DE102015218670A1

DE102015218670A1 - Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe mit einem Planetenradsatz und mit wenigstens drei Fahrbereichen

Info

Publication number: DE102015218670A1
Application number: DE102015218670.9A
Authority: DE
Inventors: Viktor Warth; Benedikt Reick
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-03-30
Also published as: JP2017075692A

Abstract

Es wird ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe (3) mit einem Planetenradsatz (9) und mit drei Fahrbereichen sowie mit einem Variator (8) mit wenigstens zwei Wellen (12, 13) beschrieben, in dessen Bereich eine Übersetzung des Getriebes (3) innerhalb der Fahrbereiche jeweils stufenlos variierbar ist. Eine Getriebeeingangswelle (4) ist mit einer ersten Welle (PT) des Planetenradsatzes (9) verbunden. Der Variator (8) ist im Bereich seiner Wellen (12, 13) mit einer zweiten Welle (HR1) und mit einer dritten Welle (SR1) des Planetenradsatzes (9) gekoppelt. Zur Darstellung eines ersten Fahrbereiches ist die zweite Welle (HR1) und die damit in Verbindung stehende Welle (15) des Variators (8) über eine in den Kraftfluss zugeschaltete erste Zahnradpaarung (18) und die Welle (15) des Variators (8) zur Darstellung eines zweiten Fahrbereiches über die damit in Verbindung stehende zweite Welle (HR1) des Planetenradsatzes (9) und eine vierte Welle (SR2) des Planetenradsatzes (9) sowie über eine in den Kraftfluss zugeschaltete zweite Zahnradpaarung (19) mit einer Getriebeausgangswelle (24) in Wirkverbindung bringbar. Die Welle (15) des Variators (8) ist zur Darstellung eines dritten Fahrbereiches über die damit in Verbindung stehende zweite Welle (HR1) des Planetenradsatzes (9) und eine fünfte Welle (HR2) des Planetenradsatzes (9) sowie eine in den Kraftfluss zugeschaltete dritte Zahnradpaarung (20) mit der Getriebeausgangswelle (24) koppelbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe mit einem Planetenradsatz und mit wenigstens drei Fahrbereichen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Praxis bekannte Arbeitsmaschinen, wie Bau- oder Landmaschinen, sind in zunehmendem Umfang mit stufenlos leistungsverzweigten Getrieben ausgebildet. Die Leistungsverzweigung solcher Getriebesysteme prägt den Wirkungsgradverlauf heutiger sogenannter CVT-Getriebe (continuously-variable-transmission) entscheidend. In der Regel wird der beste Wirkungsgrad bei in einem CVT-Getriebe eingelegten Getriebeübersetzungen dann erreicht, wenn die über ein CVT-Getriebe zu führende Leistung zu einem hohen Anteil über einen sogenannten mechanischen Leistungspfad des CVT-Getriebes erfolgt, der lediglich drehbare Wellen und Zahnradpaarungen umfasst. Im Unterschied dazu ist der Getriebewirkungsgrad meist geringer, wenn die über das CVT-Getriebe zu führende Leistung bzw. das zu übertragende Drehmoment zu einem höheren Anteil über den Leistungspfad eines CVT-Getriebes geführt wird, in dem ein Variator angeordnet ist, über den die Gesamtgetriebeübersetzung stufenlos variierbar ist. Diese systembedingte Tatsache übt einen direkten Einfluss auf den Systemwirkungsgradverlauf eines mit einem CVT-Getriebe ausgeführten Antriebsstrangs und damit auch auf ein verbrauchsoptimierendes Antriebsstrangmanagement eines CVT-Getriebes aus.
Durch den Einsatz stufenloser leistungsverzweigter Getriebe bzw. CVT-Getriebe in Kombination mit einer entsprechenden Fahrstrategie sind die Leistungsfähigkeit, der Komfort sowie der Kraftstoffverbrauch von Arbeitsmaschinen optimierbar. Darüber hinaus ermöglicht das automatische stufenlose Verstellen der Getriebeübersetzung, dass sich ein Fahrer bzw. eine Bedienperson einer Arbeitsmaschine in höherem Umfang auf den mit der Arbeitsmaschine durchzuführenden Arbeitsprozess konzentrieren kann und Arbeitsprozesse effizient und jeweils mit hoher Produktivität bei gleichzeitig guter Prozessqualität ausführbar sind.
Im Unterschied zu rein mechanischen Getrieben sind CVT-Getriebe systembedingt durch einen schlechteren Getriebewirkungsgrad gekennzeichnet. Aus Untersuchungen ist jedoch bekannt, dass durch stufenloses Variieren, der Getriebeübersetzung, und mit Hilfe ausgefeilter Regelstrategien eine als Brennkraftmaschine ausgeführte Antriebsmaschine eines Antriebsstranges einer Arbeitsmaschine über einen großen Arbeitsbereich weitestgehend in verbrauchsoptimalen Betriebsbereichen betrieben werden können, wodurch der Gesamtwirkungsgrad eines Antriebsstranges einer Arbeitsmaschine verbesserbar ist. Des Weiteren sind beispielsweise Antriebsstränge von Baumaschinen ohne hydrodynamische Drehmomentwandler im Bereich des Getriebeeingangs ausführbar, wodurch zusätzliche Effizienzvorteile erreicht werden.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, stufenlose Fahrantriebe eingangsgekoppelt, ausgangsgekoppelt oder in einer sogenannten Compound-Bauweise auszuführen. Jede dieser Bauweisen bietet individuelle Vor- und Nachteile. Getriebe, die Kombinationen aus den letztgenannten Bauweisen aufweisen, stellen sehr große Getriebespreizungen bei gleichzeitig niedrigen über den den Variator aufweisenden Leistungspfad zu führenden Leistungsanteilen zur Verfügung. Des Weiteren sind mittels CVT-Getrieben eine Vielzahl verschiedener Fahrfunktionen umsetzbar. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, eine Antriebsmaschine während eines sogenannten powered-zero-Betriebszustandes einer Arbeitsmaschine im Fahrzeugstillstand ohne zusätzliches Trennelement zwischen der Antriebsmaschine und einem Abtrieb der Arbeitsmaschine mit einer Drehzahl größer Null zu betreiben. Zusätzlich ist durch den Einsatz eines CVT-Getriebes im Volllastbereich der Antriebsmaschine die maximale Motorleistung über einen breiten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich zur Verfügung stellbar.
Ein solches CVT-Getriebe bzw. ein derartiges stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe ist aus der DE 10 2013 200 392 A1 bekannt und ist mit einem Planetenradsatz ausgebildet. In dem CVT-Getriebe sind drei Fahrbereiche einlegbar, die über in einen Kraftfluss des Getriebes zuschaltbare und aus dem Kraftfluss abschaltbare Zahnradpaarungen darstellbar sind. Des Weiteren ist das CVT-Getriebe mit einem Variator mit wenigstens zwei Wellen ausgeführt. Im Bereich des Variators ist eine Übersetzung des Getriebes innerhalb der Fahrbereiche jeweils stufenlos variierbar.
