DE102016209943A1

DE102016209943A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe

Info

Publication number: DE102016209943A1
Application number: DE102016209943.4A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bailly; Jürgen Pohlenz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-12-07
Also published as: US20170350489A1; US9964194B2

Abstract

Ein Leistungsverzweigungsgetriebe weist einen ersten Teil (2) und einen zweiten Teil (22) auf, wobei der erste Teil (2) einen Variator (10), ein Summierungsgetriebe (6) und ein schaltbares Übersetzungsgetriebe (18) aufweist, wodurch als Schaltgetriebe (23) ein Standardgetriebe verwendet werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsverzweigungsgetriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Gattungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe weisen einen stufenlosen Drehzahlvariator und ein Summierungsgetriebe auf und ein Schaltgetriebe, mittels welchem mehrere Übersetzungen schaltbar sind. Derartige gattungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe werden häufig in kleineren Arbeitsmaschinen und Landmaschinen, auch Traktoren genannt, verwendet.
Die DE 10 2010 029 866 A1 offenbart ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Variator und einem Summierungsgetriebe und einem Schaltgetriebe.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem stufenlosen Drehzahlvariator und einem Summierungsgetriebe und einem Schaltgetriebe weiter zu entwickeln.
Die Aufgabe wird mit einem auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe gelöst.
Erfindungsgemäß weist das Leistungsverzweigungsgetriebe einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf. Der erste Teil beinhaltet einen stufenlosen Drehzahlvariator und ein Summierungsgetriebe. Der stufenlose Drehzahlvariator besteht aus einer ersten Einheit und einer zweiten Einheit, wobei die erste und zweite Einheit als hydraulische Einheiten ausgebildet sein können, beispielsweise als Axialkolbeneinheiten oder auch als elektrische Einheiten ausgebildet sein können. Bei der Verwendung von hydrostatischen Einheiten, beispielsweise den Axialkolbeneinheiten, wird vorzugsweise eine in ihrem Hubvolumen stufenlos verstellbare Einheit und eine Konstanteinheit verwendet, wodurch eine festgelegte Spreizung entsteht. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit die beiden hydraulischen Einheiten als stufenlose verstellbare Einheiten auszubilden oder die hydraulischen Einheiten als Radialkolbeneinheiten auszubilden. Das Summierungsgetriebe ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet, wobei das Planetengetriebe vorzugsweise als einfache Planetenstufe mit einem Sonnenrad, Planetenräder und einem Hohlrad ausgebildet ist. Das Summierungsgetriebe ist somit als dreiwelliges Planetengetriebe ausgebildet. Vorzugsweise ist der erste Teil des Leistungsverzweigungsgetriebes als Getriebe mit eingangsseitiger Kopplung, auch Primärkopplung genannt, des Variators an das Summierungsgetriebe ausgebildet. Primäre Kopplung bedeutet hierbei, dass die erste Einheit des Variators in direkter Wirkverbindung mit der Eingangswelle des ersten Teils steht und dadurch ein Antriebsmotor, welcher die Eingangswelle antreibt, permanent die erste Einheit des Variators antreibt. Die erste Einheit steht mit der zweiten Einheit in Wirkverbindung und die zweite Einheit steht dann mittelbar oder unmittelbar mit dem Summierungsgetriebe in Wirkverbindung. Das Summierungsgetriebe ist gleichzeitig entweder mittelbar oder unmittelbar mit der Eingangswelle des ersten Teils verbunden, wodurch je nach Drehzahl der zweiten Einheit die dritte Welle des Summierungsgetriebes, auch Abtriebswelle des Summierungsgetriebes genannt, sich dreht oder auch still