DE102014220028B4 - Getriebevorrichtung mit Leistungsverzweigung - Google Patents

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Abstract

Getriebevorrichtung (2) mit Leistungsverzweigung mit einem hydrostatischen Zweig (4) und mit einem mechanischen Zweig (5), welche über ein im Bereich einer Getriebezentralwelle (6) vorgesehenes Summiergetriebe (7) summierbar sind, und mit wenigstens zwei Übersetzungsbereichen in Vorwärtsfahrt- und in Rückwärtsfahrtrichtung, wobei die Übersetzung innerhalb der Übersetzungsbereiche über einen hydrostatischen Variator (3) im Bereich des hydrostatischen Zweiges (4) jeweils stufenlos variierbar ist, wobei der Variator (3) eine erste Hydrostatwelle (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebezentralwelle (6) getriebeeingangsseitig direkt mit einer Antriebsmaschine (58) gekoppelt ist und sowohl mit einer als Vorgelegewelle ausgeführten Nebenabtriebswelle (45), mit der als Vorgelegewelle ausgebildeten ersten Hydrostatwelle (22) des Variators (3), als auch mit Hydraulikpumpen (53 bis 55) für die Arbeitshydraulik, welche im Bereich des Getriebeeingangs angeordnet sind, in Wirkverbindung steht, wobei die Getriebezentralwelle (6) im Bereich des Getriebeausgangs (40) mit der ersten als Vorgelegewelle ausgeführten Hydrostatwelle (22) gekoppelt ist und die Nebenabtriebswelle (45) im Bereich des Getriebeausgangs (40) mit einer Antriebswelle (47A) koppelbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit Leistungsverzweigung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
  • Ein Antriebsstrang eines landwirtschaftlichen oder kommunalen Nutzfahrzeuges, wie eines Ackerschleppers mit einem Übersetzungsgetriebe, ist aus der DE 10 2012 216 046 A1 bekannt. Das Übersetzungsgetriebe steht antriebsseitig mit einer Antriebsmaschine, wie einer Brennkraftmaschine, in Verbindung und ist mit Leistungsverzweigung mit einem hydrostatischen Zweig und einem mechanischen Zweig ausgeführt, die beiden Zweige über ein Summierungsgetriebe summierbar sind. Zusätzlich sind wenigstens zwei Übersetzungsbereiche in Vorwärtsfahrt- und in Rückwärtsfahrtrichtung darstellbar, wobei die Übersetzung des Übersetzungsgetriebes innerhalb der Übersetzungsbereiche über einen hydrostatischen Variator im Bereich des hydrostatischen Zweiges jeweils stufenlos variierbar ist. Des Weiteren ist das Übersetzungsgetriebe im Bereich einer als Vorgelegewelle ausgeführten Nebenabtriebswelle mit der Antriebsmaschine getriebeeingangsseitig gekoppelt. Die Nebenabtriebswelle steht über Zahnradpaarungen mit einer Getriebezentralwelle und mit Hydraulikpumpen sowie mit einer ebenfalls als Vorgelegewelle ausgeführten Hydrostatwelle in Verbindung.
  • Aufgrund der im Betrieb über die Nebenabtriebswelle des Übersetzungsgetriebes jeweils zu den verschiedenen Einrichtungen zu führenden hohen Leistung ist die Nebenabtriebswelle neben der Getriebezentralwelle, über die der Leistungsfluss des Fahrantriebes geführt wird, entsprechend groß zu dimensionieren, womit das Übersetzungsgetriebe durch ein hohes Gewicht gekennzeichnet ist und unerwünscht hohe Herstellkosten verursacht.
  • Die EP 2 860 426 A1 zeigt ein stufenloses Getriebe mit mehreren Hydrostaten.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine durch ein geringes Eigengewicht gekennzeichnete und kostengünstige Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit Leistungsverzweigung mit einem hydrostatischen Zweig und mit einem mechanischen Zweig sind der hydrostatische Zweig und der mechanische Zweig über ein im Bereich einer Getriebezentralwelle vorgesehenes Summiergetriebe summierbar. Des Weiteren sind über die Getriebevorrichtung wenigstens zwei Übersetzungsbereiche in Vorwärtsfahrt- und in Rückwärtsfahrtrichtung darstellbar, wobei die Übersetzung der Getriebevorrichtung innerhalb der Übersetzungsbereiche über einen hydrostatischen Variator im Bereich des hydrostatischen Zweiges jeweils stufenlos variierbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist die Getriebezentralwelle getriebeeingangsseitig direkt mit einer Antriebsmaschine eines Antriebsstranges eines vorzugsweise knickgelenkten Nutzfahrzeuges koppelbar und steht sowohl mit einer als Vorgelegewelle ausgeführten Nebenabtriebswelle, mit einer als Vorgelegewelle ausgebildeten Hydrostatwelle des Variators als auch mit Hydraulikpumpen im Bereich des Getriebeeingangs in Wirkverbindung, während die Getriebezentralwelle im Bereich des Getriebeausgangs mit einer weiteren als Vorgelegewelle ausgeführten Hydrostatwelle gekoppelt ist.