Eine Getriebeeingangswelle ist mit einer ersten Welle des Planetenradsatzes verbunden. Der Variator steht im Bereich seiner Wellen mit einer zweiten Welle und mit einer dritten Welle des Planetenradsatzes in Wirkverbindung. Die zweite Welle des Planetenradsatzes ist zur Darstellung eines ersten Fahrbereiches über die damit in Verbindung stehende Welle des Variators und über in einen Kraftfluss zugeschaltete erste Zahnradpaarung mit einer Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung bringbar. Zusätzlich ist die Welle des Variators zur Darstellung eines zweiten Fahrbereichs über die damit in Verbindung stehende zweite Welle des Planetenradsatzes und eine vierte Welle des Planetenradsatzes sowie über eine in den Kraftfluss zugeschaltete zweite Zahnradpaarung mit der Getriebeausgangswelle koppelbar.
Bei im Getriebe eingelegtem dritten Fahrbereich ist die zweite Welle des Planetenradsatzes wiederum über die damit in Verbindung stehende Welle des Variators und über eine in den Kraftfluss zugeschaltete dritte Zahnradpaarung mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt, womit das Getriebe bei eingelegtem ersten Fahrbereich und auch bei eingelegtem dritten Fahrbereich einen sogenannten ausgangsgekoppelten stufenlosen Fahrantrieb ausbildet, während bei eingelegtem zweiten Fahrbereich ein stufenloser Fahrantrieb in der sogenannten Compound-Bauweise realisiert ist, während dem über den den Variator aufweisenden Leistungspfad ein geringerer Anteil der über das Getriebe zu führenden Leistung weitergeleitet wird, als während des ausgangsgekoppelten Betriebes.
Bekannterweise sind die über Leistungspfade von stufenlos leistungsverzweigten Getrieben, die Variatoren aufweisen, führbaren Drehmomente limitiert, weshalb das im Bereich eines Abtriebs anzulegende Antriebsmoment unter Umständen nicht im angeforderten Umfang zur Verfügung stellbar ist. Des Weiteren sind Variatoren bei hohen über einen Variator zu übertragenden Leistungen bzw. Drehmomenten entsprechend groß auszulegen, was sowohl den Bauraumbedarf als auch die Herstellkosten stufenlos leistungsverzweigter Getriebe in unerwünschtem Umfang erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe zur Verfügung zu stellen, bei welchem über einen möglichst großen Betriebsbereich die im Betrieb eines Variators anliegenden Drehmomente gering sind, ohne ein im Bereich eines Abtriebs einer mit dem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe ausgeführten Arbeitsmaschine darzustellendes Abtriebsmoment zu begrenzen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße stufenlos leistungsverzweigte Getriebe umfasst einen Planetenradsatz und stellt wenigstens drei über den Kraftfluss des Getriebes zuschaltbare und aus dem Kraftfluss abschaltbare Zahnradpaarungen einlegbare Fahrbereiche zur Verfügung. Zusätzlich ist das Getriebe mit einem Variator mit wenigstens zwei Wellen ausgebildet, in dessen Bereich eine Übersetzung des Getriebes innerhalb der Fahrbereiche jeweils stufenlos variierbar ist. Eine Getriebeeingangswelle steht mit einer ersten Welle des Planetenradsatzes in Wirkverbindung, während der Variator im Bereich seiner Wellen mit einer zweiten Welle und mit einer dritten Welle des Planetenradsatzes gekoppelt ist. Die zweite Welle des Planetenradsatzes ist zur Darstellung eines ersten Fahrbereiches über die damit in Verbindung stehende Welle des Variators und über eine in den Kraftfluss zugeschaltete erste Zahnradpaarung mit einer Getriebeausgangswelle koppelbar. Zusätzlich ist die Welle des Variators zur Darstellung eines zweiten Fahrbereiches über die damit in Verbindung stehende zweite Welle des Planetenradsatzes und eine vierte Welle des Planetenradsatzes sowie über eine in den Kraftfluss zugeschaltete zweite Zahnradpaarung in Wirkverbindung bringbar.
Erfindungsgemäß ist die Welle des Variators zur Darstellung eines dritten Fahrbereiches über die damit in Verbindung stehende zweite Welle des Planetenradsatzes und eine fünfte Welle des Planetenradsatzes sowie über die in den Kraftfluss zugeschaltete dritte Zahnradpaarung mit der Getriebeausgangswelle verbindbar.
Damit ist über das erfindungsgemäße stufenlos leistungsverzweigte Getriebe bei eingelegtem ersten Fahrbereich ein sogenannter ausgangsgekoppelter stufenloser Fahrantrieb realisierbar, während bei eingelegtem zweiten Fahrbereich und bei eingelegtem dritten Fahrbereich mit dem erfindungsgemäßen Getriebe jeweils ein stufenloser Fahrantrieb in Compound-Bauweise vorliegt. Bei der Compound-Bauweise steht der Variator sowohl mit der Getriebeeingangswelle als auch mit der Getriebeausgangswelle über den Planetenradsatz in Wirkverbindung und wird im Betrieb einer Arbeitsmaschine mit geringeren Belastungen beaufschlagt, als dies während der Darstellung des ausgangsgekoppelten stufenlosen Fahrantriebes der Fall ist, bei dem der Variator über den Planetenradsatz mit der Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung steht. Bei einem ausgangsgekoppelten stufenlosen Fahrantrieb steht ein Variator ohne Zwischenschalten des Planetenradsatzes direkt mit der Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung ist, weshalb dann höhere Leistungen über den Variator zu übertragen sind.
Das erfindungsgemäße stufenlos leistungsverzweigte Getriebe ist mit beliebig ausgebildeten Variatoreinheiten ausführbar sowie kompakt und mit einer nahezu koaxialen Bauweise ausführbar, wie sie vornehmlich für den Einsatz in Landmaschinen geeignet ist. Hiervon abweichend kann das erfindungsgemäße stufenlos leistungsverzweigte Getriebe auch in einer kompakten sogenannten Dropbox-Bauweise ausgebildet sein, die bevorzugt in Baumaschinen, wie Radladern oder dergleichen, aufgrund des zu überwindenden Achsversatzes zwischen der Motorausgangswelle der Antriebsmaschine und dem Abtrieb verwendet wird. Insbesondere sind Anordnungen denkbar, bei denen wenigstens einer der hydraulischen oder elektrischen Maschinen des Variators koaxial zu dem Planetenradsatz angeordnet ist.
Durch die Erweiterung des dritten Fahrbereiches als Compound-Fahrbereich wird bei eingelegtem dritten Fahrbereich die über den Variator zu führende Leistung reduziert und die Spreizung des Variators ist in höherem Umfang nutzbar, womit insgesamt eine im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten stufenlos leistungsverzweigten Getrieben eine niedrigere Gesamtgetriebeübersetzung darstellbar ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Drehzahl einer Antriebsmaschine während eines Transportbetriebes einer Arbeitsmaschine bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten weiter zu reduzieren bzw. abzusenken.
Fahrbereichswechsel sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe synchron durchführbar, womit Schaltelemente zum Zu- und Abschalten der Zahnradpaarungen sowohl als Lastschaltelemente, wie Reibkupplungen als auch als formschlüssige Schaltelemente wie Klauenschaltelemente, ausgeführt werden können.
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, eine mit dem erfindungsgemäßen stufenlos leistungsverzweigten Getriebe ausgeführte Arbeitsmaschine aus einem poweredzero-Betriebszustand ohne zusätzliches Anfahrelement alleine durch Verstellen des Variators und das daraus resultierende Variieren der Getriebegesamtübersetzung anzufahren.
