-
Die Erfindung betrifft eine leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung mit einem Summierplanetengetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
-
Eine Wechselgetriebe-Anordnung mit einem stufenlosen Toroidgetriebe und einem Planetenräder-Summengetriebe ist aus der
DE 101 21 042 C1 bekannt, die mit einer Eingangswelle und einer dazu koaxialen Ausgangswelle ausgeführt ist. In der Wechselgetriebe-Anordnung sind ein unterer Fahrbereich für niedrige Fahrgeschwindigkeiten und ein oberer Fahrbereich mit höheren Fahrgeschwindigkeiten darstellbar, innerhalb welchen eine Übersetzung der Wechselgetriebe-Anordnung über das Toroidgetriebe jeweils stufenlos veränderbar ist. Zusätzlich ist die Eingangswelle unter Umgehung des Toroidgetriebes durch Aktivierung eines Schaltelementes in Form einer Schaltkupplung bei einem konstanten Gesamt-Übersetzungsverhältnis mit der Ausgangswelle in Antriebsverbindung bringbar, wobei dann ein sogenannter Direktgang eingelegt ist.
-
Nachteilhafterweise ist in diesem Betriebszustand der Wechselgetriebe-Anordnung deren Übersetzung nicht in gewünschtem Umfang stufenlos variierbar.
-
Des Weiteren ist aus der
DE 101 54 928 A1 eine Wechselgetriebe-Anordnung mit einem Toroidgetriebe und mit einem Planetengetriebe bekannt, in der ein von dem Planetengetriebe unabhängiger Übersetzungsbereich für Vorwärtsfahrt darstellbar ist. Das Toroidgetriebe ist gemäß einem sogenannten Zwei-Kammer-Prinzip ausgebildet und weist sowohl eine mit den antriebsseitigen Zentralrädern des Toroidgetriebes und mit einer Eingangswelle verbundene zentrale Zwischenwelle als auch eine mit den abtriebsseitigen Zentralrädern des Toroidgetriebes drehfest verbundene konzentrische Zwischenwelle auf.
-
Da je ein Achsversatz-Trieb als Antriebsverbindung zwischen einer Vorgelegewelle und der konzentrischen Zwischenwelle sowie zwischen der Vorgelegewelle und einer Ausgangswelle vorgesehen ist, weist die Wechselgetriebe-Anordnung einen unerwünscht hohen Bauraumbedarf auf.
-
Ein stufenloses Planetengetriebe mit festen Friktionskomponenten ist aus der
CZ 2003-2009 A3 bekannt, dessen Planetenräder als doppelte Kegelstümpfe ausgeführt sind. Die Planetenräder sind gehäuseseitig derart gelagert, dass sie ihren Abstand zu einer Hauptachse des Planetengetriebes betriebszustandsabhängig verändern können. Auf die als Doppelkegel ausgeführten Planetenräder wirken von außen Anpresskräfte eines Kranzpaars und von innen greifen Anpresskräfte eines Rollenpaars an den Planetenrädern an. Sowohl die Kränze als auch die Rollen sind in axialer Richtung spiegelverschiebbar, wobei die Rollen sich zueinander nähern, wenn sich die Kränze voneinander entfernen und umgekehrt.
-
Problematisch dabei ist jedoch, dass mit dem stufenlosen Planetengetriebe nur eine begrenzte Spreizung zur Verfügung steht, mit der ein gewünschter Betriebsbereich eines Fahrzeuges nicht darstellbar ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine baumraumgünstige stufenlose leistungsverzweigte Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels der ein Betriebsbereich eines Fahrzeuges in gewünschtem Umfang darstellbar ist.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer stufenlos leistungsverzweigten Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
-
Die erfindungsgemäße leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung ist mit einem Summierplanetengetriebe, mit wenigstens einem weiteren Planetenradsatz und mit einem Variator ausgebildet, die im Bereich von Wellen miteinander in Wirkverbindung stehen und zur Darstellung von wenigstens drei Übersetzungsbereichen im Bereich weiterer Wellen über Schaltelemente miteinander koppelbar sind. Eine Übersetzung der Getriebevorrichtung ist innerhalb der Übersetzungsbereiche über den Variator stufenlos variierbar. Der Variator ist als mechanischer Reibradvariator mit wenigstens drei Wellen ausgebildet. Zusätzlich sind das Summierplanetengetriebe, der wenigstens eine weitere Planetenradsatz und der Variator auf bauraumgünstige Art und Weise koaxial zueinander angeordnet.
