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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit wenigstens einem Variator zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Bei aus der Praxis bekannten Getriebevorrichtungen, die mit einem Variator zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung der Getriebevorrichtung sowie mit primärer Kopplung des Variators an eine Getriebeeingangswelle und mit einer Planetengetriebeeinrichtung, die mit der Getriebeeingangswelle, dem Variator sowie einem Schaltgetriebebereich gekoppelt ist, ausgeführt sind, sind im Bereich des Schaltgetriebebereiches in Verbindung mit dem Variator mehrere Übersetzungsbereiche darstellbar. Die Übersetzung ist innerhalb der Übersetzungsbereiche über den Variator jeweils stufenlos veränderbar.
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Derartige Getriebevorrichtungen werden oftmals in landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder Arbeitsmaschinen eingesetzt, wobei zur Steuerung von Arbeitsprozessen oder zur Vermeidung von Überbelastungen von Getriebeteilen der Bedarf besteht, die jeweils aktuell an den Getriebeteilen anliegenden Drehmomente mit hoher Genauigkeit zu ermitteln.
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Einrichtungen zum Ermitteln eines über das Getriebe geführten Drehmomentes werden oftmals im Bereich einer mit der Getriebevorrichtung gekoppelten Antriebsmaschine, im Bereich einer Getriebeeingangswelle oder im Bereich einer Getriebeausgangswelle positioniert. So ist es beispielsweise aus der
DE 102 57 139 A1 bekannt, einen Drehmomentsensor im Bereich einer Getriebeeingangswelle eines automatischen Getriebes anzuordnen.
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Die bekannten Vorgehensweisen zur Ermittlung eines über eine Getriebevorrichtung geführten Drehmomentes sind nachteilhafterweise nicht dazu geeignet, bei stufenlos leistungsverzweigten Getriebevorrichtungen ein aktuell vorliegendes Drehmoment mit einer gewünschten Genauigkeit zu ermitteln und in deren Abhängigkeit unzulässig hohe Belastungen im Bereich sensibler Baugruppen einer solchen Getriebevorrichtung, beispielsweise im Bereich des Variators, rechtzeitig zu erkennen und durch entsprechende Maßnahmen vermeiden zu können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebevorrichtung mit einem Variator mit primärer Kopplung zur Verfügung zu stellen, deren Übersetzung stufenlos variierbar ist und in der unzulässig hohe Belastungen vermeidbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit wenigstens einem Variator zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung, mit primärer Kopplung des Variators an eine Getriebeeingangswelle und mit einer Planetengetriebeeinrichtung, die mit der Getriebeeingangswelle, dem Variator sowie einem Schaltgetriebebereich gekoppelt ist, in deren Bereich in Verbindung mit dem Variator mehrere Übersetzungsbereiche darstellbar sind, ist die Übersetzung innerhalb der Übersetzungsbereiche über den Variator jeweils stufenlos veränderbar.
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Dadurch, dass im Leistungspfad zwischen dem Variator und der Planetengetriebeeinrichtung, dessen Drehzahl in Abhängigkeit der im Bereich des Variators vorliegenden Übersetzung veränderbar ist, eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der ein aktuell im Leistungspfad geführtes Drehmoment messtechnisch ermittelbar ist, sind eine sichere Aussage über die Belastung des Getriebeabtriebs mit lediglich einer einzigen Messstelle im Fahrzeugantriebsstrang treffbar und unzulässig hohe Belastungen im Bereich der Getriebevorrichtung, insbesondere im Bereich des Variators, rechtzeitig erkennbar und mit geringem Steuer- und Regelaufwand vermeidbar.
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Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Drehmomentmessstelle bzw. die Einrichtung zur messtechnischen Ermittlung des aktuell im Leistungspfad geführten Drehmomentes in einem Getriebebereich angeordnet ist, von dem ausgehend eine ausreichend genaue Umrechnung auf die Abtriebsstrangkomponenten eines mit der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges möglich ist.
