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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit zwei Fahrbereichen. Das Getriebe kann zur Verwendung in einer Arbeitsmaschine ausgebildet sein. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine mit solch einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe, und auf eine Arbeitsmaschine mit solch einem Antriebsstrang.
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Stand der Technik
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Leistungsverzweigte stufenlose Getriebe, insbesondere hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe, kommen im Bereich von Arbeitsmaschinen häufig zum Einsatz. Solche hydromechanischen Getriebe ermöglichen das stufenlose Einstellen der Getriebeübersetzung bei relativ hohen Wirkungsgraden, weisen jedoch eine verhältnismäßig geringe Getriebespreizung auf. Unter der Spreizung eines Getriebes wird das Verhältnis zwischen größter und kleinster Übersetzung verstanden. Zur Vergrößerung der Getriebespreizung wird beispielsweise in der
DE 10 2010 029 866 A1 und der
DE 10 2015 105 358 A1 vorgeschlagen, in einem stufenlosen Getriebe mehrere Fahrbereiche vorzusehen, die unterschiedliche Übersetzungsbereiche aufweisen.
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Darstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe. Bei einem stufenlosen Getriebe ist die Übersetzung stufenlos einstellbar. Bei der Leistungsverzweigung kann es sich beispielsweise um eine hydrostatisch-mechanische und/oder um eine elektrisch-mechanische Leistungsverzweigung handeln. Das Getriebe umfasst einen Antrieb, an dem die zu übersetzende Größe in das Getriebe eingespeist wird. Ebenso umfasst das Getriebe einen Abtrieb, an dem die durch das Getriebe übersetzte Größe ausgegeben wird. Ferner weist das Getriebe ein drehfestes Bauteil auf, bei dem es sich um ein permanent stillstehendes Bauteil handeln kann, beispielsweise um ein Getriebegehäuse.
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Das Getriebe weist einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz auf. Das Getriebe kann nur einen ersten und zweiten und damit keinen weiteren Planetenradsatz aufweisen. Bei den Planentenradsätzen kann es sich jeweils um einen Minus-Planetenradsatz handeln, bei dem die Standübersetzung, welche das Drehzahlverhältnis von Sonnenrad und Hohlrad bei festgehaltenem Steg beschreibt, negativ ist. Ebenso kann es sich bei einem oder bei beiden Planetenradsätzen um einen Plus-Planetenradsatz handeln, bei dem die Standübersetzung positiv ist.
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Die Planetenradsätze weisen jeweils drei Elemente auf. Bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes handelt es sich um ein Sonnenrad. Bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes handelt es sich im Falle eines Minus-Planetenradsatzes um einen Planetenträger und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes um ein Hohlrad. Bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes handelt es sich im Falle eines Minus-Planetenradsatzes um ein Hohlrad und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes um einen Planetenträger. Der Planetenträger ist auch als Planetensteg oder Steg bekannt. Im Falle eines Minus-Planetenradsatzes kann der Planetenträger mindestens ein, insbesondere aber mehrere, beispielweise drei, Planetenräder tragen, die jeweils sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad kämmen. Im Falle eines Plus-Planetenradsatzes kann der Planetenträger mindestes ein, insbesondere aber mehrere, beispielweise drei, Planetenradpaare tragen. Eines der Planetenräder des Paars kann mit dem Sonnenrad und das andere mit dem Hohlrad kämmen, wobei die beiden Planetenräder ferner untereinander kämmen können.
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Ferner umfasst das Getriebe einen Variator mit einem ersten und einem zweiten Energiewandler, die miteinander gekoppelt sein und in Wirkverbindung stehen können. Bei dem Variator kann es sich um einen hydraulischen und/oder elektrischen Variator handeln. Der Variator ist eingerichtet, um eine Übersetzung des Getriebes stufenlos zu variieren.
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Darüber hinaus weist das Getriebe eine erste und eine zweite Schalteinrichtung auf. Bei einer Schalteinrichtung kann es sich um eine Kupplung und/oder um eine Bremse handeln. Die Schalteinrichtungen können als formschlüssige Schalteinrichtungen, beispielsweise Klauen und/oder Synchronisierungen, und/oder als reibschlüssige Schalteinrichtungen, beispielsweise Lamellenschaltelemente und/oder Bandbremsen, ausgebildet sein.