-
Erfindungsgemäß ist in einem der Übersetzungsbereiche die gesamte Leistung zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle über den Variator führbar und die Übersetzung der Getriebevorrichtung ohne Leistungsverzweigung mit geringen Leistungsverlusten stufenlos variierbar, wobei die Spreizung des Übersetzungsbereiches dann vorzugsweise der Spreizung des Variators entspricht. Zusätzlich ist ein Reibrad des Variators zumindest bereichsweise wenigstens annähernd kegelförmig ausgeführt, womit ein anliegendes Drehmoment mit möglichst geringem Bauraumbedarf im Bereich des Variators in gewünschtem Umfang übertragen und gewandelt werden kann.
-
Dabei besteht die Möglichkeit, dass das Reibrad zumindest bereichsweise mit einer geraden, einer konvexen und/oder einer konkaven Außenhülle eines geraden Kreiskegels, eines elliptischen Paraboloids und/oder eines ein- oder zweischaligen Hyperboloids ausgeführt ist.
-
Die erfindungsgemäße leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung stellt ein leistungsverzweigtes Mehrbereichsgetriebe in eingangsgekoppelter Anordnung mit einem Summierplanetengetriebe und einem koaxialen mechanischen Reibradvariator in kegeliger Bauform dar. Über die Getriebevorrichtung besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, bei geeigneter Wahl einer konstanten Übersetzung und einer Umlaufübersetzung zwischen der Getriebeausgangswelle und einem den Variator aufweisenden ersten Leistungszweig der Getriebevorrichtung durch die Verstellung des Variators in einem Übersetzungsbereich bzw. in einem Fahrbereich die Drehzahl der Getriebeausgangswelle im Wesentlichen auf Null zu führen und somit einen stehenden Abtrieb darzustellen, während die Drehzahl der Getriebeeingangswelle größer Null ist, was einem rotierenden Antrieb entspricht.
-
Aus diesem sogenannten Geared-Neutral-Betriebszustand ist ein mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführter Fahrzeugantriebsstrang durch entsprechende Verstellung des Variators sowohl in Vorwärtsfahrtrichtung als auch in Rückwärtsfahrtrichtung aus dem Fahrzeugstillstand heraus ohne zusätzliches Anfahrelement, wie einer reibschlüssigen Anfahrkupplung, einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder dergleichen, mit Leistungsverzweigung anfahrbar. Damit ist ein mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführter Fahrzeugantriebsstrang mit geringem Bauraumbedarf ausführbar und durch ein niedriges Gesamtgewicht gekennzeichnet und mit geringen Kosten herstellbar.
-
Zudem ist über die Getriebevorrichtung auch eine Strategiefähigkeit während eines Anfahrvorganges eines damit ausgeführten Fahrzeuges mit geringem Aufwand darstellbar. Des Weiteren sind auch Zusatzfunktionen, wie ein Hillholder, durch eine entsprechende Regelung des Variators auf einfach Art und Weise realisierbar.
-
Wird die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung neben dem Anfahrübersetzungsbereich auch in einem sogenannten Overdrive-Übersetzungsbereich bzw. einem Overdrive-Fahrbereich leistungsverzweigt betrieben, weist die Getriebevorrichtung im Betrieb einen guten Getriebewirkungsgrad auf, womit ein Kraftstoffverbrauch einer der Getriebevorrichtung zugeordneten Antriebsmaschine reduzierbar ist.
-
Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung steht wenigstens eine Welle des Variators mit der Getriebeeingangswelle in Verbindung, eine weitere Welle des Variators ist mit der Getriebeausgangswelle wirkverbunden und eine zusätzliche Welle des Variators ist drehfest ausgeführt.
-
Eine einfach betreibbare und mit geringem konstruktivem Aufwand ausgeführte Weiterbildung der erfindungsgemäßen leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass während der Darstellung des einen Übersetzungsbereiches, in dem der gesamte Leistungsfluss zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle über einen Variator führbar ist, das Summierplanetengetriebe über eines der Schaltelemente verblockt ist.
-
Um Wechsel zwischen den Übersetzungsbereichen möglichst komfortabel darstellen zu können, sind der Variator, das Summierplanetengetriebe und der wenigstens eine Planetenradsatz bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung aufeinander abgestimmt, dass Wechsel zwischen den Übersetzungsbereichen synchron durchführbar sind. Dabei bietet eine zumindest annähernd synchrone Bereichsumschaltung die Möglichkeit, die Schaltelemente als schleppmomentarme Schaltelemente, wie Klauenschaltelemente, auszuführen.