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Die unmittelbare Anordnung der eine Drehmomentmessstelle darstellenden Einrichtung direkt neben dem Variator bietet zusätzlich vorteilhafterweise die Möglichkeit, eine Belastung im Bereich des Variators ohne Rückwirkungen aus dem Getriebesystem, die durch Verlustleistungen im Bereich von Wälzkontakten, Schleppverlusten im Bereich von weiteren Getriebebauteilen und dergleichen entstehen, zu ermitteln. Dies ist insbesondere bei konstruktiv aufwändiger ausgeführten Getriebestrukturen von Vorteil.
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Erfolgen Regel- und/oder Steuerungsvorgänge des Variators basierend auf den Messdaten der Einrichtung, ist die erfindungsgemäße Anordnung der Einrichtung als optimal anzusehen.
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Des Weiteren sind mit Hilfe des über die Einrichtung gemessenen Drehmomentes unabhängig vom Einfluss des Wirkungsgrades des Variators im Bereich eines Fahrzeugabtriebes wirkende Drehmomente mit ausreichender Genauigkeit bestimmbar und für Regel- und/oder Steueraufgaben mit Bezug zur Abtriebsstranglast verwendbar.
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Ist der Variator als Hydrostateinrichtung mit zwei Hydrostateinheiten ausgeführt, bietet die erfindungsgemäße Drehmomentmessung im Vergleich zu einer Druckmessung im Bereich des Hydrostaten vorteilhafterweise die Möglichkeit, einen Eingriff in funktionskritische Hochdruckkreisläufe am Hydrostaten mit Bauteilen, deren Versagen einen Ausfall des gesamten Getriebes zur Folge hätte, auf konstruktiv einfache Art und Weise zu vermeiden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist die mit der Getriebeeingangswelle verbundene Hydrostateinheit als Verstelleinheit und die mit der Planetengetriebeeinrichtung gekoppelte Hydrostateinheit als Konstanteinheit ausgebildet.
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Damit kann aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Einrichtung zum messtechnischen Ermitteln des im Leistungspfad zwischen dem Variator und der Planetengetriebeeinrichtung geführten Drehmomentes bzw. aufgrund der direkten Anordnung neben der Konstanteinheit des Hydrostaten der Hydrostatdruck unmittelbar in Abhängigkeit des ermittelten Drehmomentwertes bestimmt werden. Dies ist deshalb möglich, da ein aus der jeweils aktuell vorliegenden Schwenkscheibenposition resultierender Einfluss einer Verstelleinheit auf den Hydrostatdruck im Unterschied zu einer Anordnung neben der Verstelleinheit nicht zu berücksichtigen ist. Eine Konstanteinheit eines Hydrostaten stellt im Unterschied zu einer Verstelleinheit eine Einheit mit konstanter Position der Schwenkscheibe dar. Deshalb ist die in den Wirkungsgrad der Verstelleinheit eingehende Schwenkscheibenposition nicht zu berücksichtigen und der Betrieb der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit deutlich geringeren Kosten durchführbar.
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Umfasst die Einrichtung einen magnetorestriktiven Sensor bzw. ein berührungslos arbeitendes Drehmomentmesssystem, das auf der Erfassung der Veränderung des Magnetfeldes einer aufmagnetisierten Welle unter Torsionsspannung basiert, ist das aktuell im Leistungspfad geführte Drehmoment mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf bestimmbar.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges, der mit einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführt ist.
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1 zeigt einen Fahrzeugantriebsstrang 1 mit einer Getriebevorrichtung 2, die einen Variator 3 zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung der Getriebevorrichtung 2 aufweist. Eine Planetengetriebeeinrichtung 4 der Getriebevorrichtung 2 ist mit einer Getriebeeingangswelle 5, einer Welle 6 des Variators 3 sowie einer Schaltgetriebeeinrichtung 7 gekoppelt, in dessen Bereich in Verbindung mit dem Variator 3 jeweils vier Übersetzungsbereiche für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt darstellbar sind. Die Übersetzung der Getriebevorrichtung 2 ist innerhalb der vier Übersetzungsbereiche über den Variator 3 jeweils stufenlos veränderbar, wobei der Variator 3 im Bereich einer zweiten Welle 8 hierfür über eine Getriebeeinrichtung 9 auch mit der Getriebeeingangswelle 5 verbunden ist.