steht. Erfindungsgemäß befindet sich entweder zwischen der zweiten Einheit des Variators und dem Summierungsgetriebe trieblich ein schaltbares Übersetzungsgetriebe mittels welchem zwei unterschiedliche Übersetzungen schaltbar sind oder dieses schaltbare Übersetzungsgetriebe befindet sich zwischen der Eingangswelle des ersten Teils und dem Summierungsgetriebe. Durch dieses schaltbare Übersetzungsgetriebe besteht die Möglichkeit bei geschalteter erster Übersetzung dieses Übersetzungsgetriebes den Variator so zu verstellen, dass bei drehender Eingangswelle des ersten Teils die dritte Welle des Summierungsgetriebes, somit die Abtriebswelle des Summierungsgetriebes, still steht. Dieser Zustand wird auch powered zero genannt. Durch Umschalten des schaltbaren Übersetzungsgetriebes auf die zweite Übersetzung wird die Spreizung erheblich erhöht, wodurch das Fahrzeug die geforderte Endgeschwindigkeit erreichen kann. Bei geschalteter zweiter Übersetzung und drehender Eingangswelle des ersten Teils, dreht sich unabhängig von der Verstellung des Variators die dritte Welle des Summierungsgetriebes immer. Der Zustand powered zero ist deshalb bei geschalteter zweiter Übersetzung des schaltbaren Übersetzungsgetriebes nicht möglich. Das schaltbare Übersetzungsgetriebe weist zum Schalten der beiden unterschiedlichen Übersetzungen Reibungskupplungen auf, mittels welchen die Umschaltung vorgenommen werden kann. Ist das schaltbare Untersetzungsgetriebe zwischen der zweiten Einheit des Variators und dem Summierungsgetriebe angeordnet, so besteht die Möglichkeit Schaltungen im schaltbaren Übersetzungsgetriebe dann vorzunehmen, wenn die zweite Einheit still steht. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die Kupplungen des schaltbaren Übersetzungsgetriebes ebenfalls still stehen und somit die gleiche Drehzahl aufweisen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit die Schaltung bei drehender zweiter Einheit durchzuführen wodurch die Kupplungen eine Differenzdrehzahl aufweisen und somit während des Umschaltvorgangs der schaltbaren Kupplungen im schaltbaren Übersetzungsgetriebe die Variatorübersetzung angepasst bzw. geändert wird. Diese Drehzahländerung kann beispielsweise der DE 20 1110 077 090 A1 entnommen werden, welche für den Umschaltvorgang somit mitumfasst sein soll.
Befindet sich das schaltbare Übersetzungsgetriebe zwischen der Eingangswelle des ersten Teils und dem Summierungsgetriebe so weisen die Kupplungen des schaltbaren Übersetzungsgetriebes immer eine Differenzdrehzahl auf, welches immer eine Änderung der Variatorübersetzung während des Umschaltvorgangs erfordert.
Vorzugsweise wird mittels einer elektronischen Fahrzeugsteuerung das schaltbare Übersetzungsgetriebe so angesteuert, dass beim Anfahren aus dem Fahrzeugstillstand oder beim Verzögern in den Fahrzeugstillstand automatisch die Übersetzung des schaltbaren Übersetzungsgetriebes geschaltet wird, bei welcher die Variatoreinheit so verstellt werden kann, dass die dritte Welle bzw. die Abtriebswelle des Summierungsgetriebes trotz drehender Eingangswelle des ersten Teils still steht. Erreicht das Fahrzeug im Fahrbetrieb eine zuvor definierte Geschwindigkeit, besteht die Möglichkeit in die zweite Übersetzung des schaltbaren Übersetzungsgetriebes zu schalten. Dadurch wird die Spreizung des stufenlosen Teils derart verändert, dass ein Stillstand der dritten Welle des Summierungsgetriebes bzw. der Abtriebswelle des Summierungsgetriebes auch bei maximaler Ausnutzung des Variatorverstellbereichs nicht mehr möglich ist.