-
Ist im Bereich des Variators ein negativer Übersetzungsbereich einstellbar, ist dem Variator bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung zur Anpassung des variablen Übersetzungsbereiches ein vor- oder nachgeschalteter zusätzlicher Planetenradsatz zur Drehzahlumkehr zugeordnet, wobei eine Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes mit der drehfesten Welle des Variators und wenigstens eine weitere Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes mit der Welle des Variators gekoppelt ist oder mit dieser Welle des Variators über eines der Schaltelemente verbindbar ist, die mit der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung steht.
-
Ist eine Welle des wenigstens einen weiteren Planetenradsatzes oder des zusätzlichen Planetenradsatzes über eines der Schaltelemente mit der Getriebeeingangswelle koppelbar, ist die über den Variator darstellbare Spreizung bzw. die jeweils darstellbare Übersetzung der Getriebevorrichtung in gewünschtem Umfang an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall mit geringem Aufwand anpassbar.
-
Sind die wenigstens drei Übersetzungsbereiche mittels genau drei Schaltelementen darstellbar, wobei zur Darstellung der Übersetzungsbereiche jeweils eines der Schaltelemente geschlossen ist und die anderen Schaltelemente geöffnet sind und für einen Wechsel der Übersetzungsbereich jeweils ein geschlossenes Schaltelement zu öffnen und jeweils ein geöffnetes Schaltelement zu schließen ist, ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung auf bauraum- und kostengünstige Art und Weise mit einem Schaltelementgrad gleich 1 ausgeführt, der zudem einen Betrieb der Getriebevorrichtung mit geringem Steuer- und Regelaufwand ermöglicht.
-
Ist der Variator einem Planetenradsatz entsprechend mit einem Reibflächen aufweisenden Hohlrad, dem als Planetenrad ausgebildeten Reibrad und einem ebenfalls Reibflächen aufweisenden Sonnenrad ausgeführt, wobei das zumindest bereichsweise kegelförmig ausgeführte Planetenrad mit seinen kegelförmigen Bereichen jeweils mit den kegelförmig ausgeführten Reibflächen des Sonnenrades und des Hohlrades reibschlüssig in Wirkverbindung steht, ist die leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung auf einfache Art und Weise mit einer kompakten Bauweise kostengünstig herstellbar, mit der ein Fahrzeug verbrauchsgünstig betreibbar ist.
-
Ist das Planetenrad als Doppelkegelstumpf ausgebildet, wobei jeweils ein Radius der Kegelstumpfbereiche des Planetenrades von den einander zugewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche in Richtung der voneinander abgewandten Bereiche der Kegelstumpfbereiche stetig zu- oder stetig abnimmt und das Hohlrad sowie das Sonnenrad geteilt ausgebildet sind, und wobei jeweils ein erster Teil des Hohlrades und des Sonnenrades jeweils mit ihren kegeligen Reibflächen am ersten Kegelstumpfbereich des Planetenrades anliegen, während ein zweiter Teil des Hohlrades und des Sonnenrades jeweils mit ihren kegeligen Reibflächen am zweiten Kegelstumpfbereich des Planetenrades anliegen, ist die Übersetzung im Bereich des Variators vorteilhafterweise durch Spreizen der Teile des Hohlrades oder des Sonnenrades bei gleichzeitig geringen Biegemomentbelastungen im Bereich des Planetenrades variierbar.
-
Hierfür sind die Teile des Hohlrades und des Sonnenrades bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung zum Variieren der Übersetzung des Variators in axialer Erstreckung des Planetenrades aufeinander zu- oder voneinander wegbewegbar ausgebildet, wobei das Planetenrad in Bezug auf das Hohlrad und das Sonnenrad in radialer Richtung sowie gegenüber einem Planetensteg verschiebbar ist, in dem das Planetenrad drehbar gelagert ist.
-
Um die Spreizung des Variators in gewünschtem Umfang an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall mit geringem Aufwand anpassen zu können, steht die Welle des Variators bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung über den zusätzlichen Planetenradsatz mit der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung.
-
Die mit der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung stehende Welle des Variators ist bei einer besonders bauraum- und kostengünstigen Ausführung der Getriebevorrichtung über eines der Schaltelemente mit einer als Sonnenrad ausgeführten Welle des wenigstens einen weiteren Planetenradsatzes und über ein weiteres Schaltelement mit einer als Steg ausgeführten Welle des wenigstens einen weiteren Planetenradsatzes verbindbar.
-
Bei einer weiteren ebenfalls bauraum- und kostengünstigen Ausführung der Getriebevorrichtung ist die mit der Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung stehende Welle des Variators über eine als Sonnenrad ausgeführte Welle und eine als Hohlrad ausgebildete Welle des Summierplanetengetriebes mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt.