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Der Variator 3 umfasst eine als Verstelleinheit mit zwei Drehrichtungen ausgeführte Hydraulikeinheit 10 und eine weitere als Konstanteinheit ausgeführte Hydraulikeinheit 11, wobei auch die Konstanteinheit in zwei verschiedenen Drehrichtungen betreibbar ist. Die Schaltgetriebeeinrichtung 7 umfasst neben der Planetengetriebeeinrichtung 4 drei weitere Planetengetriebeeinrichtungen 12 bis 14, deren Wellen zur Darstellung der vier Übersetzungsbereiche über fünf reibschlüssige Schaltelemente 15 bis 19 in der später näher beschriebenen Art und Weise miteinander koppelbar sind und die alle koaxial auf der Getriebeeingangswelle 5 angeordnet sind.
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Getriebeausgangsseitig der Schaltgetriebeeinrichtung 7 ist eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte und an sich bekannte Reversiereinheit mit zwei weiteren reibschlüssigen Schaltelementen vorgesehen, wobei bei geschlossenem ersten reibschlüssigem Schaltelement jeweils ein Vorwärtsfahrbetrieb darstellbar ist, während bei geschlossenem zweiten reibschlüssigen Schaltelement ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 und der Getriebevorrichtung 2 ausgeführtes Fahrzeug in Rückwärtsfahrtrichtung betreibbar ist.
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Die Getriebeeinrichtung 9 umfasst vorliegend ein drehfest mit der Getriebeeingangswelle 5 verbundenes erstes Zahnrad 20, das mit einem Zwischenrad 21 kämmt. Das Zwischenrad 21 steht wiederum mit einem drehfest mit der Welle 8 des Variators 3 verbundenen weiteren Zahnrad 22 in Wirkverbindung. Zusätzlich steht die Getriebeeingangswelle 5 über ein Winkelgetriebe 23 mit einer Hydraulikpumpeneinheit 24 in Wirkverbindung, über welche eine Lenkeinrichtung sowie hydraulische Verbraucher eines Fahrzeuges mit Hydraulikfluid versorgbar sind.
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Im Bereich eines weiteren reibschlüssigen Schaltelementes 25 ist die mit einer Antriebsmaschine 26 des Fahrzeugantriebsstranges 1 verbundene Getriebeeingangswelle 5 mit einer Antriebswelle 27 koppelbar, über welche Nebenabtriebe eines vorzugsweise als Traktor oder dergleichen ausgeführten Fahrzeuges antreibbar sind.
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Die erste Planetengetriebeeinrichtung 4 ist vorliegend im Bereich eines Sonnenrades 28 über ein mit einem drehfest mit der Welle 6 des Variators 3 verbundenen Zahnrad 30 kämmendes weiteres Zahnrad 31 mit dem Variator 3 wirkverbunden, während ein Planetenträger 32 der ersten Planetengetriebeeinrichtung 4 mit einem Hohlrad 33 der zweiten Planetengetriebeeinrichtung 12 und einem Planetenträger 34 der dritten Planetengetriebeeinrichtung 13 drehfest verbunden ist. Ein Hohlrad 35 der ersten Planetengetriebeeinrichtung 4 ist mit einem Planetenträger 36 der zweiten Planetengetriebeeinrichtung 12 gekoppelt. Ein Sonnenrad 37 der zweiten Planetengetriebeeinrichtung 12 ist drehfest mit einem Sonnenrad 38 der dritten Planetengetriebeeinrichtung 13 verbunden.
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Ein Hohlrad 39 der dritten Planetengetriebeeinrichtung 13 ist über das erste reibschlüssige Schaltelement 15 mit einem Sonnenrad 40 der vierten Planetengetriebeeinrichtung 14 koppelbar, während die Sonnenräder 37 und 38 der Planetengetriebeeinrichtungen 12 und 13 über das zweite reibschlüssige Schaltelement 16 mit dem Sonnenrad 40 der vierten Planetengetriebeeinrichtung 14 in Wirkverbindung bringbar sind. Der Planetenträger 32 der ersten Planetengetriebeeinrichtung 4, das Hohlrad 33 der zweiten Planetengetriebeeinrichtung 12 und der Planetenträger 34 der dritten Planetengetriebeeinrichtung 13 sind über das dritte reibschlüssige Schaltelement 17 mit einem Planetenträger 41 der vierten Planetengetriebeeinrichtung 14 in Wirkverbindung bringbar, der mit einem gemeinsamen Außenlamellenträger der reibschlüssigen Schaltelemente der Reversiereinheit verbunden ist. Eine als Hohlrad ausgeführte Welle 29 der vierten Planetengetriebeeinrichtung 14 ist über das als Bremse ausgeführte reibschlüssige Schaltelement 19 drehfest darstellbar.