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Sind zwei Elemente wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Zwischen den Elementen können dabei weitere Elemente, beispielsweise eine oder mehrere Getriebestufen, vorgesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird hingegen eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen des Getriebes starr miteinander gekoppelt sind. Die Elemente können dabei als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen.
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Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen des Getriebes vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander verbunden, jedoch über das Schaltelement drehfest miteinander verbindbar. Eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigung des zwischenliegenden Schaltelements herbeigeführt. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements, dass dieses in einen geschlossenen Zustand überführt wird, sodass die an das Schaltelement unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angeglichen werden. Ist das betroffene Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen. Im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements können, auch nach einem Betätigen desselbigen, Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente bezeichnet.
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Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Antrieb und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem Abtrieb wirkverbunden. Denkbar ist auch, dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem Antrieb und/oder das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit Abtrieb permanent drehfest verbunden ist.
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Ferner sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz derart miteinander gekoppelt, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest verbunden ist. Darüber hinaus ist der erste Energiewandler des Variators mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und der zweite Energiewandler des Variators mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes wirkverbunden. Der erste Energiewandler und/oder der zweite Energiewandler kann permanent drehfest mit dem ersten Element des ersten beziehungsweise zweiten Planetenradsatzes verbunden sein.
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Durch Betätigung der ersten Schalteinrichtung wird das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes an dem drehfesten Bauteil des Getriebes festgesetzt. Durch das Festsetzen wird das dritte Element festgehalten und kann damit nicht rotieren. In diesem Zustand stellt das Getriebe einen ersten Getriebefahrbereich mit einem ersten Übersetzungsbereich bereit. Unter einem Übersetzungsbereich wird ein Spektrum von durch das Getriebe einstellbaren Übersetzungen bezeichnet. Wird hingegen die zweite Schalteinrichtung betätigt, wird das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. In diesem Zustand stellt das Getriebe einen zweiten Getriebefahrbereich mit einem zweiten Übersetzungsbereich bereit. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten und zweiten Übersetzungsbereich um voneinander verschiedene Übersetzungsbereiche, sodass die Getriebespreizung vergrößert werden kann.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit zwei Fahrbereichen und damit einer verhältnismäßig großen Getriebespreizung bereitgestellt. Das Getriebe weist einen einfachen, kompakten und kosteneffizienten Aufbau auf, weil es lediglich zwei Planetenradsätze und lediglich zwei Schaltelemente umfasst. Ferner resultiert das Getriebe in geringen Bauteil- und Variatorbelastungen.
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Die Energiewandler des Variators können als elektrische Maschinen ausgebildet sein. Die elektrischen Maschinen können jeweils eine Leistungselektronik aufweisen. Ferner ist es denkbar, dass die elektrischen Maschinen über einen Zwischenkreis elektrische Leistung für einen Verbraucher zur Verfügung stellen und elektrische Leistung demnach aus dem Getriebe abführbar ist. In einer Ausführungsform können die elektrischen Maschinen jeweils als Motor und Generator betrieben werden. Ebenso ist es denkbar, dass eine der Maschinen nur als Motor und die andere nur als Generator betreibbar ist. Alternativ oder zusätzlich können die Energiewandler als Hydrostaten ausgebildet sein.
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Einer der Energiewandler oder beide kann/können an das erste Element des jeweiligen Planetenradsatzes über eine Vorübersetzung angebunden werden. Bei der Vorübersetzung kann es sich um eine Stirnrad- und/oder Planetenradstufe handeln. Beispielsweise kann der zweite Energiewandler des Variators über einen weiteren Planetenradsatz mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, beispielsweise permanent drehfest verbunden sein. Bei dem weiteren Planetenradsatz kann es sich um einen Minus-Planetenradsatz handeln, bei dem das Hohlrad festgesetzt ist. Der Planetenträger kann permanent drehfest an das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes angebunden sein. Das Sonnenrad kann permanent drehfest an den zweiten Energiewandler angebunden sein. Handelt es sich bei den Energiewandlern um elektrische Maschinen, macht es die Vorübersetzung beispielsweise möglich, elektrische Maschinen mit einer geringeren Baugröße zu verwenden.