  • Dadurch, dass die Getriebezentralwelle direkt an die Antriebsmaschine koppelbar ist und bereits im Bereich des Getriebeeingangs der Leistungsfluss des Getriebes in Richtung der Nebenabtriebswelle bzw. des Zapfwellenstranges, in Richtung der Hydraulikpumpen bzw. Arbeitshydraulikpumpen und auch in Richtung des Fahrantriebes aufgeteilt wird, wird die Nebenabtriebswelle im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung im Betrieb mit einem geringen Drehmoment beaufschlagt und die Getriebevorrichtung ist daher kleiner dimensionierbar und somit leichter ausführbar und kostengünstiger herstellbar.
  • Zusätzlich sind die Arbeitshydraulikpumpen allesamt im Bereich des Getriebeeingangs positionierbar, womit ein in einem knickgelenkten Nutzfahrzeug zur Verfügung stehender Bauraum auf der dem Knickgelenk abgewandten Seiten der Getriebevorrichtung auf einfache Art und Weise für die Anordnung der Arbeitshydraulikpumpen nutzbar ist.
  • Zusätzlich bietet die Aufteilung des Leistungsflusses im Bereich des Getriebeeingangs in Richtung der Arbeitshydraulikpumpen, der Nebenabtriebswelle bzw. des Zapfwellenstranges und des Fahrantriebes die Möglichkeit, während eines sogenannten PTO-Betriebes (Power-Take-Off) über die Nebenabtriebswelle einen sogenannten Boostbetrieb darzustellen, während welchem von der Antriebsmaschine gegebenenfalls bei vollständig zur Verfügung stehendem Fahrantriebsmoment seitens der Antriebsmaschine ein gewünscht hohes Nebenantriebsdrehmoment zur Verfügung stellbar ist, das beispielsweise dem zweifachen des Fahrantriebsmomentes entspricht.
  • Des Weiteren besteht bei der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, über ein getriebeeingangsseitig zentral angeordnetes Zahnrad mit den Hydraulikpumpen und der Nebenabtriebswelle verbundene Zahnräder die Hydraulikpumpen und die Nebenabtriebswelle bauraumgünstig anzutreiben.
  • Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung steht die Getriebezentralwelle über einem Festrad jeweils mit der Nebenabtriebswelle und mit mit Antriebswellen der Hydraulikpumpen drehfest verbundenen Zahnrädern im Bereich des Getriebeeingangs in Wirkverbindung.
  • Die Getriebezentralwelle ist bei einer einfach montierbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung getriebeausgangsseitig über ein Festrad, ein damit kämmendes Zwischenrad und ein Festrad der Hydrostatwelle mit dieser gekoppelt.
  • Ist die weitere Hydrostatwelle in einem dem Getriebeeingang zugewandten Bereich über ein Festrad mit einer Welle des als Planetenradsatz ausgeführten Summiergetriebes verbunden, ist die Getriebevorrichtung durch eine hohe Leistungsdichte gekennzeichnet.