Der zweite Teil des Leistungsverzweigungsgetriebes weist das Schaltgetriebe auf, welches eine an die Anforderung des Fahrzeugs nach Zugkraft und Fahrgeschwindigkeit angepasste Anzahl von festen Übersetzungen aufweist. Diese schaltbaren Übersetzungen bilden in Verbindung mit der variablen Drehzahl des Stufenlosteils, somit des Variators und in Verbindung mit dem Summierungsgetriebe die verfügbaren Fahrbereiche. Die Übersetzung der jeweiligen Übersetzungsstufen im Schaltgetriebe ist derart auf den Stufenlosteil, somit den ersten Teil des Getriebes abgestimmt, dass bei Ausnutzung des gesamten Variatorverstellbereichs im Stufenlosteil das Abtriebsdrehzahlband der jeweilig benachbarten Fahrbereiche erreicht oder ggf. auch geringfügig überlappt werden kann. Das Schaltgetriebe weist für jeden Fahrbereich eine zugeordnete Kupplung auf die es erlaubt, beim Wechsel des Fahrbereichs überschneidende Schaltungen zur Kupplung des neuen Fahrbereichs durchzuführen und dabei die Drehzahl des Variators anzupassen. Die Anpassung der Drehzahl des Variators erfolgt wieder entsprechend der DE 20 1110 077 090 A1 .
Es besteht auch die Möglichkeit, die Übersetzungen des Schaltgetriebes derart auszuwählen, dass auch bei vollständiger Ausnutzung des Variatorstellbereichs der Abtriebsdrehzahlbereich des jeweils benachbarten Fahrbereiches mit Absicht nicht erreicht wird. Vergleichbar zu Lastschaltgetrieben ist dann zur Durchführung der Schaltung von einem Fahrbereich in den nächsten zusätzlich eine Anpassung der Verbrennungsmotordrehzahl und ggf. auch des Verbrennungsmotordrehmomentes notwendig. Auf diese Weise kann eine größere Spreizung des Getriebes erreicht werden.
Der erste Teil und das Schaltgetriebe ist der Gestalt ausgeführt, dass die Drehrichtung des Antriebsdrehmomentes an der Eingangswelle des zweiten Teils somit zum Schaltgetriebe bei jedem Wechsel des Fahrbereichs gleichsinnig, d. h. bei jeder Umschaltung eines Fahrbereichs bleibt die Drehmomentlast am Variator gleichsinnig. Eine Umkehrung der Drehmomentbelastung am Variator findet bei gleichbleibender Last am Abtrieb nur beim Wechsel von Zugbetrieb auf Schubbetrieb des Fahrzeugs statt und nicht aufgrund eines Fahrbereichswechsels.
Indem der erste Teil des Leistungsverzweigungsgetriebes eine Abtriebswelle aufweist, deren Drehrichtung sich nicht ändert, besteht die Möglichkeit das Leistungsverzweigungsgetriebe modular auszugestalten und dadurch ein Standardschaltgetriebe zu verwenden. Die Kriterien für dieses Standardschaltgetriebe sind somit unabhängig von den Kriterien eines stufenlosen Leistungsverzweigungsgetriebes. Das Schaltgetriebe kann in beliebiger Bauweise, beispielsweise als Vorgelege- oder Planetenbauweise ausgeführt werden. Zusätzlich besteht durch die Funktionstrennung des ersten Teils zum zweiten Teil, somit der Funktionstrennung vom Stufenlosteil zum Stufengetriebeteil die Möglichkeit, den Stufengetriebeteil ein weiteres Stufengetriebe vorzuschalten, beispielsweise in der Bauform eines Lastschaltteils. Hierdurch kann bei geeigneter Auslegung der Einzelkomponenten ein Stufengetriebe dargestellt werden dessen Schaltungen automatisierbar sind und ggf. auch volllastschaltbar ausgelegt werden können. Dadurch besteht die Möglichkeit ein Baukastensystem aus Stufenlosgetrieben und Lastschaltgetrieben vorzuhalten und je nach benötigter Auslegung und Abstimmung die entsprechenden Einzelkomponenten des Baukastens zu verwenden.
Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen. Es zeigen:
1 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil;
2 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil;
3 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil;
4 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil;
5 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil; und
6 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil.
Fig. 1:
Ein Antriebsmotor, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, treibt die Eingangswelle 1 des ersten Teils 2 des Leistungsverzweigungsgetriebes an. Die Eingangswelle 1 treibt über das Stirnrad 3 und das Stirnrad 4 die Welle 5 des Summierungsgetriebes 6 an. Zusätzlich treibt die Eingangswelle 1 über das Stirnrad 7 und das Stirnrad 8 die ersten Einheit 9 des Drehzahlvariators 10 an. Die zweite Einheit 11, welche in Wirkverbindung mit der ersten Einheit 9 steht, treibt die Stirnräder 12 und 13 an. Die zweite Einheit 11 ist vorzugsweise als hydraulische Konstanteinheit, beispielsweise eine Konstantaxialkolbenmaschine, ausgebildet und die erste Einheit 9 ist als in ihrem Hubvolumen verstellbare hydraulische Einheit ausgebildet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit die erste Einheit 9 und die zweite Einheit 11 als elektrische Einheiten auszubilden. Das Stirnrad 12 steht in Wirkverbindung mit dem Stirnrad 14 und das Stirnrad 13 steht in Wirkverbindung mit dem Stirnrad 15. Zusammen mit der Kupplung 16 und 17 bilden die Stirnräder 14 und 15 das schaltbare Übersetzungsgetriebe 18. Je nachdem ob die Kupplung 16 oder die Kupplung 17 geschlossen ist, wird die Welle 19 des Summierungsgetriebes 6 mit größerer oder kleinerer Übersetzung mit der zweiten Einheit 11 verbunden. Die Welle 20 ist mit der Eingangswelle 21 des zweiten Teils 22 verbunden oder mit dieser einstückig ausgebildet. Dadurch wird die Drehzahl und das Drehmoment des Abtriebs des Summierungsgetriebes 6 über die Welle 20 in den zweiten Teil 22 übertragen. Als zweiter Teil 22 kann dadurch, je nach Anforderung, ein Standardschaltgetriebe 23 verwendet werden. Das in 1 dargestellte Schaltgetriebe 23 ist als Vorgelegeschaltgetriebe ausgebildet, wobei die Abtriebswelle 24, welche beispielsweise ein Tellerrad einer Hinterachse eines Traktors antreiben kann, über die Kupplungen 25, 26, 27, 28 und die Schaltelemente 29 und 30 mit unterschiedlichen schaltbaren Übersetzungen mit der Eingangswelle 21 verbunden wird. Mittels der Schaltelemente 29 und 30 besteht die Möglichkeit die Drehrichtung der Abtriebswelle 24 zu ändern, so dass das Fahrzeug in einer Vorwärtsfahrt oder einer Rückwärtsfahrt betrieben werden kann. Mittels der Kupplungen 25, 26, 27 und 28 werden die unterschiedlichen Übersetzungen geschaltet.
Fig. 2:
Der zweite Teil 22 entspricht dem zweiten Teil 22 der 1. Im ersten Teil 2 befindet sich das schaltbare Übersetzungsgetriebe 18 auf der Eingangswelle 1 und verbindet die Eingangswelle 1 je nach Schaltstellung der Kupplungen 16 und 17 mit der Welle 5 des Summierungsgetriebes 6. Die zweite Einheit 11 ist über die Stirnräder 13 und 15 mit der Welle 19 verbunden.
Fig. 3:
Der erste Teil 2 der 3 entspricht dem ersten Teil 2 der 1. Der zweite Teil 22 weist die Kupplungen 27 und 28 auf, mittels welchen die Drehrichtung der Abtriebswelle 24 geändert wird, wodurch eine Fahrtrichtung Vorwärtsfahrt und eine Fahrtrichtung Rückwärtsfahrt möglich ist und die Kupplungen 25 und 26 und die Schaltelemente 29 und 30 durch deren Schaltung die unterschiedlichen Gänge schaltbar sind. Die Kupplungen 25 und 26 sind hierbei als Lastschaltkupplungen ausgebildet.
Fig. 4:
Der erste Teil 2 der 4 entspricht dem ersten Teil 2 der 2. Der zweite Teil 22 der 4 entspricht dem zweiten Teil 22 der 3.
Fig. 5:
Der erste Teil 2 der 5 entspricht dem ersten Teil 2 der 1. Der zweite Teil 22 weist das Schaltelement 29 auf, mittels welchem die Drehrichtung der Abtriebswelle 24 geändert wird, so dass eine Umschaltung der Vorwärtsfahrt in die Rückwärtsfahrt möglich ist. Mittels der Kupplungen 25, 26 und der Schaltelemente 29 und 30 sind die unterschiedlichen Gänge schaltbar.
Fig. 6:
Der erste Teil 2 der 6 entspricht dem ersten Teil 2 der 2. Der zweite Teil 22 der 6 entspricht dem zweiten Teil 22 der 5.
Bezugszeichenliste