Des Weiteren werden die Getriebeelemente des stufenlos leistungsverzweigten Getriebes nach der Erfindung während der Darstellung der verschiedenen Betriebszustände mehrfach genutzt, womit das Getriebe bauraum- und kostengünstig herstellbar ist.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist vorliegend mit einem 5-Wellen-Stufenplanetenradsatz ausgeführt, wobei die erste Welle des Planetenradsatzes bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Getriebes ein gemeinsamer Planetenträger, die zweite Welle des Planetenradsatzes ein erstes Hohlrad, die dritte Welle des Planetenradsatzes ein erstes Sonnenrad, die vierte Welle des Planetenradsatzes ein zweites Sonnenrad und die fünfte Welle des Planetenradsatzes ein zweites Hohlrad ist, wobei der Durchmesser des ersten Sonnenrades kleiner ist als der Durchmesser des zweiten Sonnenrades und der Durchmesser des ersten Hohlrades größer ist als der Durchmesser des zweiten Hohlrades und die Sonnenräder und die Hohlräder mit Stufenplaneten kämmen.
Bei weiteren in radialer Richtung bauraumgünstigen Ausführungsformen des stufenlos leitungsverzweigten Getriebes sind die Getriebeeingangswelle und eine Nebenabtriebswelle koaxial zueinander angeordnet, während die Getriebeausgangswelle als Vorgelegewelle ausgeführt ist, oder sind die Getriebeeingangselle und die Getriebeausgangselle koaxial zueinander angeordnet, während eine Nebenabtriebswelle als Vorgelegewelle ausgeführt ist.
Umfasst die zur Darstellung des ersten Fahrbereiches in den Kraftfluss zuzuschaltende erste Zahnradpaarung ein Losrad, das drehbar auf einer Hohlwelle gelagert ist, die koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist und über ein Schaltelement drehfest mit der Hohlwelle verbindbar ist sowie mit einem Festrad der Welle des Variators in Eingriff steht, das mit einem mit der zweiten Welle des Planetenradsatzes verbundenen Zahnrad kämmt, während ein Festrad der Hohlwelle mit einem Festrad der Getriebeausgangswelle in Eingriff steht, ist das erfindungsgemäße stufenlos leistungsverzweigte Getriebe in axialer Richtung durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
Bei einer ebenfalls in axialer Richtung bauraumgünstigen Ausführungsform des stufenlos leistungsverzweigten Getriebes umfasst die zur Darstellung des dritten Fahrbereichs in den Kraftfluss zuzuschaltende dritte Zahnradpaarung ein Losrad, das drehbar auf einer als Hohlwelle ausgebildeten und mit der fünften Welle des Planetenradsatzes verbundenen Vorgelegewelle angeordnet ist, über ein Schaltelement drehfest mit der Vorgelegewelle verbindbar ist, und mit einem Festrad der Getriebeabtriebswelle kämmt.
Eine sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung bauraumgünstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des zweiten Fahrbereiches in den Kraftfluss zuzuschaltende zweite Zahnradpaarung ein Losrad umfasst, das drehbar auf der vierten Welle des Planetenradsatzes angeordnet ist, über ein Schaltelement drehfest mit der vierten Welle des Planetenradsatzes verbindbar ist und mit einem weiteren Festrad der Getriebeausgangswelle kämmt.
Umfasst die zur Darstellung des dritten Fahrbereiches in den Kraftfluss zuzuschaltende Zahnradpaarung ein Losrad, das drehbar auf einer Vorgelegewelle angeordnet ist, über ein Schaltelement drehfest mit der Vorgelegewelle verbunden ist und mit einem Festrad der fünften Welle des Planetenradsatzes kämmt, während ein Festrad der Vorgelegewelle mit einem Festrad der Hohlwelle in Eingriff steht und ein weiteres Festrad der Hohlwelle mit einem Festrad der Getriebeabtriebswelle kämmt, sind im Bereich des Schaltelementes auftretende Belastungen geringer als bei der Anordnung des Losrades auf der als Hohlwelle ausgebildeten und mit der fünften Welle des Planetenradsatzes verbundenen Vorgelegewelle des Losrades.
Wenn die zur Darstellung des zweiten Fahrbereiches in den Kraftfluss zuzuschaltende zweite Zahnradpaarung ein Losrad umfasst, das drehbar auf einer Vorgelegewelle angeordnet ist, über ein Schaltelement drehfest mit der Vorgelegewelle verbindbar ist und mit einem Festrad der vierten Welle des Planetenradsatzes kämmt, während ein Festrad der Vorgelegewelle mit dem Festrad der Hohlwelle in Eingriff steht und ein weiteres Festrad der Hohlwelle mit einem Festrad der Getriebeabtriebswelle kämmt, ist die Belastung im Bereich des Schaltelementes im Vergleich zu der Anordnung des Losrades der zweiten Zahnradpaarung auf der vierten Welle des Planetenradsatzes niedriger, womit das Schaltelement mit einer geringeren Leistungsfähigkeit und somit bauraum- und kostengünstiger auslegbar ist.
Umfasst die zur Darstellung des dritten Fahrbereiches in den Kraftfluss zuzuschaltende dritte Zahnradpaarung ein Losrad, das drehbar auf der vierten Welle des Planetenradsatzes angeordnet und über ein Schaltelement drehfest mit der fünften Welle des Planetenradsatzes verbindbar ist, sowie mit einem Festrad der Getriebeausgangswelle in Eingriff steht, ist das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe mit einer geringen Anzahl an Vorgelegewellen ausführbar und der dritte Fahrbereich ist mit einer wirkungsgradgünstigen geringen Anzahl an Zahneingriffen darstellbar.
Ist die zur Darstellung des dritten Fahrbereiches in den Kraftfluss zuzuschaltende dritte Zahnradpaarung mit einem Losrad ausgebildet, das drehbar an einer Vorgelegewelle ausgebildet ist, über ein Schaltelement drehfest mit der Vorgelegewelle verbindbar ist und mit einem auf der Welle des Variators drehbar angeordneten Losrad kämmt, welches mit einem mit der fünften Welle des Planetenradsatzes drehbar verbundenen Zahnrad kämmt, während ein Festrad der Vorgelegewelle mit einem Festrad der Getriebeausgangswelle in Eingriff steht, treten im Bereich des zum Zuschalten der dritten Zahnradpaarung vorgesehenen Schaltelementes geringere Belastungen auf als bei der Anordnung des Losrades auf der vierten Welle des Planetenradsatzes.
Weist die zur Darstellung des ersten Fahrbereiches in den Kraftfluss zuzuschaltende erste Zahnradpaarung ein Losrad auf, das drehbar auf einer weiteren Vorgelegewelle angeordnet ist, über ein Schaltelement drehfest mit der Vorgelegewelle verbindbar ist und mit einem Festrad der Getriebeausgangswelle kämmt, während ein Festrad der weiteren Vorgelegewelle mit einem Festrad der mit der zweiten Welle des Planetenradsatzes in Wirkverbindung stehenden Welle des Variators in Eingriff steht, ist das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe mit geringerem Aufwand mit einer kompakten Dropbox-Bauweise ausführbar, und das Getriebe in gewünschtem Umfang in einem Antriebsstrang einer Baumaschine einsetzbar.