  • Bei einer mit hohem Wirkungsgrad betreibbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist eine als Konstantschrägachseneinheit ausgebildete Hydrostateinheit kleiner als eine als Verstellschrägscheibeneinheit ausgeführte Hydrostateinheit dimensioniert. Dieser Ausführung liegt die Kenntnis zugrunde, dass im Bereich von Schrägachseneinheiten geringe Verlustleistungen auftreten und ein Wirkungsgrad eines hydrostatischen Variators insbesondere bei entsprechend klein dimensionierter Konstantschrägachseneinheit mit einem guten Wirkungsgrad betreibbar ist. Um die im Bereich der kleiner ausgeführten Konstantschrägachseneinheit resultierenden hohen Drehzahlen kompensieren zu können, sind zwischen einem Getriebeausgang und der der Konstantschrägachseneinheit zugeordneten Hydrostatwelle jeweils zuzuschaltende Zahnradpaarungen gegebenenfalls entsprechend anzupassen.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Es zeigt:
    • 1 eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges eines knickgelenkten Nutzfahrzeuges mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
    • 2 eine vereinfachte dreidimensionale Teilansicht des Antriebsstranges gemäß 1; und
    • 3 eine Ansicht der Getriebevorrichtung gemäß 1
  • 1 zeigt einen Fahrzeugantriebsstrang 1 mit einer Getriebevorrichtung 2 eines vorzugsweise als knickgelenktes Nutzfahrzeug ausgebildeten Fahrzeuges. Zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung der Getriebevorrichtung 2 ist ein hydrostatischer Variator 3 vorgesehen. Die Getriebevorrichtung 2 ist mit Leistungsverzweigung und mit einem hydrostatischen Zweig 4, der den Variator 3 umfasst, und einem mechanischen Zweig 5 ausgebildet, die über ein im Bereich einer Getriebezentralwelle 6 vorgesehenes und als Planetengetriebe ausgeführtes Summiergetriebe 7 summierbar sind. In der Getriebevorrichtung 2 sind jeweils vier Übersetzungsbereiche in Vorwärtsfahrt- und in Rückwärtsfahrtrichtung darstellbar, wobei die Übersetzung innerhalb der Übersetzungsbereiche über den hydrostatischen Variator 3 jeweils stufenlos variierbar ist.
  • Der Variator 3 umfasst eine als Verstellpumpe mit zwei Förderrichtungen und als Schrägscheibeneinheit ausgeführte Hydrostateinheit 3A sowie eine weitere als Konstantschrägachseneinheit ausgebildete reversierbare Hydrostateinheit 3B, die kleiner als die Hydrostateinheit 3A ausgeführt ist, wobei die Hydrostateinheiten sowohl als Pumpe als auch als Motor eingesetzt werden.
  • Auf der Getriebezentralwelle 6 sitzt neben dem Planetengetriebe 7 ein Schaltgetriebe, das neben dem Planetengetriebe 7 drei weitere Planetengetriebe 9 bis 11 umfasst, deren Wellen zur Darstellung der vier Übersetzungsbereiche über fünf reibschlüssige Schaltelemente 12 bis 16 in der später näher beschriebenen Art und Weise miteinander koppelbar sind und die alle koaxial auf der Getriebezentralwelle 6 angeordnet sind. Getriebeausgangsseitig des Schaltgetriebes 8 sind zwei weitere reibschlüssige Schaltelemente 17, 18 vorgesehen, wobei bei geschlossenem reibschlüssigem Schaltelement 17 jeweils ein Vorwärtsfahrbetrieb darstellbar ist, während bei geschlossenem reibschlüssigem Schaltelement 18 ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 und der Getriebevorrichtung 2 ausgeführtes Fahrzeug in Rückwärtsfahrtrichtung betreibbar ist.
  • Des Weiteren steht die Getriebezentralwelle 6 getriebeausgangsseitig über ein Festrad 19, ein Zwischenrad 20 und ein damit kämmendes Festrad 21 einer als Vorgelegewelle ausgeführten Hydrostatwelle 22 mit dem Variator 3 bzw. der ersten Hydrostateinheit 3A in Wirkverbindung. Eine weitere Hydrostatwelle 23 des Hydrostaten 3 ist ebenfalls mit einem Festrad 24 ausgeführt, das mit einem drehfest mit einer als Sonnenrad ausgebildeten Welle 25 des Planetengetriebes 7 verbundenen Zahnrad 26 kämmt.
  • Die Getriebezentralwelle 6 ist drehfest mit einer als Hohlrad ausgeführten Welle 27 des Planetengetriebes 7 gekoppelt, das wie das Sonnenrad 25 mit Planetenrädern 28 des Planetengetriebes 7 kämmt, die wiederum auf einem Planetensteg 29 drehbar gelagert sind. Der Planetensteg 29 des Planetengetriebes 7 ist mit einer als Hohlrad ausgeführten Welle 30 des Planetengetriebes 9 drehfest verbunden und über das reibschlüssige Schaltelement 14 drehfest mit einer als Planetensteg ausgebildeten Welle 31 des Planetengetriebes 11 drehfest verbindbar.
  • Das Hohlrad 27 des Planetengetriebes 7 ist wiederum drehfest mit einer als Planetensteg ausgebildeten Welle 32 des Planetengetriebes 9 verbunden, auf dem Planetenräder 33 drehbar gelagert sind, die mit dem Hohlrad 30 und einer als Sonnrad ausgebildeten Welle 34 des Planetengetriebes 9 kämmen. Das Sonnenrad 34 des Planetengetriebes 9 ist drehfest mit einer ebenfalls als Sonnenrad ausgeführten Welle 35 des Planetengetriebes 10 verbunden und über das reibschlüssige Schaltelement 13 drehfest mit einer wiederum ein Sonnenrad darstellenden Welle 36 des Planetengetriebes 11 drehfest in Wirkverbindung bringbar.
