines dritten Planetenradsatzes verbindet und mittels einer ersten Kupplung mit einer vierten Welle koppelbar ist, welche mit einem Hohlrad eines ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Ferner ist bei dem bekannten Getriebe vorgesehen, dass eine fünfte Welle einen Steg des ersten Planetenradsatzes mit einem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbindet, wobei die Antriebswelle des Getriebes mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und wobei die Abtriebswelle mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Mit dem aus der
DE 10 2010 063 572.3 bekannten Getriebe sind acht Gänge realisierbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise gemäß der
DE 10 2010 063 572.3 der Anmelderin ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe, insbesondere ein Splittergetriebe für ein landwirtschaftliches Fahrzeug, anzugeben, welches axial betrachtet einen geringeren Bauraumbedarf aufweist. Zudem soll der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe, insbesondere ein Splittergetriebe für ein landwirtschaftliches Fahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebswelle, zwei axial betrachtet hintereinander angeordnete Planetenradsätze, im Folgenden als erster und zweiter Planetenradsatz bezeichnet, eine parallel zur Längsachse der Planetenradsätze angeordnete Vorgelegewelle, welche die Abtriebswelle des Getriebes bildet, drei Stirnradstufen, im Folgenden als erste, zweite und dritte Stirnradstufe bezeichnet, und fünf Schaltelemente, umfassend eine Bremse und vier Kupplungen, umfasst, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, so dass vorzugsweise acht Vorwärtsgänge realisierbar sind.
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Die Planetenradsätze sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebeübersetzung.
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Gemäß der Erfindung ist die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden, wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über die Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist und über eine zweite Kupplung mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes lösbar verbindbar ist, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
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Ferner ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes über die erste Stirnradstufe und eine dritte Kupplung und über die zweite Stirnradstufe und eine vierte Kupplung mit der Abtriebswelle lösbar verbindbar, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem Stirnrad der dritten Stirnradstufe des Getriebes verbunden ist, deren zweites Stirnrad mit der Abtriebswelle verbunden ist.
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Des Weiteren ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass eine erste, fünfte oder sechste Kupplung vorgesehen ist, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz verblockbar ist.
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Die erste Kupplung kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung als Kupplung ausgeführt sein, welche das Sonnenrad mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet. Alternativ kann die fünfte Kupplung als Kupplung ausgeführt sein, welche den Steg mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet, wobei die sechste Kupplung als Kupplung ausgeführt sein kann, welche den Steg mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist derart konzipiert, dass der Bauraumbedarf axial betrachtet gering ist, wodurch eine Anordnung des Getriebes als Front-Quer-System vereinfacht wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen lastschaltbaren Mehrstufengetriebe wird durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen der Bauaufwand erheblich reduziert. In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen.
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Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
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Ferner liegen geringe Drehmomente in den Schaltelementen und in den Planetenradsätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Drehmomente eine entsprechend geringe Dimensionierung ermöglicht, wodurch der benötigte Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetenradsätzen vor.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
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1: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
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2: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
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3: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1 und 2;
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4: eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
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5: eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes lastschaltbares Mehrstufengetriebe dargestellt, mit einer Antriebswelle 1, zwei Planetenradsätzen P1, P2, einer parallel zur Längsachse der Planetenradsätze P1, P2 angeordneten Vorgelegewelle, welche die Abtriebswelle 2 des Getriebes bildet und mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Stirnradstufe S1, S2, S3, die in einem Gehäuse G angeordnet sind. Die Planetenradsätze P1, P2 sind bei dem in 1 gezeigten Beispiel als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann zumindest ein Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze axial betrachtet in der Reihenfolge P1, P2 angeordnet.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind fünf Schaltelemente, nämlich eine Bremse B1 und vier Kupplungen K1, K2, K3 und K4 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen und die Bremse des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, können aber auch als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
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Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von vorzugsweise acht Vorwärtsgängen realisierbar.
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Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 vorgesehen, dass die Antriebswelle 1 mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden ist, wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 über die Bremse B1 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar ist und über eine zweite Kupplung K2 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 lösbar verbindbar ist, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist.
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Bezugnehmend auf 1 ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 mit einem ersten
Stirnrad ST1 der ersten Stirnradstufe S1 verbunden, deren zweites Stirnrad ST2 über eine dritte Kupplung K3 mit der Abtriebswelle 2 lösbar verbindbar ist und mit einem ersten Stirnrad ST3 der zweiten Stirnradstufe S2 verbunden, deren zweites Stirnrad ST4 über eine vierte Kupplung K4 mit der Abtriebswelle 2 lösbar verbindbar ist, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 mit einem ersten Stirnrad ST5 der dritten Stirnradstufe S3 des Getriebes verbunden ist, deren zweites Stirnrad ST6 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist.
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Des Weiteren ist gemäß der Erfindung eine erste Kupplung K1 vorgesehen, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz P1 des Getriebes verblockbar ist, wobei die erste Kupplung K1 als Kupplung ausgeführt ist, welche das Sonnenrad mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 lösbar verbindet.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind die dritte und vierte Kupplung K3, K4 um die Abtriebswelle 2 angeordnet und können als Reibschaltelemente ausgeführt einen gemeinsamen Außenlamellenträger aufweisen. Ferner können die erste und die zweite Kupplung K1, K2 einen gemeinsamen Außenlamellenträger aufweisen, der gleichzeitig als Innenlamellenträger der Bremse B1 dienen kann.