-
Wenn der wenigstens eine weitere Planetenradsatz im Bereich des Stegs mit einer als Steg ausgeführten Welle des Summierplanetengetriebes verbunden ist, ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
-
Bei einer weiteren bevorzugten und nur wenig Bauraum benötigenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung steht das Summierplanetengetriebe im Bereich einer als Hohlrad ausgeführten Welle mit der Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung.
-
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen 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.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
-
Es zeigt:
-
1 ein Getriebeschema der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
-
2 ein Schaltschema der Getriebevorrichtung gemäß 1;
-
3 ein Räderschema einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen stufenlosen leistungsverzweigten Getriebevorrichtung;
-
4 eine 3 entsprechende Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen stufenlosen leistungsverzweigten Getriebevorrichtung;
-
5 eine 3 entsprechende Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen stufenlosen leistungsverzweigten Getriebevorrichtung;
-
6 eine 3 entsprechende Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen stufenlosen leistungsverzweigten Getriebevorrichtung;
-
7 eine schematisierte Einzeldarstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Variators der Getriebevorrichtung gemäß 1; und
-
8 eine 7 entsprechende Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Variators der Getriebevorrichtung gemäß 1.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung 1, die im Bereich einer Getriebeeingangswelle 2 über einen Torsionsschwingungsdämpfer 3 mit einer Antriebsmaschine 4 in Wirkverbindung steht. Die Antriebsmaschine 4 ist vorliegend als Brennkraftmaschine, vorzugsweise als Dieselbrennkraftmaschine, ausgebildet.
-
Ein von der Antriebsmaschine 4 zur Verfügung stehendes und im Bereich der Getriebeeingangswelle 2 anliegendes Drehmoment ist über einen ersten Leistungspfad 5 und einen zweiten Leistungspfad 6 durch die Getriebevorrichtung 1 in Richtung einer Getriebeausgangswelle 7 führbar, wobei im ersten Leistungspfad 5 ein Variator 8 zum Variieren der Übersetzung ivar des ersten Leistungspfades 5 und im zweiten Leistungspfad 6 mechanische Übersetzungskomponenten 10 zur Darstellung einer konstanten Übersetzung ik vorgesehen sind, womit die Gesamtübersetzung der Getriebevorrichtung 1 über den Variator 8 in gewünschtem Umfang stufenlos veränderbar ist. Die jeweils über die beiden Leistungspfade 5 und 6 geführten Anteile des getriebeeingangsseitig im Bereich der Getriebeeingangswelle 2 anliegenden Drehmomentes werden im Bereich eines Summierplanetengetriebes 9 aufsummiert und in Richtung der Getriebeausgangswelle 7 geführt.
-
In der Getriebevorrichtung 1 sind vorliegend drei Übersetzungsbereiche V1 bis V3 für Vorwärtsfahrt und ein Übersetzungsbereich R für Rückwärtsfahrt darstellbar, wobei das Summierplanetengetriebe 9, der wenigstens eine weitere Planetenradsatz 10 und der Variator 8 hierfür im Bereich von Wellen 11, 12, 13 und 14 miteinander in Wirkverbindung stehen und zur Darstellung der drei Übersetzungsbereiche V1 bis V3 für Vorwärtsfahrt sowie des einen Übersetzungsbereiches R für Rückwärtsfahrt im Bereich weiterer Wellen 15, 16, 11 und 18 über Schaltelemente S1 bis S3 miteinander koppelbar sind. Eine Übersetzung der Getriebevorrichtung 1 ist innerhalb der Übersetzungsbereiche V1 bis V3 und R über den Variator 8 jeweils stufenlos variierbar.
-
Der Variator 8 ist als mechanischer Reibradvariator mit wenigstens drei Wellen 11, 15 und 17 ausgebildet. Um die Getriebevorrichtung 1 zumindest in radialer Richtung bauraumgünstig ausführen zu können, sind das Summierplanetengetriebe 9, der wenigstens eine weitere Planetenradsatz 10 und der Variator 8 in der später näher beschriebenen Art und Weise und damit auch die Getriebeeingangswelle 2 sowie die Getriebeausgangswelle 7 koaxial zueinander angeordnet.