  • Ein Hohlrad bzw. eine Welle 37 des Planetengetriebes 10 ist über das reibschlüssige Schaltelement 12 mit dem Sonnenrad 36 des Planetengetriebes 11 koppelbar und kämmt mit drehbar auf einer als Planetensteg ausgeführten Welle 38 des Planetengetriebes 10 gelagerten Planetenrädern 59, die wiederum mit dem Sonnenrad 35 in Eingriff stehen. Der Planetensteg 38 des Planetengetriebes 10 ist wiederum drehfest mit dem Hohlrad 30 des Planetengetriebes 9 verbunden und daher ebenfalls über das reibschlüssige Schaltelement 14 mit dem Planetensteg 31 des Planetengetriebes 11 in Wirkverbindung bringbar. Eine als Hohlrad ausgeführte Welle 39 des Planetengetriebes 11 ist über das als Bremse ausgebildete reibschlüssige Schaltelement 16 drehfest darstellbar. Der Planetensteg 31 ist über die reibschlüssigen Schaltelemente 17 und 18 mit einem Getriebeausgang 40 koppelbar, der mit einer Vorderachse 41 und einer Hinterachse 42 wirkverbunden ist.
  • Getriebeeingangsseitig weist die Getriebezentralwelle 6 ein weiteres Festrad 43 auf, das mit einem Festrad 44 einer als Vorgelegewelle ausgeführten Nebenabtriebswelle 45 kämmt. Die Nebenabtriebswelle 45 ist im Bereich eines weiteren reibschlüssigen Schaltelementes 46 mit einer Antriebswelle 47A koppelbar, über welche Nebenabtriebe des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges antreibbar sind.
  • Zusätzlich kämmen mit dem Festrad 44 der Nebenabtriebswelle 45 weitere Zahnräder 47, 48 und 49, die mit Antriebswellen 50 bis 52 von Hydraulikpumpen 53 bis 55 drehfest verbunden sind. Die Hydraulikpumpen 53 bis 55 sind vorliegend als lastfühlende Pumpen ausgeführt und zur hydraulischen Versorgung des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges vorgesehen. Eine auf der Hydrostatwelle 23 angeordnete weitere Hydraulikpumpe 56 ist als Innenzahnradpumpe ausgeführt und stellt eine Systemdruckpumpe für die Getriebeölversorgung der Getriebevorrichtung 2 dar.
  • Die Hydraulikpumpen 53 bis 55 sind in der in 2 und 3 dargestellten Art und Weise bauraumgünstig im Bereich des Getriebeeingangs der Getriebevorrichtung 2 um die Getriebezentralwelle 6 herum angeordnet, die über einen Antriebsflansch 57 mit einer Antriebsmaschine 58, vorzugsweise einer Dieselbrennkraftmaschine, direkt in Wirkverbindung bringbar ist.
  • Zur Darstellung eines ersten Übersetzungsbereiches für Vorwärtsfahrt oder für Rückwärtsfahrt sind die reibschlüssigen Schaltelemente 12 und 16 in geschlossenen Betriebszustand zu überführen, während die weiteren reibschlüssigen Schaltelemente 13, 14 und 15 zu öffnen sind. Liegt eine entsprechende Anforderung zum Wechsel in den zweiten Übersetzungsbereich ausgehend vom ersten Übersetzungsbereich vor, ist das reibschlüssige Schaltelement 12 zu öffnen und das reibschlüssige Schaltelement 13 zu schließen, während das reibschlüssige Schaltelement 16 in geschlossenem Zustand und die Schaltelemente 14 und 15 in geöffnetem Zustand gehalten werden.
  • Soll ausgehend vom zweiten Übersetzungsbereich in den dritten Übersetzungsbereich gewechselt werden, ist das reibschlüssige Schaltelement 16 zu öffnen und das reibschlüssige Schaltelement 14 zu schließen, während bei einem Wechsel von dem dritten Übersetzungsbereich in den vierten Übersetzungsbereich das reibschlüssige Schaltelement 14 zu öffnen und das weitere Schaltelement 15 bei gleichzeitig geschlossenem reibschlüssigem Schaltelement 13 in seinen geschlossenen Betriebszustand zu überführen ist.