Wenn die zur Darstellung des zweiten Fahrbereiches in den Kraftfluss zuzuschaltende zweite Zahnradpaarung ein Losrad umfasst, das drehbar auf einer zusätzlichen Vorgelegewelle angeordnet ist, über ein Schaltelement drehfest mit der zusätzlichen Vorgelegewelle verbindbar ist und mit dem Losrad der zur Darstellung des ersten Fahrbereiches vorgesehenen ersten Zahnradpaarung kämmt, ist einerseits eine hohe Mehrfachnutzung der Getriebeelemente gegeben und das erfindungsgemäße stufenlos leistungsverzweigte Getriebe mit einer kompakten Dropbox-Bauweise ausführbar sowie der zweite Fahrbereich auf konstruktiv einfache Art und Weise als sogenannter Compound-Fahrbereich zur Verfügung stellbar.
Ist die Getriebeeingangswelle zur Darstellung verschiedener Drehrichtungen der Getriebeausgangswelle über ein Wendegetriebe mit der ersten Welle des Planetenradsatzes in Wirkverbindung bringbar, sind über das erfindungsgemäße stufenlos leistungsverzweigte Getriebe jeweils drei Fahrbereiche für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt bei gleichzeitig geringem konstruktiven Aufwand auf bauraumgünstige Art und Weise zur Verfügung stellbar.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des stufenlos leistungsverzweigten Getriebes nach der Erfindung ist der Variator als ein wenigstens zwei miteinander verbundene hydraulische oder elektrische Maschinen umfassender hydraulischer oder elektrischer Variator oder als mechanischer Variator ausgebildet, wobei eine Ausführung des Variators als eine sogenannte Doppeljocheinheit bevorzugt ist, da ein solcher Variator durch eine hohe Leistungsdichte gekennzeichnet ist und mit geringem Aufwand betreibbar ist.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen stufenlos leistungsverzweigten Getriebes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen stufenlos leistungsverzweigten Getriebes 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 eine schematisierte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Fahrzeugantriebsstrangs mit einer Antriebsmaschine, mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe und mit einem Abtrieb;
2 ein Schaltschema des Getriebes gemäß 1;
3 bis 5 1 entsprechende Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele von Fahrzeugantriebssträngen von Landmaschinen;
6 ein Schaltschema der Getriebe gemäß 3 bis 5; und
7 und 8 1 entsprechende Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele von Fahrzeugantriebssträngen von Baumaschinen.
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs 1 mit einer Antriebseinrichtung 2 bzw. einer Antriebsmaschine und mit einem damit koppelbaren stufenlos leistungsverzweigten Getriebe 3. Die Antriebsmaschine 2 ist vorliegend als Brennkraftmaschine, vorzugsweise als Dieselbrennkraftmaschine, ausgeführt und kann bei weiteren Ausführungsformen eines Fahrzeugantriebsstrangs 1 auch als elektrische Maschine oder als eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine beliebiger Bauart und einer elektrischen Maschine ausgebildet sein.
Eine Getriebeeingangswelle 4 des Getriebes 3 ist vorliegend über einen Drehschwingungsdämpfer 5 mit der Antriebseinrichtung 2 verbunden. Die Getriebeeingangswelle 4 treibt über ein Festrad 6 und ein Festrad 7 eine vorliegend als Planetenträger ausgeführte erste Welle PT eines Planetenradsatzes 9 an, der vorliegend als 5-Wellen-Stufenplanet ausgebildet ist.
Die Getriebeeingangswelle 4 erstreckt sich in axialer Richtung des Getriebes 3 vollständig durch das Getriebe 3 und stellt gleichzeitig eine sogenannte Nebenabtriebswelle 10 dar, in deren Bereich Drehmoment für den Antrieb von Arbeitsgeräten oder Anbauten einer mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Arbeitsmaschine, wie eine Landmaschine, ein Traktor oder dergleichen, in gewünschtem Umfang zur Verfügung stellbar ist. Auf dem Planetenträger PT sind Stufenplaneten 11 drehbar gelagert, wobei die Stufenplaneten 11 mit ihren größeren Durchmesserbereichen mit einer als erstes Hohlrad ausgeführten zweiten Welle HR1 und mit einer als erstes Sonnenrad ausgeführten dritten Welle SR1 des Planetenradsatzes 9 kämmen. Zusätzlich stehen die Stufenplaneten 11 mit ihren geringeren Durchmesserbereichen mit einer als zweites Sonnenrad ausgeführten vierten Welle SR2 des Planetenradsatzes 9 und einer als zweites Hohlrad ausgeführten fünften Welle HR2 des Planetenradsatzes 9 in Eingriff.
Des Weiteren ist ein Variator 8 mit zwei Hydraulikmaschinen 12, 13 vorgesehen, die über jeweils eine Welle 14, 15 mit dem ersten Hohlrad HR1 bzw. mit dem ersten Sonnenrad SR1 des Planetenradsatzes 9 in Wirkverbindung stehen. Dabei ist die Welle 15 des Variators 8 direkt mit dem ersten Sonnenrad SR1 drehfest verbunden, während die Welle 14 mit einem Festrad 16 ausgebildet ist, das mit einem mit dem ersten Hohlrad HR1 drehfest verbundenen Zahnrad 17 kämmt.
Im Bereich des stufenlos leistungsverzweigten Getriebes 3 sind durch Zu- und Abschalten verschiedener mechanischer Leistungspfade bzw. Zahnradstufen 18 bis 20 mehrere Fahrbereiche FB1 bis FB3 einstellbar, innerhalb welchen wiederum die Übersetzung des Getriebes 3 durch Verstellen der Hubvolumina der Hydraulikmaschinen 12 und 13 des hydraulischen Variators 8 stufenlos veränderbar ist.
Auf der Getriebeeingangswelle 4 bzw. der damit einstückig ausgeführten Nebenabtriebswelle 10 ist vorliegend eine Hohlwelle HW angeordnet, auf der ein Losrad 21 der ersten Zahnradpaarung 18 drehbar gelagert ist, das zur Darstellung eines ersten Fahrbereiches FB1 für Vorwärtsfahrt über ein erstes Schaltelement K1 drehfest mit der Hohlwelle HW verbindbar ist und mit dem Festrad 16 der Welle 14 des Variators 8 kämmt. Zusätzlich kämmt ein Festrad 22 der Hohlwelle HW mit einem Festrad 23 einer Getriebeausgangswelle 24, von der ausgehend eine antreibbare Fahrzeugachse eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeugs bzw. einer Arbeitsmaschine in gewünschtem Umfang mit Drehmoment beaufschlagbar ist.
Über ein weiteres Schaltelement K2 ist ein drehbar auf einer mit dem zweiten Sonnenrad SR2 drehfest verbundenen Welle 25 angeordnetes Losrad 26 der zweiten Zahnradpaarung 19 drehfest mit der Welle 25 verbindbar, um im Getriebe 3 einen zweiten Fahrbereich FB2 für Vorwärtsfahrt einzulegen, während im Getriebe 3 dem Schaltschema gemäß 2 entsprechend ein dritter Fahrbereich FB3 für Vorwärtsfahrt eingelegt ist, wenn ein auf einer weiteren Hohlwelle HW1 drehbar angeordnetes Losrad 27 der dritten Zahnradpaarung 20 über ein drittes Schaltelement K3 drehfest mit der Hohlwelle HW1 verbunden ist, die wiederum drehfest mit dem zweiten Hohlrad HR2 des Planetenradsatzes 9 verbunden ist und drehbar auf der Welle 25 und koaxial zu dieser angeordnet ist. Das Losrad 26 bzw. 27 der zweiten Zahnradstufe 19 bzw. der dritten Zahnradpaarung 20 kämmt mit dem Festrad 28 bzw. 29 der Getriebeausgangswelle 24, die vorliegend als Vorgelegewelle ausgebildet ist.