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Mindestens einer der Energiewandler kann koaxial zum Antrieb ausgebildet sein. Unter einer koaxialen Ausbildung des Energiewandlers zum Antrieb wird verstanden, dass die Rotationsachse des Energiewandlers mit der Rotationsachse des Antriebs beziehungsweise mit der Antriebswelle zusammenfällt. So kann ein besonders kompaktes und rotationssymmetrisches Getriebe bereitgestellt werden. Ebenso ermöglicht diese Ausgestaltung eine Anbindung des Energiewandlers an das Getriebe mit wenigen Bauteilen. Dies resultiert in einer geringen Komplexität mit geringer Fehleranfälligkeit.
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Ebenso ist es möglich, dass mindestens einer der Energiewandler achsparallel zum Antrieb beziehungsweise zur Antriebswelle ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung fällt die Rotationsachse des Energiewandlers nicht mit dem Antrieb beziehungsweise der Antriebswelle zusammen, ist aber parallel zu dieser vorgesehen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Ausgestaltung des Energiewandlers, beispielsweise dessen Größe, recht unabhängig von der Ausbildung des sonstigen Getriebes gewählt werden kann. Sind beide Energiewandler achsparallel ausgebildet, können diese auf gegenüberliegenden Seiten des Getriebes vorgesehen sein. Bei achsparalleler Ausgestaltung kann der Energiewandler über eine oder mehrere Stirnradstufen an das erste Element des jeweiligen Planetenradsatzes angebunden werden.
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Das Getriebe kann ferner ein Wendegetriebe aufweisen. Durch Vorsehen des Wendegetriebes können der erste und zweite Getriebefahrbereich sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung bereitgestellt werden. Das Wendegetriebe kann abtriebsseitig vorgesehen sein. Beispielsweise kann es mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem Abtrieb des Getriebes wirkverbunden sein. Ebenso kann das Wendegetriebe antriebsseitig vorgesehen sein. Beispielsweise kann es mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem Antrieb des Getriebes wirkverbunden sein.
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Der erste und zweite Planetenradsatz kann jeweils als Minus-Planetensatz ausgebildet sein. So wird ein einfacher und besonders kompakter Getriebeaufbau bereitgestellt. Ferner können der erste und zweite Planetenradsatz identische geometrische Abmessungen aufweisen. Beispielsweise können die Sonnen-, Planeten- und Hohlräder der beiden Planetenradsätze identische Durchmesser aufweisen. Auch dies trägt zu einem einfachen und kompakten Getriebeaufbau bei.
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Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Arbeitsmaschine mit solch einem Antriebsstrang. Die Arbeitsmaschine kann eine Landmaschine oder eine Baumaschine sein. Beispielsweise ist die Arbeitsmaschine ein Ackerschlepper oder ein Radlader.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt ein Schaltschema der Getriebe aus 1-3.
- 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Getriebe 1 umfasst einen ersten Planetenradsatz 2 und einen zweiten Planetenradsatz 3. Jeder der Planetenradsätze 2, 3 weist ein erstes Element 4 beziehungsweise 5, ein zweites Element 6 beziehungsweise 7, und ein drittes Element 8 beziehungsweise 9 auf. Das erste Elemente 4 des ersten Planetenradsatzes 2 und das erste Element 5 des zweiten Planetenradsatzes 3 ist jeweils durch ein Sonnenrad gebildet. Das zweite Elemente 6 des ersten 2 und das zweite Element 7 des zweiten Planetenradsatzes 3 ist jeweils durch einen Planetenträger gebildet. Das dritte Element 8 des ersten 2 und das dritte Element 9 des zweiten Planetenradsatzes 3 ist jeweils durch ein Hohlrad gebildet.
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Der erste 2 und zweite Planetenradsatz 3 sind in dieser ersten Ausführungsform jeweils als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Die Planetenträger 6, 7 der Planetenradsätze 2, 3 tragen jeweils mehrere Planetenräder 10 beziehungsweise 11, wobei in 1 jeweils nur ein Planetenrad 10, 11 gezeigt ist. Die Planetenräder 10 des ersten Planetenradsatzes 2 kämmen mit sowohl dem Sonnenrad 4 als auch dem Hohlrad 8 des Radsatzes 2. Ebenso kämmen die Planetenräder 11 des zweiten Planetenradsatzes 3 sowohl mit dem Sonnenrad 5 als auch mit dem Hohlrad 9 des Planetenradsatzes 3.