-
Die Getriebevorrichtung 1 stellt ein leistungsverzweigtes Mehrbereichsgetriebe in eingangsgekoppelter Anordnung dar, bei dem durch geeignete Wahl der konstanten Übersetzung ik und einer Umlaufübersetzung i2var zwischen der Getriebeausgangswelle 7 und dem ersten Leistungspfad 5 durch entsprechende Übersetzungsverstellung im Bereich des Variators 8 im ersten Übersetzungsbereich V1 für Vorwärtsfahrt bzw. im Übersetzungsbereich R für Rückwärtsfahrt ein stehender Abtrieb bei gleichzeitig rotierendem Antrieb darstellbar ist, wobei dieser Betriebszustand der Getriebevorrichtung 1 auch als Geared-Neutral-Betriebszustand bezeichnet wird, zu dem eine Drehzahl n1 der Getriebeeingangswelle 2 größer Null und eine Drehzahl n2 der Getriebeausgangswelle 7 gleich Null ist.
-
Aus dem Geared-Neutral-Betriebszustand der Getriebevorrichtung 1 heraus ist durch Verstellen der Übersetzung ivar des Variators 8 sowohl in Vorwärtsfahrtrichtung als auch in Rückwärtsfahrtrichtung aus dem Fahrzeugstillstand heraus anfahrbar. Dies ist vorteilhafterweise ohne separates Anfahrelement durchführbar, wodurch die Getriebevorrichtung 1 kosten-, gewichts- und bauraumgünstig ausführbar ist.
-
2 zeigt ein tabellarisches Schaltschema der Getriebevorrichtung 1. Aus dem Schaltschema geht hervor, dass zur Darstellung des ersten Übersetzungsbereiches V1 für Vorwärtsfahrt bzw. des Übersetzungsbereiches R für Rückwärtsfahrt das Schaltelement S1 zu schließen ist, während die beiden anderen Schaltelemente S2 und S3 in geöffnetem Betriebszustand vorliegen. Liegt eine entsprechende Anforderung zur Darstellung des zweiten Übersetzungsbereiches V2 für Vorwärtsfahrt vor, ist das erste Schaltelement S1 bei aktuell eingelegtem ersten Übersetzungsbereich V1 für Vorwärtsfahrt oder eingelegtem Übersetzungsbereich R für Rückwärtsfahrt zu öffnen und das zweite Schaltelement S2 zu schließen, während das dritte Schaltelement S3 in geöffnetem Betriebszustand belassen wird. Soll ausgehend vom zweiten Übersetzungsbereich V2 für Vorwärtsfahrt der dritte Übersetzungsbereich V3 für Vorwärtsfahrt in der Getriebevorrichtung 1 eingelegt werden, ist hierfür das zweite Schaltelement S2 zu öffnen und das dritte Schaltelement S3 zu schließen, während das erste Schaltelement S1 in geöffnetem Betriebszustand belassen wird.
-
Bei eingelegtem zweiten Übersetzungsbereich V2 für Vorwärtsfahrt wird das gesamte über die Getriebeeingangswelle 2 in die Getriebevorrichtung 1 eingeleitete Drehmoment über den Variator 8 in Richtung der Getriebeausgangswelle 7 geführt, womit der zweite Übersetzungsbereich V2 einen sogenannten Direktfahrbereich darstellt, dessen Spreizung der Spreizung des Variators 8 entspricht.
-
Um die Schaltelemente S1 bis S3 als schleppmomentarme Schaltelemente, z.B. als formschlüssige Schaltelemente, ausführen zu können, sind die jeweils im ersten Leistungspfad angeordneten Baugruppen an die konstante Übersetzung ik des die Bereichswechsel bestimmenden zweiten Leistungspfades 6 angepasst und daher Wechsel im dafür erforderlichen Umfang zwischen den Übersetzungsbereichen V1 bis V3 wenigstens annähernd synchron durchführbar.
-
Um den Geared-Neutral-Betriebszustand der Getriebevorrichtung 1 darstellen zu können, ist bei der Auslegung der Getriebevorrichtung 1 die Umlaufübersetzung i2var gemäß nachfolgendem formelmäßigen Zusammenhang (I) zu ermitteln: i2var = (n2 – nk)/(nvar – nk) (I)
-
Dabei entspricht die Variable nk der Drehzahl der Welle 14 des weiteren Planetenradsatzes 10, während die Variable nvar die Drehzahl der Welle 11 des Variators 8 bzw. der Welle 12 des Summierplanetengetriebes 9 bezeichnet.