Neben den drei Fahrbereichen FB1 bis FB3 für Vorwärtsfahrt ist über das Getriebe 3 bei entsprechender Ausführung des Variators 8 bzw. einer der beiden hydraulischen Maschinen 12 oder 13 auch ein Fahrbereich FBR1 für Rückwärtsfahrt darstellbar, wenn das erste Schaltelement K1 geschlossen ist und die Drehrichtung der hydraulischen Maschine 12 oder der hydraulischen Maschine 13 entgegengesetzt zu der Drehrichtung vorgesehen werden kann, die während der Darstellung des ersten Fahrbereiches FB1 für Vorwärtsfahrt eingestellt wird.
Ist im Getriebe 3 gemäß 1 das erste Schaltelement K1 geschlossen und der erste Fahrbereich FB1 eingelegt, wird ein von der Antriebseinrichtung 2 zur Verfügung stehendes Drehmoment über die Getriebeeingangswelle 4 in das Getriebe 3 eingeleitet und über die Festräder 6 und 7 am Planetenträger PT des Planetenradsatzes 9 angelegt. Ausgehend vom Planetenträger PT wird ein Teil des Antriebsmoments der Antriebsmaschine 2 über das erste Sonnenrad SR1 und die Welle 15 der im ersten Fahrbereich FB1 als Pumpe betriebenen hydraulischen Maschine 13 zugeführt, während ein weiterer Teil des Antriebsmoments der Antriebseinrichtung 2 vom Planetenträger PT und die Stufenplaneten 11 auf das erste Hohlrad HR1 weitergeleitet wird, das über das Zahnrad 17 mit dem Festrad 16 der Welle 14 des Variators 8 verbunden ist. Das der hydraulischen Maschine 13 zugeführte Drehmoment wird entsprechend dem Fördervolumen der als Pumpe betriebenen hydraulischen Maschine 13 zum Fördern von Hydraulikfluid verwendet und der als Motor betriebenen weiteren hydraulischen Maschine 12 zugeführt und dort dem Schluckvolumen entsprechend als Drehmoment der Welle 14 aufgeprägt. Das drehfest mit der Hohlwelle HW verbundene Losrad 21 wird bei eingelegtem ersten Fahrbereich FB1 für Vorwärtsfahrt sowohl mit dem vom ersten Hohlrad HR1 als auch mit dem von der Hydraulikmaschine 12 der Welle 14 aufgeprägten Drehmoment beaufschlagt, wobei das aufsummierte Drehmoment vom Losrad 21 auf die Hohlwelle HW und über die Festräder 22 und 23 in Richtung der Getriebeausgangswelle 24 weitergeleitet wird.
Damit ist der Variator 8 im Bereich seiner Welle 14 über das Festrad 16, das Losrad 21 und die Festräder 22 und 23 direkt mit der Getriebeausgangswelle 24 wirkverbunden und es liegt im ersten Fahrbereich FB1 für Vorwärtsfahrt bzw. im ersten Fahrbereich FBR1 für Rückwärtsfahrt ein sogenannter ausgangsgekoppelter stufenloser Fahrantrieb vor.
Im Unterschied hierzu ist der Variator 8 im Bereich seiner Wellen 14 und 15 bei eingelegtem zweiten Fahrbereich FB2 und auch bei eingelegtem dritten Fahrbereich FB3 für Vorwärtsfahrt jeweils über den Planetenradsatz 9 sowohl mit der Getriebeeingangswelle 4 als auch mit der Getriebeausgangswelle 24 verbunden, weshalb dann jeweils ein stufenloser Fahrantrieb in Compound-Bauweise vorliegt, während dem der Variator 8 jeweils mit geringeren Drehmomentwerten beaufschlagt wird als während des ersten Fahrbereichs FB1 bzw. FBR1, während dem ein ausgangsgekoppelter stufenloser Fahrantrieb vorliegt.
Im zweiten Fahrbereich FB2 bzw. FBR2 für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt wechselt im Bereich der Hydraulikmaschinen 12 und 13 die Funktionsweise, weshalb bei eingelegtem zweiten Fahrbereich FB2 bzw. FBR2 die Hydraulikmaschine 12 als Pumpe und die Hydraulikmaschine 13 als Motor betrieben werden. Geht das Getriebe 3 vom zweiten Fahrbereich FB2 für Vorwärtsfahrt bzw. vom zweiten Fahrbereich FBR2 für Rückwärtsfahrt in den dritten Fahrbereich FB3 für Vorwärtsfahrt bzw. in den dritten Fahrbereich FBR3 für Rückwärtsfahrt über, wechselt wiederum die Funktion im Bereich des Variators 8, wobei dann die Hydraulikmaschine 12 wiederum als Pumpe und die Hydraulikmaschine 13 als Motor betrieben werden.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1 gezeigt, der im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Fahrzeugantriebsstrang 1 entspricht und lediglich im Bereich der Getriebe 3 mit einem zusätzlichen Wendegetriebe 30 ausgeführt ist, um neben den drei Übersetzungsbereichen FB1 bis FB3 für Vorwärtsfahrt drei Übersetzungsbereiche FBR1 bis FBR3 für Rückwärtsfahrt in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise darstellen zu können, während das Getriebe 3 gemäß 3 den gleichen Aufbau aufweist wie das Getriebe 3 gemäß 1, weshalb bezüglich der weiteren Funktionsweise des Getriebes 3 gemäß 3 auf die vorstehende Beschreibung zu 1 und 2 verwiesen wird.
Das zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Getriebe 3 angeordnete Wendegetriebe 30 umfasst zwei weitere als reibschlüssige Kupplungen ausgeführte Schaltelemente KV und KR, die jeweils als Fahrtrichtungskupplungen ausgeführt sind. Dabei wird eine Antriebsdrehbewegung der Antriebseinrichtung 2 bei geschlossenem reibschlüssigen Schaltelement KV mit einer derartigen Drehrichtung in das Getriebe 3 eingeleitet, dass ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug in Vorwärtsfahrtrichtung angetrieben wird. Ist dagegen das reibschlüssige Schaltelement KR geschlossen und gleichzeitig das reibschlüssige Schaltelement KV geöffnet, wird die Antriebsdrehbewegung der Antriebseinrichtung 2 mit einer dazu entgegengesetzten Drehrichtung in das Getriebe 3 eingeleitet und ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug ist in Rückwärtsfahrtrichtung betreibbar.
Der in 4 dargestellte Fahrzeugantriebsstrang 1 ist mit einer Weiterbildung des Getriebes 3 gemäß 3 ausgeführt, wobei das Losrad 26 bzw. 27 der zweiten Zahnradpaarung 19 bzw. der dritten Zahnradpaarung 20 des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 4 auf einer koaxial zur Welle 25 und zur weiteren Hohlwelle HW1 angeordneten Vorgelegewelle VW32 drehbar angeordnet ist und über die Schaltelemente K2 bzw. K3 drehfest mit dieser verbindbar sind. Die Vorgelegewelle VW32 weist ein Festrad 31 auf, das mit einem weiteren Festrad 32 der Hohlwelle HW kämmt, womit ein der Vorgelegewelle VW32 zugeführtes Drehmoment über das Festrad 31 und das damit in Eingriff stehende Festrad 32 auf die Hohlwelle HW weitergeleitet wird und vom Festrad 22 der Hohlwelle HW und das damit kämmende Festrad 23 der Getriebeausgangswelle 24 in Richtung des Abtriebs des Fahrzeugantriebsstrangs 1 übertragbar ist.