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Zur Darstellung des ersten Übersetzungsbereiches für Vorwärtsfahrt oder für Rückwärtsfahrt sind die reibschlüssigen Schaltelemente 15 und 19 in geschlossenen Betriebszustand zu überführen, während die weiteren reibschlüssigen Schaltelemente 16, 17 und 18 zu öffnen sind. Liegt eine entsprechende Anforderung zum Wechsel in den zweiten Übersetzungsbereich ausgehend vom ersten Übersetzungsbereich vor, ist das erste reibschlüssige Schaltelement 15 zu öffnen und das zweite reibschlüssige Schaltelement 16 zu schließen, während das reibschlüssige Schaltelement 19 in geschlossenem Zustand und die Schaltelemente 17 und 18 in geöffnetem Zustand gehalten werden.
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Soll ausgehend vom zweiten Übersetzungsbereich in den dritten Übersetzungsbereich gewechselt werden, ist das reibschlüssige Schaltelement 19 zu öffnen und das reibschlüssige Schaltelement 17 zu schließen, während bei einem Wechsel von dem dritten Übersetzungsbereich in den vierten Übersetzungsbereich das reibschlüssige Schaltelement 17 zu öffnen und das weitere reibschlüssige Schaltelement 18 bei gleichzeitig geschlossenem reibschlüssigen Schaltelement 16 in seinen geschlossenen Betriebszustand zu überführen ist.
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Im Leistungspfad zwischen dem Variator 3 und der Planetengetriebeeinrichtung 4 bzw. auf der Welle 6 des Variators 3 ist vorliegend eine Einrichtung 42 vorgesehen, mittels der ein aktuell im Leistungspfad zwischen der Konstanteinheit 11 und dem Sonnenrad 28 der ersten Planetengetriebeeinrichtung 4 aktuell geführtes Drehmoment messtechnisch ermittelbar ist. Im Bereich des Leistungspfades zwischen dem Variator 3 bzw. dessen Konstanteinheit 11 und dem Sonnenrad 28 der ersten Planetengetriebeeinrichtung 4 ist in Abhängigkeit der im Bereich des Variators 3 vorliegenden Übersetzung die Drehzahl veränderbar. Damit ist im Bereich der Getriebevorrichtung 2 zur Bestimmung des Leistungsflusses im Fahrzeugantriebsstrang 1 nur eine Drehmomentmessstelle vorgesehen, wobei die Einrichtung zur messtechnischen Ermittlung des Drehmomentes im Leistungsflusszweig des Variators 3 angeordnet ist.
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Die Einrichtung 42 basiert auf einem berührungslos arbeitenden Drehmomentmessverfahren, das auf der Erfassung der Veränderung des Magnetfeldes einer aufmagnetisierten Welle, d. h. vorliegend der Welle 6 des Variators 3, unter Torsionsspannung basiert. Damit ist die Einrichtung 42 mit einem magnetorestriktiven Sensor ausgeführt.
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In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles ist die Einrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes auch mit einer beliebig anderen Drehmomentmesseinrichtung ausführbar. Vorteil der Anordnung der Einrichtung 42 im Leistungspfad zwischen dem Variator 3 und der ersten Planetengetriebeeinrichtung 4, die ein Summierplanetengetriebe darstellt, ist, dass bei der stufenlosen, leistungsverzweigten Getriebevorrichtung 2 die zusätzlichen Leistungsabnehmer, wie die Nebenabtriebe im Bereich der Antriebswelle 27 oder die Hydraulikpumpeneinrichtung 24, meist direkt an den Getriebezweig angeschlossen sind, der mit der vorzugsweise als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 26 gekoppelt ist.