  • Bezugszeichen
    • 1
    Fahrzeugantriebsstrang
    2
    Getriebevorrichtung
    3
    Variator
    3A, 3B
    Hydrostateinheit
    4
    hydrostatischer Zweig
    5
    mechanischer Zweig
    6
    Getriebezentralwelle
    7
    Summiergetriebe, Planetengetriebe
    8
    Schaltgetriebe
    9 bis 11
    Planetengetriebe
    12 bis 16
    reibschlüssiges Schaltelement
    17, 18
    reibschlüssiges Schaltelement
    19
    Festrad
    20
    Zwischenrad
    21
    Festrad
    22,23
    Hydrostatwelle
    24
    Festrad
    25
    Welle, Sonnenrad des Planetengetriebes 7
    26
    Zahnrad
    27
    Welle, Hohlrad des Planetengetriebes 7
    28
    Planetenräder des Planetengetriebes 7
    29
    Planetensteg des Planetengetriebes 7
    30
    Welle, Hohlrad des Planetengetriebes 9
    31
    Welle, Planetensteg des Planetengetriebes 11
    32
    Welle, Planetensteg des Planetengetriebes 9
    33
    Planetenräder des Planetengetriebes 9
    34
    Welle, Sonnenrad des Planetengetriebes 9
    35
    Welle, Sonnenrad des Planetengetriebes 10
    36
    Welle, Sonnenrad des Planetengetriebes 11
    37
    Welle, Hohlrad des Planetengetriebes 10
    38
    Welle, Planetensteg des Planetengetriebes 10
    39
    Welle, Hohlrad des Planetengetriebes 11
    40
    Getriebeausgang
    41
    Vorderachse
    42
    Hinterachse
    43
    Festrad der Getriebezentralwelle
    44
    Festrad der Nebenabtriebswelle
    45
    Nebenabtriebswelle
    46
    weiteres reibschlüssiges Schaltelement
    47A
    Antriebswelle
    47 bis 49
    Zahnrad
    50 bis 52
    Antriebswelle
    53 bis 56
    Hydraulikpumpe
    57
    Antriebsflansch
    58
    Antriebsmaschine
    59
    Planetenräder des Planetengetriebes 10

Claims (5)

  1. Getriebevorrichtung (2) mit Leistungsverzweigung mit einem hydrostatischen Zweig (4) und mit einem mechanischen Zweig (5), welche über ein im Bereich einer Getriebezentralwelle (6) vorgesehenes Summiergetriebe (7) summierbar sind, und mit wenigstens zwei Übersetzungsbereichen in Vorwärtsfahrt- und in Rückwärtsfahrtrichtung, wobei die Übersetzung innerhalb der Übersetzungsbereiche über einen hydrostatischen Variator (3) im Bereich des hydrostatischen Zweiges (4) jeweils stufenlos variierbar ist, wobei der Variator (3) eine erste Hydrostatwelle (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebezentralwelle (6) getriebeeingangsseitig direkt mit einer Antriebsmaschine (58) gekoppelt ist und sowohl mit einer als Vorgelegewelle ausgeführten Nebenabtriebswelle (45), mit der als Vorgelegewelle ausgebildeten ersten Hydrostatwelle (22) des Variators (3), als auch mit Hydraulikpumpen (53 bis 55) für die Arbeitshydraulik, welche im Bereich des Getriebeeingangs angeordnet sind, in Wirkverbindung steht, wobei die Getriebezentralwelle (6) im Bereich des Getriebeausgangs (40) mit der ersten als Vorgelegewelle ausgeführten Hydrostatwelle (22) gekoppelt ist und die Nebenabtriebswelle (45) im Bereich des Getriebeausgangs (40) mit einer Antriebswelle (47A) koppelbar ist.
  2. Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebezentralwelle (6) über ein Festrad (43) jeweils mit der Nebenabtriebswelle (45) und mit Antriebswellen (50 bis 52) der Hydraulikpumpen (53 bis 55) drehfest verbundenen Zahnrädern (44, 47 bis 49) im Bereich des Getriebeeingangs in Wirkverbindung steht.
  3. Getriebevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebezentralwelle (6) getriebeausgangsseitig über ein Festrad (19), ein damit kämmendes Zwischenrad (20) und ein Festrad (11) der Hydrostatwelle (22) mit dieser gekoppelt ist.
  4. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrostatwelle (22) in einem dem Getriebeeingang zugewandten Bereich über ein Festrad (24) mit einer Welle (25) des als Planetenradsatz ausgeführten Summiergetriebes (7) verbunden ist.
  5. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Konstantschrägachseneinheit ausgebildete Hydrostateinheit (3B) des Variators (3) kleiner als eine als Verstellschrägscheibeneinheit ausgeführte Hydrostateinheit (3A) des Variators (3) dimensioniert ist.
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