Um die Belastungen im Bereich der Schaltelemente K2 und K3 zu reduzieren, kämmt das Losrad 26 mit einem Festrad 33 der Welle 25, während das Losrad 27 der dritten Zahnradpaarung 20 mit einem Festrad 34 der weiteren Hohlwelle HW1 in Eingriff steht. Bezüglich der weiteren Funktionsweise des Getriebes 3 wird auf die vorstehende Beschreibung zu 1 bis 3 verwiesen.
Eine weitere Ausführungsform des Fahrzeugantriebsstrangs 1 zeigt 5, wobei das Getriebe 3 bis auf die Anordnung bzw. Ausführung des Variators 8 der in 3 dargestellten Ausführungsform des Getriebes 3 entspricht, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung wiederum im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zwischen der Ausführungsform des Getriebes 3 gemäß 5 und der Ausführungsform des Getriebes 3 gemäß 3 näher eingegangen wird und bezüglich der weiteren Funktionsweise des Getriebes 3 gemäß 5 auf die vorstehende Beschreibung zu 1 bis 3 verwiesen wird.
Bei der Ausführung des Getriebes 3 gemäß 5 sind die beiden Hydraulikmaschinen 12 und 13 koaxial zueinander angeordnet, was insbesondere bei als Hydrostaten in einer sogenannten Back-to-Back-Anordnung ausgeführten Variatoren aber auch bei der Ausführung des Variators 8 mit zwei elektrischen Maschinen vorteilhaft ist.
6 zeigt ein gegenüber 2 erweitertes Schaltschema der Ausführungen des Getriebes 3 gemäß 3 bis 5 und des Getriebes 3 gemäß 7 und 8, wobei jeweils die Schaltelemente K1 bis KR mit einem X gekennzeichnet sind, die zur Darstellung des jeweiligen Fahrbereichs FB1 bis FBR3 in geschlossenem Betriebszustand zu halten oder zu überführen sind, während die weiteren Schaltelemente K1 bis KR zu öffnen sind oder in geöffnetem Betriebszustand zu halten sind.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalls besteht auch die Möglichkeit, die Getriebe 3 gemäß 3 bis 5 ohne das Wendegetriebe 30 auszuführen bzw. das Getriebe 3 gemäß 3 und das Getriebe 3 gemäß 5 mit der Vorgelegewelle VW32, mit dem Festrad 31 der Vorgelegewelle VW32 sowie mit dem Festrad 32 der Hohlwelle HW1 und auch mit den beiden Festrädern 33 und 34 im Bereich der Welle 25 und der weiteren Hohlwelle HW1 auszubilden, um Belastungen im Bereich der beiden Schaltelemente K2 und K3 in gewünschtem Umfang im Betrieb des Getriebes 3 reduzieren zu können.
In Abhängigkeit von der jeweils gewählten Ausführungsform des Getriebes 3 gemäß 1 bzw. gemäß 3 bis 5 umfasst das Getriebe einen 5-Wellen-Stufenplaneten und wenigstens sechs, jedoch maximal neun Stirnradstufen sowie mindestens drei, jedoch maximal fünf Schaltelemente. Zusätzlich ist das Getriebe 3 mit zumindest zwölf, jedoch maximal sechzehn Wellen und mit einem Schaltelementgrad von eins oder zwei ausgebildet. Des Weiteren sind in Abhängigkeit der jeweils gewählten Ausführungsform drei Fahrbereiche für Vorwärtsfahrt und zumindest ein Fahrbereich für Rückwärtsfahrt, maximal jedoch drei Fahrbereiche für Rückwärtsfahrt mit einer entsprechenden Reversiereinheit darstellbar. Dabei ist der erste Fahrbereich FB1 als ausgangsgekoppelter stufenloser Fahrantrieb ausgeführt, während der zweite und der dritte Fahrbereich sogenannte stufenlose Fahrantriebe in Compound-Bauweise darstellen.
7 und 8 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele des Fahrzeugantriebsstrangs 1, wobei das Getriebe 3 im Wesentlichen den gleichen Funktionsumfang wie das Getriebe 3 gemäß 3 bis 5 aufweist, jedoch in der Dropbox-Bauweise ausgeführt und für den Einsatz in Baumaschinen vorgesehen ist.
Die Antriebseinrichtung 2 ist wiederum über den Drehschwingungsdämpfer 5 mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden. Die Getriebeeingangswelle 4 ist über das Wendegetriebe 30 mit dem Planetenträger PT des Planetenradsatzes 9 verbindbar. Die Welle 14 des Variators 8 steht mit dem ersten Sonnenrad SR1 des Planetenträgers 9 drehfest in Verbindung, während die Welle 15 über das Festrad 7 und das Festrad 6 mit dem ersten Hohlrad HR1 in der vorbeschriebenen Art und Weise gekoppelt ist. Das über das erste Hohlrad HR1 von der Getriebeeingangswelle 4 in den Planetenträger PT eingeleitete Drehmoment wird somit in Abhängigkeit der im Bereich des Variators 8 eingestellten Schwenkstellung zu einem definierten Teil über den Variator 8 und zu einem weiteren Teil über den über die Schaltelemente K1, K2 oder K3 jeweils zugeschalteten mechanischen Leistungspfad des Getriebes 3 in Richtung der Getriebeausgangswelle 24 weitergeleitet.
Ist dem Schaltschema gemäß 6 entsprechend im Getriebe 3 der erste Fahrbereich FB1 für Vorwärtsfahrt oder FBR1 für Rückwärtsfahrt eingelegt, steht die Welle 15 des Variators 8 vorliegend über ein Festrad 35 und ein damit kämmendes Festrad 36 einer Vorgelegewelle 37 direkt mit der Getriebeausgangswelle 24 in Verbindung. Das Losrad 21 der ersten Zahnradpaarung 18 ist dann über das erste Schaltelement K1 drehfest mit der Vorgelegewelle 37 verbunden. Hierfür steht das Losrad 21 in der dargestellten Art und Weise mit dem Festrad 23 der Getriebeausgangswelle 24 in Eingriff. Damit ist auch bei dem Getriebe gemäß 7 bzw. gemäß 8 bei eingelegtem ersten Fahrbereich FB1 für Vorwärtsfahrt bzw. FBR1 für Rückwärtsfahrt ein ausgangsgekoppelter stufenloser Fahrantrieb realisiert.
Im Unterschied hierzu ist der Variator 8 in vorbeschriebenem Umfang bei im Getriebe 3 eingelegtem zweiten oder dritten Fahrbereich FB2 bzw. FB3 für Vorwärtsfahrt oder zweiten oder dritten Fahrbereich FBR2 bzw. FBR3 für Rückwärtsfahrt sowohl mit der Getriebeeingangswelle 4 als auch mit der Getriebeausgangswelle 24 über den Planetenradsatz 9 in der nachstehend näher erläuterten Art und Weise wirkverbunden, womit im zweiten Fahrbereich FB2 bzw. FB3 und im dritten Fahrbereich FBR2 bzw. FBR3 für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt jeweils ein stufenloser Fahrantrieb in Compound-Bauweise zur Verfügung steht.