-
Unter Berücksichtigung des formelmäßigen Zusammenhanges (I) in Verbindung mit den Übersetzungen ivar und ik ist die reziproke Gesamtübersetzung 1/ig der Getriebevorrichtung 1 gemäß dem formelmäßigem Zusammenhang (II) allgemeingültig bestimmbar. 1/i g = (i2var × (ik – ivar) + ivar)/(ivar × ik) (II)
-
Um den im Geared-Neutral-Betriebszustand gewünscht stehenden Abtrieb bei gleichzeitig rotierendem Antrieb der Getriebevorrichtung 1 darstellen zu können, ist die Übersetzung ig der Getriebevorrichtung 1 auf unendlich einzustellen. Daraus folgt, dass das Verhältnis zwischen der Umlaufübersetzung i2var und der variablen Übersetzung ivar multipliziert mit der Differenz aus der variablen Übersetzung ivar und der konstanten Übersetzung ik wie in dem nachfolgenden formelmäßigen Zusammenhang (III) angegeben gleich 1 sein muss: (i2var/ivar) × (ivar – ik) = 1 (III)
-
Oftmals werden Summiergetriebe wie das Summierplanetengetriebe 9 der Getriebevorrichtung 1 über ihre Standübersetzung iOD charakterisiert. Wird die Standübersetzung iOD anstelle der Umlaufübersetzung i2var verwendet, ergeben sich sechs voneinander unabhängige Bedingungen zur Erreichung eines stehenden Abtriebs bei gleichzeitig rotierendem Antrieb, die für die jeweilige Anbindungsvariante der Wellen 9, 12 und 18 des Summierplanetengetriebes 9 gültig sind. Die Umrechnung zwischen der Umlaufübersetzung i2var und der Standübersetzung iOD ist mittels der sogenannten Willis-Gleichung durchführbar.
-
Ist das Summierplanetengetriebe 9 als dreiwelliger Planetenradsatz mit einem Hohlrad, einem Steg und einem Sonnenrad ausgeführt, ist der formelmäßige Zusammenhang (III) bei einer Ausführung der Welle 12 als Sonne, der Welle 13 als Steg und der Welle 18 als Hohlrad folgendermaßen: (ivar/ik) × (1 – iOD) = 1 (IV)
-
Ist im Unterschied dazu die Welle 18 als Sonne, die Welle 12 als Steg und die Welle 13 als Hohlrad ausgeführt, ist der formelmäßige Zusammenhang (III) wie folgt: (ik × (iOD – 1))/(iOD x ivar) = 1 (V)
-
Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, die Welle 13 als Sonne, die Welle 12 als Steg und die Welle 18 als Hohlrad auzusführen, wobei sich der formelmäßige Zusammenhang (III) dann wie folgt ergibt: (ik/ivar) × (1 – iOD) = 1 (VI)
-
Bei einer Ausgestaltung der Getriebevorrichtung 1, bei der die Welle 13 als Sonnenrad, die Welle 18 als Steg und die Welle 12 als Hohlrad ausgeführt sind, ist der formelmäßige Zusammenhang (III) gleich: (iOD × ik)/ivar = 1 (VII)
-
Im Unterschied hierzu ist der formelmäßige Zusammenhang (III) bei einer Ausführung der Welle 18 als Sonne, der Welle 13 als Steg und der Welle 12 als Hohlrad wie folgt: ((iOD – 1) × ivar)/(ik × iOD) = 1 (VIII)
-
Bei einer Anbindungsvariante der Wellen des Summierplanetengetriebes 9, bei der die Welle 12 als Sonnenrad, die Welle 18 als Steg und die Welle 13 als Hohlrad ausgeführt sind, ist die sechste Bedingung gleich: (iOD × ivar)/ik = 1 (IX)
-
In 3 ist ein Räderschema einer ersten Ausführungsform der Getriebevorrichtung 1 dargestellt, bei der der Planetenradsatz 10 des zweiten Leistungspfades 6 im Bereich der als Sonnenrad ausgeführten Welle 16 über das erste Schaltelement S1 mit der Welle 15 des Variators 8 koppelbar ist, während die Welle 15 des Variators 8 über das dritte Schaltelement S3 mit der als Steg ausgeführten Welle 14 des Planetenradsatzes 10 in Wirkverbindung bringbar ist. Eine als Hohlrad ausgeführte Welle 18A des Planetenradsatzes 10 ist vorliegend wie die Welle 17 des Variators 8 gehäuseseitig drehfest festgelegt.
-
Zusätzlich steht der Planetenradsatz 10 im Bereich seines Steges 14 mit der ebenfalls als Steg ausgeführten Welle 13 des Summierplanetengetriebes 9 drehfest in Wirkverbindung. Über das zweite Schaltelement S2 sind die als Sonnenrad ausgeführte Welle 12 und die als Hohlrad ausgeführte Welle 18 des Summierplanetengetriebes 9 drehfest miteinander verbindbar, wobei in geschlossenem Betriebszustand des zweiten Schaltelementes S2 die Welle 11 des Variators 8 direkt mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden ist.