1: Eingangswelle
2: erster Teil
3: Stirnrad
4: Stirnrad
5: Welle
6: Summierungsgetriebe
7: Stirnrad
8: Stirnrad
9: erste Einheit
10: Drehzahlvariator
11: zweite Einheit
12: Stirnrad
13: Stirnrad
14: Stirnrad
15: Stirnrad
16: Kupplung
17: Kupplung
18: schaltbares Übersetzungsgetriebe
19: Welle
20: Welle
21: Eingangswelle
22: zweiter Teil
23: Schaltgetriebe
24: Abtriebswelle
25: Kupplung
26: Kupplung
27: Kupplung
28: Kupplung
29: Schaltelement
30: Schaltelement

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 102010029866 A1 [0003]
DE 201110077090 A1 [0006, 0009]

Claims

Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Teil (2) und mit einem zweiten Teil (22), wobei der erste Teil (2) einen stufenlosen Drehzahlvariator (10) mit einer ersten Einheit (9) und einer zweiten Einheit (10) und ein als Planetengetriebe ausgebildetes Summierungsgetriebe (6) aufweist und der zweite Teil (22) ein Schaltgetriebe (23) aufweist, mittels welchem mehrere Übersetzungen schaltbar sind, wobei beim ersten Teil (2) eine mit einem Antriebsmotor verbindbare Eingangswelle (1) einerseits mit der ersten Einheit (9) wirkverbindbar ist und andererseits mit einer ersten Welle (5) des Summierungsgetriebes (6) in Wirkverbindung bringbar ist und die zweite Einheit (11) mit einer zweiten Welle (19) des Summierungsgetriebes (6) in Wirkverbindung bringbar ist und das Schaltgetriebe (23) eine Eingangswelle (21) aufweist, welche mit einer dritten Welle (20) des Summierungsgetriebes (6) wirkverbunden ist oder mit dieser einstückig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares Übersetzungsgetriebe (18), über welches eine erste und eine zweite Übersetzung schaltbar ist, trieblich entweder zwischen der zweiten Einheit (11) und der zweiten Welle (19) des Summierungsgetriebes (6) oder zwischen der Eingangswelle (1) und der ersten Welle (5) des Summierungsgetriebes (6) angeordnet ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (10) als hydraulischer oder elektrischer Variator ausgebildet ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übersetzung so ausgelegt ist, dass bei drehender Eingangswelle (1), welche mit dem Antriebsmotor verbindbar ist, der Variator (10) so einstellbar ist, dass die Eingangswelle (21) des Schaltgetriebes (23) sich nicht dreht und die zweite Übersetzung so ausgelegt ist, dass bei drehender Eingangswelle (1), welche mit dem Antriebsmotor verbindbar ist, durch Verstellung des Variators (10) die Eingangswelle (21) des Schaltgetriebes (23) nicht zum Stillstand bringbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer zuvor definierten Drehzahl der Abtriebswelle (24) des Schaltgetriebes (23) automatisch die erste Übersetzung geschaltet ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung des Übersetzungsgetriebes (18) bei stehender zweiten Einheit (11) durchgeführt wird.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung des Übersetzungsgetriebes (18) bei drehender zweiter Einheit (11) durchgeführt wird, wobei während der Schaltung die Übersetzung im Variator (10) verändert wird.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (23) mindestens zwei schaltbare Übersetzungen in eine erste Drehrichtung und mindestens eine schaltbare Übersetzung in eine zweite Drehrichtung aufweist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung der jeweiligen Übersetzungsstufen des Schaltgetriebes (23) derart auf den Variator (10) abgestimmt ist, dass bei Ausnutzung des gesamten Variatorstellbereichs der Abtriebsdrehzahlbereich der jeweilig benachbarten Fahrbereiche des Schaltgetriebes (23) erreicht oder geringfügig überlappt wird.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schalten des Schaltgetriebes (23) die Übersetzung des Variators (10) angepasst wird.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Eingangswelle (21) des Schaltgetriebes (23) durch Veränderung der Übersetzung des Variators (10) nicht änderbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung der jeweiligen Übersetzungsstufen des Schaltgetriebes (23) nicht erreicht und nicht überlappt wird und die Drehzahl und das Drehmoment des Antriebsmotors angepasst wird.