Bei der Ausführung des Getriebes 3 gemäß 7 ist das Losrad 27 der dritten Zahnradpaarung 20 drehbar auf der mit dem zweiten Sonnenrad SR2 verbundenen Welle 25 angeordnet und über das dritte Schaltelement K3 drehfest mit der fünften Welle bzw. dem zweiten Hohlrad HR2 des Planetenradsatzes 9 drehfest verbindbar. Das Losrad 27 der dritten Zahnradpaarung 20 kämmt mit dem Festrad 23 der Getriebeausgangswelle 24.
Im Unterschied hierzu kämmt das Losrad 26 der zweiten Zahnradpaarung 19 mit einem Festrad 38 der Welle 25 und ist drehbar auf einer weiteren Vorgelegewelle 39 angeordnet sowie über das zweite Schaltelement K2 drehfest mit dieser verbindbar. Die Vorgelegewelle 39 steht über ein Festrad 40 mit dem Losrad 21 in Eingriff, dass mit dem Festrad 23 der Getriebeausgangswelle 24 kämmt, womit die Welle 15 über den Planetenradsatz 9, die Welle 25, das Festrad 38, das Losrad 26, die weitere Vorgelegewelle 39, das Festrad 40, das Losrad 21 und das Festrad 23 der Getriebeausgangswelle 24 mit der Getriebeausgangswelle 24 in Verbindung steht.
Die in 8 dargestellte Ausführungsform des Fahrzeugantriebsstranges 1 umfasst ein Getriebe 3, bei dem das dritte Schaltelement K3 und das zugehörige Losrad 27 der dritten Zahnradpaarung 20 an anderer Stelle im Getriebe 3 angeordnet sind, weshalb bezüglich der weiteren Funktionsweise des Getriebes 3 gemäß 8 auf die vorstehende Beschreibung zu 7 verwiesen wird und in der weiteren Beschreibung im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zwischen dem Getriebe 3 gemäß 8 und dem Getriebe 3 gemäß 7 näher eingegangen wird.
Die mit dem zweiten Hohlrad HR2 verbundene Hohlwelle HW1 ist mit einem Festrad 41 ausgebildet, dass mit einem auf der Welle 15 des Variators 8 drehbar angeordneten Losrad 42 kämmt, das wiederum zur Reduzierung der Belastungen im Bereich des dritten Schaltelementes K3 mit dem auf einer weiteren Vorgelegewelle 43 drehbar angeordneten Losrad 27 der dritten Zahnradpaarung 20 in Eingriff steht. Die weitere Vorgelegewelle 43 umfasst wiederum ein Festrad 44, dass mit dem Festrad 23 der Getriebeausgangswelle 24 kämmt.
Zusätzlich steht die Getriebeeingangswelle 4 über ein Festrad 45 und ein damit in Eingriff stehendes weiteres Festrad 46 der Nebenabtriebswelle 10 in Wirkverbindung, um Nebenantriebe einer mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 7 bzw. gemäß 8 ausgeführten Arbeitsmaschine in gewünschtem Umfang antreiben zu können.
Bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Getriebes 3 besteht die Möglichkeit, die drei Schaltelemente K1 bis K3 entweder als reibschlüssige Schaltelemente oder als Klauenschaltelemente auszuführen. Des Weiteren können auch die beiden Fahrtrichtungskupplungen KR und KV des Wendegetriebes 30 sowohl als Lastschaltelemente, wie Reibkupplungen, oder auch als formschlüssige Schaltelemente wie Klauenschaltelemente, ausgebildet sein, wobei bei der Ausführung der Fahrtrichtungskupplungen KR und KV als Klauenschaltelemente ein Reversieren nur unter Zugkraftunterbrechung möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugantriebsstrang
2: Antriebseinrichtung
3: Getriebe
4: Getriebeeingangswelle
5: Drehschwingungsdämpfer
6, 7: Festrad
8: Variator
9: Planetenradsatz
10: Nebenabtriebswelle
11: Stufenplanet
12, 13: Hydraulikmaschine
14, 15: Welle des Variators
16: Festrad
17: Zahnrad
18 bis 20: Zahnradpaarung
21: Losrad
22: Festrad der Hohlwelle
23: Festrad der Getriebeausgangswelle
24: Getriebeausgangswelle
25: Welle
26, 27: Losrad
28, 29: Festrad
30: Wendegetriebe
31: Festrad
32: weiteres Festrad
33 bis 36: Festrad
37: Vorgelegewelle
38: Festrad
39: weitere Vorgelegewelle
40, 41: Festrad
42: Losrad
43: weitere Vorgelegewelle
44 bis 46: Festrad
FB1 bis FB3: Fahrbereiche für Vorwärtsfahrt
FBR1 bis FBR3: Fahrbereich für Rückwärtsfahrt
HR1: zweite Welle des Planetenradsatzes, erstes Hohlrad
HR2: fünfte Welle des Planetenradsatzes, zweites Hohlrad
HW: Hohlwelle
HW1: weitere Hohlwelle
K1 bis K3: Schaltelement
KV, KR: Fahrtrichtungskupplung
PT: erste Welle des Planetenradsatzes, gemeinsamer Planetenträger
SR1: dritte Welle des Planetenradsatzes, erstes Sonnenrad
SR2: vierte Welle des Planetenradsatzes, zweites Sonnenrad
VW32: Vorgelegewelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013200392 A1 [0006]

Claims

Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe (3) mit einem Planetenradsatz (9) und mit wenigstens drei über in den Kraftfluss des Getriebes (3) zuschaltbare und aus dem Kraftfluss abschaltbare Zahnradpaarungen (18 bis 20) einlegbaren Fahrbereichen (FB1 bis FBR3) sowie mit einem Variator (8) mit wenigstens zwei Wellen (14, 15), in dessen Bereich eine Übersetzung des Getriebes (3) innerhalb der Fahrbereiche (FB1 bis FBR3) jeweils stufenlos variierbar ist, wobei eine Getriebeeingangswelle (4) mit einer ersten Welle (PT) des Planetenradsatzes (9) und der Variator (8) im Bereich seiner Wellen (14, 15) mit einer zweiten Welle (HR1) und einer dritten Welle (SR1) des Planetenradsatzes (9) in Wirkverbindung steht, und wobei die zweite Welle (HR1) des Planetenradsatzes (9) zur Darstellung eines ersten Fahrbereiches (FB1, FBR1) über die damit in Verbindung stehende Welle (15) des Variators (8) und über eine in den Kraftfluss zugeschaltete erste Zahnradpaarung (18) und die Welle (15) des Variators (8) zur Darstellung eines zweiten Fahrbereiches (FB2 FBR2) über die damit in Verbindung stehende zweite Welle (HR1) des Planetenradsatzes (9) und eine vierte Welle (SR2) des Planetenradsatzes (9) sowie über eine in den Kraftfluss zugeschaltete zweite Zahnradpaarung (19) mit einer Getriebeausgangswelle (24) in Wirkverbindung bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (15) des Variators (8) zur Darstellung eines dritten Fahrbereiches (FB3, FBR3) über die damit in Verbindung stehende zweite Welle (HR1) des Planetenradsatzes (9) und eine fünfte Welle (HR2) des Planetenradsatzes (9) sowie eine in den Kraftfluss zugeschaltete dritte Zahnradpaarung (20) mit der Getriebeausgangswelle (24) koppelbar ist.