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Das Getriebe 1 umfasst ferner eine Antriebswelle 12, die sich von einem Getriebeeingang 13 entlang der beiden Planetenradsätze 2, 3 vollständig durch das Getriebe 1 hindurch erstreckt. An einem dem Getriebeeingang 13 gegenüberliegenden Getriebeausgang 14 bildet die Antriebswelle 12 einen Nebenabtrieb beziehungsweise eine Zapfwelle 15 aus.
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Der erste Planetenradsatz 2 liegt in Axialrichtung des Getriebes 1 zu dem Getriebeeingang 13. Der zweite Planetenradsatz 3 ist auf einer dem Getriebeeingang 13 abgewandten Seite des ersten Planetenradsatzes 2 vorgesehen. Die beiden Planetenradsätze 2, 3 des Getriebes 1 sind damit in Axialrichtung des Getriebes 1 hintereinander angeordnet. Unter Axialrichtung wird eine Orientierung in Richtung der Antriebswelle 12 bezeichnet. Im Rahmen dieser ersten Ausführungsform sind der erste 2 und zweite Planetenradsatz 3 geometrisch im Wesentlichen identisch und koaxial zur Antriebswelle 12 ausgebildet. So weisen die Sonnenräder 4 beziehungsweise 5, die Planetenräder 10 beziehungsweise 11, und die Hohlräder 8 beziehungsweise 9 der beiden Planetenradsätze 2, 3 in dieser Ausführungsform identische Durchmesser auf.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist das zweite Element 6 des ersten Planetenradsatzes 2, also der Planetenträger, mit der Antriebswelle 12 permanent drehfest verbunden. Die drehfeste Anbindung des Planetenträgers 6 an die Antriebswelle 12 erfolgt dabei in dieser Ausführungsform auf einer axialen Höhe zwischen dem ersten 2 und dem zweiten Planetenradsatz 3.
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Wie aus 1 ersichtlich, weist das Getriebe 1 ein erstes B1 und ein zweites Schaltelement K1 auf. Bei dem ersten Schaltelement B1 handelt es sich um eine Bremse, bei dem zweiten Schaltelement K1 um eine Kupplung.
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Das Getriebe 1 umfasst ferner eine erste Hohlwelle 16, die koaxial zur Antriebswelle 12 vorgesehen ist. Auf der ersten Hohlwelle 16 ist an einem Ende das Sonnenrad 4 des ersten Planetenradsatzes 2 als Festrad montiert. Von diesem einen Ende aus erstreckt sich die erste Hohlwelle 16 weg von dem ersten Planetenradsatz 2 in Richtung des Getriebeeingangs 13.
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Ebenso umfasst das Getriebe 1 eine zweite Hohlwelle 17, die ebenfalls koaxial zur Antriebswelle 12, jedoch radial außerhalb des ersten 2 und zweiten Planetenradsatzes 3 vorgesehen ist. Mit der zweiten Hohlwelle 17 ist an einem Ende das Hohlrad 9 des zweiten Planetenradsatzes 3 permanent drehfest verbunden. Von diesem einen Ende aus erstreckt sich die zweite Hohlwelle 17 in Richtung des Getriebeeingangs 13 über den ersten Planetenradsatz 2 hinweg bis zu dem ersten B1 und zweiten Schaltelement K1. Die Schaltelemente B1, K1 sind damit in Axialrichtung auf der dem Getriebeeingang 13 zugewandten Seite des ersten Planetenradsatzes 2 angeordnet.