-
Im Unterschied zu der Ausführung der Getriebevorrichtung 1 gemäß 3 zeigen 4 bis 6 weitere Ausgestaltungen der Getriebevorrichtung 1, die jeweils mit einem zusätzlichen Planetenradsatz 19 ausgebildet sind, über den die Übersetzung ivar des ersten Leistungspfades 5 in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles in gewünschtem Umfang anpassbar ist. Dabei ist der Planetenradsatz 19 dem Variator 8 bei der Ausführung der Getriebevorrichtung 1 gemäß 4 und 5 im Leistungsfluss jeweils nachgeschaltet, während der zusätzliche Planetenradsatz 19 bei der Getriebevorrichtung 1 gemäß 6 dem Variator 8 im Leistungsfluss vorgeschaltet ist.
-
Das bedeutet, dass die Welle 15 des Variators 8 bei der Getriebevorrichtung 1 gemäß 6 über den zusätzlichen Planetenradsatz 19 mit der Getriebeeingangswelle 2 in Wirkverbindung steht. Der zusätzliche Planetenradsatz 19 ist im Bereich seiner Welle 21 mit der Getriebeeingangswelle 2 drehfest verbunden und im Bereich seiner Welle 23 an der Welle 15 des Variators 8 angebunden. Durch die Vorschaltung des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 bei der Getriebevorrichtung 1 gemäß 6 sind der zusätzliche Planetenradsatz 19 und der Variator 8 miteinander verschachtelbar, was aufgrund der Planetenbauweise des Variators 8 möglich ist.
-
Eine als Steg ausgebildete Welle 20 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 ist bei der Ausführung der Getriebevorrichtung 1 gemäß 4 gehäuseseitig festgelegt und somit mit der Welle 17 des Variators 8 gekoppelt. Eine als Sonnenrad ausgeführte Welle 21 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 ist drehfest mit der Welle 11 des Variators 8 verbunden, womit das an der Welle 11 anliegende Drehmoment über die Welle 21 in den zusätzlichen Planetenradsatz 19 eingeleitet und über Planetenräder 22 auf eine dritte Welle 23 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19, die vorliegend als Hohlrad ausgebildet ist, weitergeleitet wird. Die dritte Welle 23 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 ist vorliegend mit dem Sonnenrad 12 des Summierplanetengetriebes 9 drehfest verbunden, womit der über den ersten Leistungspfad 5 geführte Teil des Drehmomentes in das Summierplanetengetriebe 9 in vorbeschriebenem Umfang über den zusätzlichen Planetenradsatz 19 ausgehend vom Variator 8 eingeleitet wird.
-
Bei der Getriebevorrichtung 1 gemäß 5 ist der zusätzliche Planetenradsatz 19 im Gegensatz zu der Getriebevorrichtung 1 gemäß 4 nicht getriebeausgangsseitig sondern getriebeeingangsseitig angeordnet, jedoch in gleichem Umfang wie bei der Getriebevorrichtung 1 gemäß 4 in dem ersten Leistungspfad 5 der Getriebevorrichtung 1 angeordnet, und zwar zwischen dem Variator 8 und dem Summierplanetengetriebe 9.
-
Die variable Übersetzung ivar setzt sich bei der Ausführung der Getriebevorrichtung 1 gemäß 4 bis 6 jeweils aus der im Bereich des Variators 8 eingestellten Übersetzung und der Übersetzung des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 zusammen, womit die Spreizung des Variators 8 mit geringem Aufwand an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall über die Übersetzung des Planetenradsatzes 10 anpassbar ist.
-
7 und 8 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen des Variators 8 in schematisierter Einzeldarstellung, wobei der Variator 8 bei beiden Ausführungsformen jeweils einem Planetenradsatz entsprechend mit einem Reibflächen 24, 25 aufweisenden Hohlrad, das vorliegend der Welle 11 oder 15 des Variators 8 entspricht, mehreren als Planetenräder ausgebildeten Reibrädern 26 und einem ebenfalls Reibflächen 27, 28 aufweisenden Sonnenrad, das vorliegend der Welle 15 oder 11 entspricht, ausgeführt ist. Die Reibräder bzw. Planetenräder 26 sind bereichsweise kegelförmig ausgeführt und stehen mit ihren kegelförmigen Bereichen 29 und 30 jeweils mit den kegelförmig ausgeführten Reibflächen 27 und 28 des Sonnenrades 15 oder 11 und den Reibflächen 24, 25 des Hohlrades 11 oder 15 reibschlüssig in Wirkverbindung.