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (PT) des Planetenradsatzes (9) ein gemeinsamer Planetenträger, die zweite Welle (HR1) des Planetenradsatzes (9) ein erstes Hohlrad, die dritte Welle (SR1) des Planetenradsatzes (9) ein erstes Sonnenrad, die vierte Welle (SR2) des Planetenradsatzes (9) ein zweites Sonnenrad und die fünfte Welle (HR2) des Planetenradsatzes (9) ein zweites Hohlrad ist, wobei der Durchmesser des ersten Sonnenrades (SR1) kleiner ist als der Durchmesser des zweiten Sonnenrades (SR2) und der Durchmesser des ersten Hohlrades (HR1) größer ist als der Durchmesser des zweiten Hohlrades (HR2) und die Sonnenräder (SR1, SR2) und die Hohlräder (HR1, HR2) mit Stufenplaneten (11) kämmen.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (4) und eine Nebenabtriebswelle (10) koaxial zueinander angeordnet sind, während die Getriebeausgangswelle als Vorgelegewelle ausgeführt ist.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle koaxial zueinander angeordnet sind, während eine Nebenabtriebswelle als Vorgelegewelle ausgeführt ist.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des ersten Fahrbereiches (FB1, FBR1) in den Kraftfluss zuzuschaltende erste Zahnradpaarung (18) ein Losrad (21) umfasst, das drehbar auf einer Hohlwelle (HW) gelagert ist, die koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist und über ein Schaltelement (K1) drehfest mit der Hohlwelle (HW) verbindbar ist sowie mit einem Festrad (16) der Welle (14) des Variators (8) in Eingriff steht, das mit einem mit der zweiten Welle (HR1) des Planetenradsatzes (9) verbundenen Zahnrad (17) kämmt, während ein Festrad (22) der Hohlwelle (HW) mit einem Festrad (23) der Getriebeausgangswelle (24) in Eingriff steht.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des dritten Fahrbereiches (FB3, FBR3) in den Kraftfluss zuzuschaltende dritte Zahnradpaarung (20) ein Losrad (27) umfasst, das drehbar auf einer als Hohlwelle ausgebildeten und mit der fünften Welle (HR2) des Planetenradsatzes (9) verbundenen Welle (HW1) angeordnet ist, über ein Schaltelement (K3) drehfest mit der Hohlwelle (HW1) verbindbar ist und mit einem Festrad (29) der Getriebeabtriebswelle (24) kämmt.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des zweiten Fahrbereiches (FB2, FBR2) in den Kraftfluss zuzuschaltende zweite Zahnradpaarung (19) ein Losrad (26) umfasst, das drehbar auf der vierten Welle (SR2) des Planetenradsatzes (9) angeordnet ist, über ein Schaltelement (K2) drehfest mit der vierten Welle (SR2) des Planetenradsatzes (9) verbindbar ist und mit einem weiteren Festrad (28) der Getriebeausgangswelle (24) kämmt.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des dritten Fahrbereiches (FB3, FBR3) in den Kraftfluss zuzuschaltende dritte Zahnradpaarung (20) ein Losrad (27) umfasst, das drehbar auf einer Vorgelegewelle (VW32) angeordnet ist, über ein Schaltelement (K3) drehfest mit der Vorgelegewelle (VW32) verbindbar ist und mit einem Festrad (34) der fünften Welle (HR2) des Planetenradsatzes (9) kämmt, während ein Festrad (31) der Vorgelegewelle (VW32) mit dem Festrad (32) der Hohlwelle (HW1) in Eingriff steht und ein weiteres Festrad (22) der Hohlwelle (HW) mit einem Festrad (23) der Getriebeabtriebswelle (24) kämmt.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des zweiten Fahrbereiches (FB2, FBR2) in den Kraftfluss zuzuschaltende zweite Zahnradpaarung (19) ein Losrad (26) umfasst, das drehbar auf einer Vorgelegewelle (VW32) angeordnet ist, über ein Schaltelement (K2) drehfest mit der Vorgelegewelle (VW32) verbindbar ist und mit einem Festrad (33) der vierten Welle (SR2) des Planetenradsatzes (9) kämmt, während ein Festrad (31) der Vorgelegewelle (VW32) mit dem Festrad (32) der Hohlwelle (HW) in Eingriff steht und ein weiteres Festrad (22) der Hohlwelle (HW1) mit einem Festrad (23) der Getriebeabtriebswelle (24) kämmt.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des dritten Fahrbereiches (FB3, FBR3) in den Kraftfluss zuzuschaltende dritte Zahnradpaarung (20) ein Losrad (27) umfasst, das drehbar auf der vierten Welle (SR2) des Planetenradsatzes (9) angeordnet und über ein Schaltelement (K3) drehfest mit der fünften Welle (HR2) des Planetenradsatzes (9) verbindbar ist sowie mit einem Festrad (23) der Getriebeausgangswelle (24) in Eingriff steht.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des dritten Fahrbereiches (FB3, FBR3) in den Kraftfluss zuzuschaltende dritte Zahnradpaarung (20) ein Losrad (27) umfasst, das drehbar auf einer Vorgelegewelle angeordnet ist, über ein Schaltelement (K3) drehfest mit der Vorgelegewelle (43) verbindbar ist und mit einem auf der Welle (15) des Variators (8) drehbar angeordneten Losrad (42) kämmt, welches mit einem mit der fünften Welle (HR2) des Planetenradsatzes (9) drehfest verbundenen Zahnrad (41) kämmt, während ein Festrad (44) der Vorgelegewelle (43) mit einem Festrad (23) der Getriebeausgangswelle (24) in Eingriff steht.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des ersten Fahrbereiches (FB1, FBR1) in den Kraftfluss zuzuschaltende erste Zahnradpaarung (18) ein Losrad (21) umfasst, das drehbar auf einer weiteren Vorgelegewelle (37) angeordnet ist, über ein Schaltelement (K1) drehfest mit der Vorgelegewelle (37) verbindbar ist und mit einem Festrad (23) der Getriebeausgangswelle (24) kämmt, während ein Festrad (36) der weiteren Vorgelegewelle (37) mit einem Festrad (35) der mit der zweiten Welle (HR1) des Planetenradsatzes (9) in Wirkverbindung stehenden Welle (15) des Variators (8) in Eingriff steht.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Darstellung des zweiten Fahrbereiches (FB2, FBR2) in den Kraftfluss zuzuschaltende zweite Zahnradpaarung (19) ein Losrad (26) umfasst, das drehbar auf einer zusätzlichen Vorgelegewelle (39) angeordnet ist, über ein Schaltelement (K2) drehfest mit der zusätzlichen Vorgelegewelle (39) verbindbar ist und mit dem Losrad (21) der zur Darstellung des ersten Fahrbereiches (FB1, FBR1) vorgesehenen ersten Zahnradpaarung (18) kämmt.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (4) zur Darstellung verschiedener Drehrichtungen der Getriebeausgangswelle (24) über ein Wendegetriebe (30) mit der ersten Welle (PT) des Planetenradsatzes (9) in Wirkverbindung bringbar ist.
Stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (8) als ein wenigstens zwei miteinander verbundene hydraulische oder elektrische Maschinen (12, 13) umfassender hydraulischer oder elektrischer Variator oder als mechanischer Variator ausgebildet ist.