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Generell wird bei der erfindungsgemäß dargestellten Anordnung der Drehmomentsensorik nur der Leistungsteil mit hoher Genauigkeit erfasst, der tatsächlich in Richtung des Abtriebs des Fahrzeugantriebsstranges 1 geleitet wird. Eine Änderung des Leistungsverbrauchs im Bereich der Nebenabtriebe wird über die Einrichtung 42 ebenso wie eine Änderung der Antriebsleistung, die sich auf die verfügbare Fahrantriebsleistung auswirkt, erfasst.
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Die Anordnung der Einrichtung 42 am angegeben Ort, d. h. in unmittelbarer Nähe der Konstanteinheit 11 des als Hydrostateinheit ausgeführten Variators 3 bietet vorteilhafterweise die Möglichkeit, den Druck im Arbeitskreis des Variators 3 bzw. der Hydrostateinheit genau zu berechnen. Dies wird durch die bekannten Eigenschaften der Konstanteinheit 11 ermöglicht.
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Die über die Einrichtung 42 jeweils ermittelten Werte des im Leistungspfad zwischen dem Variator 3 und der Planetengetriebeeinrichtung 4 geführten Drehmomentes sind beispielsweise für eine Ermittlung der aktuellen Hydrostatlast bzw. des Variators 3 verwendbar, wobei damit die Möglichkeit zur Lastbegrenzung im Bereich des Variators 3 durch Anpassung der Ansteuerung der Antriebsmaschine 26 und der Getriebevorrichtung 2 möglich ist. Daraus resultiert wiederum die Möglichkeit zur Leistungssteigerung des Antriebssystems bzw. des Fahrzeugantriebsstranges ohne den Variator 3 zu überlasten. Bei einer Ausführung des Variators 3 als Hydrostateinheit ist die kostenintensive Ausführung des hydraulischen Hydrostatkreislaufes mit Hochdruckabsicherungsventilen dann beispielsweise nicht mehr erforderlich.
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Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, lastabhängige Korrekturen im Bereich des Hydrostaten zur Schaltablaufsteuerung während Bereichswechseln in der stufenlosen Getriebevorrichtung 2 auf Basis der über die Einrichtung 42 ermittelten Drehmomentwerte zu berechnen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugantriebsstrang
- 2
- Getriebevorrichtung
- 3
- Variator
- 4
- Planetengetriebeeinrichtung
- 5
- Getriebeeingangswelle
- 6
- Welle des Variators
- 7
- Schaltgetriebeeinrichtung
- 8
- Welle des Variators
- 9
- Getriebeeinrichtung
- 10, 11
- Hydraulikeinheit
- 12 bis 14
- Planetengetriebeeinrichtung
- 15 bis 19
- reibschlüssiges Schaltelement
- 20
- erstes Zahnrad der Getriebeeinrichtung
- 21
- Zwischenrad der Getriebeeinrichtung
- 22
- weiteres Zahnrad der Getriebeeinrichtung
- 23
- Winkelgetriebe
- 24
- Hydraulikpumpeneinrichtung
- 25
- weiteres reibschlüssiges Schaltelement
- 26
- Antriebsmaschine
- 27
- Antriebswelle
- 28
- Sonnenrad der Planetengetriebeeinrichtung 4
- 29
- Welle der Planetengetriebeeinrichtung
- 30
- Zahnrad
- 31
- weiteres Zahnrad
- 32
- Planetenträger der Planetengetriebeeinrichtung 4
- 33
- Hohlrad der Planetengetriebeeinrichtung 12
- 34
- Planetenträger der Planetengetriebeeinrichtung 13
- 35
- Hohlrad der Planetengetriebeeinrichtung 4
- 36
- Planetenträger der Planetengetriebeeinrichtung 12
- 37
- Sonnenrad der Planetengetriebeeinrichtung 12
- 38
- Sonnenrad der Planetengetriebeeinrichtung 9
- 39
- Hohlrad der Planetengetriebeeinrichtung 13
- 40
- Sonnenrad der Planetengetriebeeinrichtung 14
- 41
- Planetenträger der Planetengetriebeeinrichtung 14
- 42
- Einrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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