-
Das Hohlrad 11 oder 15 und das Sonnenrad 15 oder 11 sind vorliegend jeweils geteilt ausgeführt. Gleichzeitig sind die Planetenräder 26 als Doppelkegelstümpfe ausgebildet. Ein Radius der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 der Planetenräder 26 nimmt von den einander zugewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 in Richtung der voneinander abgewandten Bereiche der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 stetig zu. Jeweils ein erster Teil 31 des Hohlrades 11 oder 15 und ein erster Teil 33 des Sonnenrades 15 oder 11 liegen mit ihren kegeligen Reibflächen 24 bzw. 27 an den ersten Kegelstumpfbereichen 29 der Planetenräder 26 an, während ein zweiter Teil 32 des Hohlrades 11 oder 15 und ein zweiter Teil 34 des Sonnenrades 15 oder 11 jeweils mit ihren kegeligen Reibflächen 25 bzw. 28 an den zweiten Kegelstumpfbereichen 30 der Planetenräder 26 anliegen.
-
Um die Übersetzung des Variators 8 verändern zu können, sind die Teile 31 und 32 des Hohlrades 11 oder 15 und die Teile 33 und 34 des Sonnenrades 15 oder 11 in axialer Erstreckung der Planetenräder 26 aufeinander zu oder voneinander weg bewegbar ausgebildet. Die Planetenräder 26 sind in Bezug auf das Hohlrad 11 oder 15 und das Sonnenrad 15 oder 11 in die durch den Doppelpfeil Pfeil 35 gekennzeichneten radialen Richtungen gegenüber der vorliegend als Planetensteg ausgeführten Welle 17 des Variators 8 verschiebbar angeordnet, in der die Planetenräder 26 drehbar gelagert sind. Das bedeutet, dass die Teile 31 und 32 des Hohlrades 11 oder 15 und die Teile 33 und 34 des Sonnenrades 15 oder 11 zum Verstellen der Übersetzung des Variators 8 lediglich gespreizt und nicht gezogen werden müssen.
-
Im Unterschied hierzu nimmt der Radius der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 der Planetenräder 26 des Variators 8 gemäß 8 von den einander zugewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 in Richtung der voneinander abgewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 stetig ab, womit eine Biegemomentbelastung der Planetenräder 26 bei der Ausführung des Variators 8 gemäß 8 geringer ist als bei der Ausführung des Variators 8 gemäß 7.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Getriebeeingangswelle
- 3
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 4
- Antriebsmaschine
- 5
- erster Leistungspfad
- 6
- zweiter Leistungspfad
- 7
- Getriebeausgangswelle
- 8
- Variator
- 9
- Summierplanetengetriebe
- 10
- weiterer Planetenradsatz
- 11
- Welle des Variators
- 12
- Welle des Summierplanetengetriebes
- 13
- Welle des Summierplanetengetriebes
- 14
- Welle des weiteren Planetenradsatzes
- 15
- Welle des Variators
- 16
- Welle des weiteren Planetenradsatzes
- 17
- Welle des Variators
- 18
- Welle des Summierplanetengetriebes
- 18A
- Welle des weiteren Planetenradsatzes
- 19
- zusätzlicher Planetenradsatz
- 20
- Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes
- 21
- Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes
- 22
- Planetenrad des zusätzlichen Planetenradsatzes
- 23
- Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes
- 24, 25
- Reibfläche
- 26
- Reibrad, Planetenrad des Variators
- 27, 28
- Reibfläche
- 29, 30
- kegelförmiger Bereich des Reibrades des Variators
- 31, 32
- Teil des Hohlrades des Variators
- 33, 34
- Teil des Sonnenrades des Variators
- n1
- Drehzahl der Getriebeeingangswelle
- n2
- Drehzahl der Getriebeausgangswelle
- nk
- Drehzahl des zweiten Leistungspfades
- nvar
- Drehzahl des ersten Leistungspfades
- ik
- konstante Übersetzung des zweiten Leistungspfades
- ivar
- variable Übersetzung des ersten Leistungspfades
- iOD
- Standübersetzung des Summierplanentengetriebes
- S1 bis S3
- Schaltelement
- V1 bis V3
- Übersetzungsbereich für Vorwärtsfahrt
- R
- Übersetzungsbereich für Rückwärtsfahrt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10121042 C1 [0002]
- DE 10154928 A1 [0004]
- CZ 2003-2009 A3 [0006]