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Über das erste Schaltelement B1 kann die zweite Hohlwelle 17 und damit das dritte Element 9 des zweiten Planetenradsatzes 3, also in der vorliegenden Ausführungsform das Hohlrad 9, an einem Getriebegehäuse 18 festgesetzt werden. Ferner kann die zweite Hohlwelle 17 und damit das dritte Element 9 des zweiten Planetenradsatzes 3 über die Kupplung K1 drehfest mit der ersten Hohlwelle 16 und damit mit dem ersten Element 4, also dem Sonnenrad 4, des ersten Planetenradsatzes 2 in Verbindung gebracht werden. Hierfür weist das Getriebe 1 ein permanent drehfest mit der ersten Hohlwelle 16 verbundenes erstes Verbindungselement 19 auf, welches sich von der ersten Hohlwelle 16 aus radial nach außen bis zur zweiten Hohlwelle 17 erstreckt. Über die Kupplung K1 kann das erste Verbindungselement 19 drehfest mit der zweiten Hohlwelle 17 verbunden werden.
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Das Getriebe 1 umfasst darüber hinaus eine dritte Hohlwelle 20, die koaxial zur Antriebswelle 12 vorgesehen und auf welcher das erste Element 5, also das Sonnenrad 5, des zweiten Planetenradsatzes 3 als Festrad angebracht ist. Von diesem Sonnenrad 5 aus erstreckt sich die dritte Hohlwelle 20 in Richtung des ersten Planetenradsatzes 2, endet jedoch vor dem Planetenträger 6 des ersten Planetenradsatzes 2. An diesem Ende ist die dritte Hohlwelle 20 über ein zweites Verbindungselement 21 permanent drehfest mit dem dritten Element 8, also in dieser Ausführungsform dem Hohlrad 8, des ersten Planetenradsatzes 2 verbunden. Ebenso erstreckt sich die dritte Hohlwelle 20 von dem Sonnenrad 5 des zweiten Planetenradsatzes 3 weg vom Getriebeeingang 13 in Richtung der Zapfwelle 15.
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Das zweite Element 7 des zweiten Planetenradsatzes 3, also der Planetenträger 7, stellt in dieser Ausführungsform den Abtrieb 22 des Getriebes 1 bereit. Der Abtrieb 22 ist auf der dem ersten Planetenradsatz 2 abgewandten Seite des zweiten Planetenradsatzes 3 vorgesehen. Der Abtrieb 22 ist radial außerhalb der dritten Hohlwelle 20 angeordnet.
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Darüber hinaus umfasst das Getriebe 1 einen Variator mit einem ersten Energiewandler 23 und einem zweiten Energiewandler 24. Die Energiewandler 23, 24 sind in dieser Ausführungsform als elektrische Maschinen 23, 24 ausgebildet, die koaxial zur Antriebswelle 12 vorgesehen sind. Die elektrischen Maschinen 23, 24 umfassen jeweils einen Rotor 25, 26 und einen am Gehäuse 18 festgesetzten Stator 27, 28. Der Rotor 25 der ersten elektrischen Maschine 23 ist über eine erste Rotorverbindung 29 permanent drehfest an die erste Hohlwelle 16 angebunden. Die Anbindung erfolgt in Axialrichtung vom Getriebeeingang 13 aus betrachtet vor dem ersten Verbindungselement 19 und der daran angebundenen Kupplung K1 sowie vor dem ersten Planetenradsatz 2. Ferner ist der Rotor 26 der zweiten elektrischen Maschine 24 permanent drehfest an die dritte Hohlwelle 20 über eine zweite Rotorverbindung 30 angebunden. Die Anbindung erfolgt in Axialrichtung vom Getriebeeingang 13 aus betrachtet hinter dem Getriebeabtrieb 22 und hinter dem zweiten Planetenradsatz 3. Die elektrischen Maschinen sind über eine nicht gezeigte elektrische Verbindung miteinander gekoppelt.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau des Getriebes 1 gleicht dem aus 1 mit den im Folgenden beschriebenen Ausnahmen. Im Gegensatz zu der Getriebeausgestaltung aus 1 ist der erste Planetenradsatz 2' des Getriebes 1 aus 2 als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Das erste Element 4' ist als ein Sonnenrad ausgebildet. Das zweite Element 6' des ersten Planetenradsatzes 2' ist in dieser Ausführungsform durch ein Hohlrad gebildet. Das dritte Element 8' des ersten Planetenradsatzes 2' ist als Planetenträger gebildet. Der Planetenträger 8' trägt dabei mindestens ein Planetenradpaar 10.1', 10.2'. Eines der Planetenräder 10.1' steht mit dem radial umliegenden Hohlrad 6' und das andere mit dem radial innenliegenden Sonnenrad 4' im Eingriff. Die Planetenräder 10.1', 10.2' kämmen ferner untereinander.