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Im Rahmen einer weiteren, wirkungsgleichen Ausführungsform der Erfindung sind die dritte und vierte Kupplung K3, K4 um die Antriebswelle 1 angeordnet. Diese Ausführungsform ist Gegenstand der 2. Hierbei ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 über die dritte Kupplung K3 mit einem ersten Stirnrad ST1 der ersten Stirnradstufe S1 lösbar verbindbar, deren zweites Stirnrad ST2 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist und über die vierte Kupplung K4 mit einem ersten Stirnrad ST3 der zweiten Stirnradstufe S2 lösbar verbindbar, deren zweites Stirnrad ST4 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist.
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Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen ist es möglich, die dritte oder die vierte Kupplung K3, K4 um die Antriebswelle 1 und die vierte bzw. dritte Kupplung K4, K3 um die Abtriebswelle 2 des Getriebes anzuordnen.
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Die Antriebswelle 1 des Getriebes kann mit einem Nebenabtrieb (PTO) verbunden sein.
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In 3 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 und 2 dargestellt. Für jeden Gang werden zwei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge bzw. Stufensprünge ϕ zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei der Wert 3,09 die Spreizung des Getriebes darstellt. Wie 3 zu entnehmen, wird eine nahezu geometrische Stufung bei kleinen Stufensprüngen realisiert, wodurch sich das Getriebe als Splittergetriebe eignet.
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Die Werte für die Standgetriebeübersetzungen der als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze P1, P2 sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils –1,617 und –1,607, wobei die Übersetzungen der ersten, zweiten und dritten Stirnradstufe S1, S2, S3 jeweils 0,333, 0,677 und 1,000 betragen. Aus 3 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen.
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Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der Bremse B1 und der vierten Kupplung K4, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der Bremse B1 und der dritten Kupplung K3, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der Bremse B1 und der zweiten Kupplung K2, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und dritten Kupplung K2, K3, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und der vierten Kupplung K2, K4, der als Direktgang ausgeführte sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und der zweiten Kupplung K1, K2, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und der vierten Kupplung K1, K4 und der achte Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der ersten und der dritten Kupplung K1, K3.
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Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass anstelle der ersten Kupplung K1 eine fünfte Kupplung K5 vorgesehen ist, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz P1 verblockbar ist, wobei die fünfte Kupplung K5 als Kupplung ausgeführt ist, welche das Sonnenrad mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes P1 lösbar verbindet.
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Das Ausführungsbeispiel nach 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass anstelle der ersten Kupplung K1 eine sechste Kupplung K6 vorgesehen ist, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz P1 verblockbar ist, wobei die sechste Kupplung K6 als Kupplung ausgeführt ist, welche das Hohlrad mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes P1 lösbar verbindet.
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Für den Fall, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 4 die erste Kupplung K1 durch die fünfte Kupplung K5 ersetzt wird, wird im Schaltschema gemäß 3 die erste Kupplung K1 durch die fünfte Kupplung K5 ersetzt, wobei für den Fall, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 5 die erste Kupplung K1 durch die sechste Kupplung K6 ersetzt wird, im Schaltschema gemäß 3 die erste Kupplung K1 durch die sechste Kupplung K6 ersetzt wird.
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Aufgrund des erzielbaren nahezu geometrischen Stufensprungs des Mehrstufengetriebes kann der Antrieb mit dem Abtrieb vertauscht werden, so dass sie Antriebswelle 1 als Abtriebswelle 2 dient und umgekehrt. Das Getriebe kann als Splittergetriebe in ein Getriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs integriert werden, um in Kombination mit einem Gruppengetriebe mit hohen Stufensprüngen und optional mit einem Schnellganggetriebe oder mit einem Kriechganggetriebe in beliebiger geometrischer Reihenfolge eine sehr hohe Zahl an Gängen bei hoher Spreizung des Getriebes des landwirtschaftlichen Fahrzeugs zu realisieren.
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Der Antriebsmotor kann hierbei an jeder beliebigen Stelle der Antriebswelle angebracht sein, wobei der Abtrieb an jeder beliebigen Stelle der Abtriebswelle erfolgen kann.
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Die Rückwärtsgänge können beispielsweise mittels eines Wendegetriebes oder einer weiteren, aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr realisiert werden.
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Gemäß der Erfindung ergeben sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.
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Prinzipiell kann auf jeder Welle des erfindungsgemäßen Getriebes eine elektrische Maschine oder eine weitere Antriebsquelle angeordnet werden.
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Ferner ist es möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
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Als Anfahrelement des Getriebes kann ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine zusätzliche Anfahrkupplung, eine integrierte Anfahrkupplung oder Anfahrbremse, eine elektrische Maschine oder eine nach dem Stand der Technik ausgeführte Powerreversier-Einheit dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- Abtriebswelle
- B1
- Bremse
- G
- Gehäuse
- K1
- erste Kupplung
- K2
- zweite Kupplung
- K3
- dritte Kupplung
- K4
- vierte Kupplung
- K5
- fünfte Kupplung
- K6
- sechste Kupplung
- P1
- erster Planetenradsatz
- P2
- zweiter Planetenradsatz
- S1
- erste Stirnradstufe
- S2
- zweite Stirnradstufe
- S3
- dritte Stirnradstufe
- ST1
- erstes Stirnrad der ersten Stirnradstufe S1
- ST2
- zweites Stirnrad der ersten Stirnradstufe S1
- ST3
- erstes Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S2
- ST4
- zweites Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S2
- ST5
- erstes Stirnrad der dritten Stirnradstufe S3
- ST6
- zweites Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S3
- i
- Übersetzung
- ϕ
- Stufensprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0495942 B1 [0004]
- DE 102010063572 [0005, 0005, 0006]