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In dieser zweiten Ausführungsform ist ebenfalls das zweite Element 6', vorliegend also das Hohlrad, permanent drehfest mit der Antriebswelle 12 verbunden. Das dritte Element 8', vorliegend also der Planetenträger, ist permanent drehfest über das zweite Verbindungselement 21 mit der dritten Hohlwelle 20' verbunden. Der Planetenträger 8' ist dabei auf der dem Getriebeeingang 13 zugewandten Seite des ersten Planetenradsatzes 2' angeordnet, sodass sich das zweite Verbindungselement 21 von der dritten Hohlwelle 20 über den ersten Planetenradsatz 2' hinüber zum Planetenträger 8' erstreckt.
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau des Getriebes 1 gleicht dem aus 1 mit den im Folgenden beschriebenen Ausnahmen. Im Gegensatz zu der Getriebeausgestaltung aus 1 ist der zweite Planetenradsatz 3" des Getriebes 1 aus 3 als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Das erste Element 5" ist durch ein Sonnenrad gebildet. Das zweite Elemente 7" des zweiten Planetenradsatzes 3" ist in dieser Ausführungsform durch ein Hohlrad gebildet. Das dritte Element 9" des zweiten Planetenradsatzes 3" ist als Planetenträger gebildet. Der Planetenträger 9" trägt dabei mindestens ein Planetenradpaar 11.1", 11.2". Eines der Planetenräder 11.1" steht mit dem radial umliegenden Hohlrad 7" und das andere mit radial innenliegenden Sonnenrad 5" im Eingriff. Die Planetenräder 11.1", 11.2" kämmen ferner untereinander.
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In dieser dritten Ausführungsform stellt ebenfalls das zweite Element 7", vorliegend also das Hohlrad, den Abtrieb 22 des Getriebes 1 bereit. Ebenso ist das dritte Element 9" des zweiten Planetenradsatzes 3", vorliegend also der Planetenträger, permanent drehfest mit der zweiten Hohlwelle 17 verbunden.
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Auch eine Kombination der zweiten und dritten Ausführungsform, bei welcher sowohl der erste als auch der zweite Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, ist denkbar.
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4 zeigt ein Schaltschema der Getriebe aus 1-3. Wie aus 4 ersichtlich, können zwei Fahrbereiche FB1 und FB2 geschaltet werden. Bei dem ersten Fahrbereich FB1 wird die Bremse B1 des Getriebes 1 betätigt, sodass das dritte Element 9, 9" des zweiten Planetenradsatzes 3, 3" an dem Getriebegehäuse 18 festgesetzt wird. So wird ein ausgangsgekoppeltes System (output coupled) bereitgestellt. Bei dem zweiten Fahrbereich FB2 wird nur die Kupplung K1 betätigt, sodass die zweite Hohlwelle 17 drehfest mit der ersten Hohlwelle 16 gekoppelt wird. So kann ein mischgekoppeltes System (compound coupled) bereitgestellt werden. Durch das Bereitstellen der zwei Fahrbereiche FB1 und FB2 kann die Spreizung des Getriebes 1 erhöht werden.
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Die in 1-3 gezeigten Getriebe 1 können darüber hinaus um eine Wendegruppe erweitert werden. Über die Wendegruppe können die Fahrbereiche FB1 und FB2 sowohl für die Vorwärtsfahrt als auch für die Rückwärtsfahrt bereitgestellt werden.
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5 zeigt eine abtriebsseitig angebundene Wendegruppe 50, die mit dem Abtrieb 22, der in 1-3 gezeigten Getriebe 1 permanent drehfest verbunden werden kann, wobei in 5 eine Anbindung der Wendegruppe 50 an das in 1 gezeigte Getriebe 1 abgebildet ist. Die Wendegruppe 50 kann in Axialrichtung zwischen dem zweiten Planetenradsatz 3 und dem zweiten Energiewandler 24 angeordnet sein. Die Wendegruppe 50 umfasst eine Abtriebswelle 51, die parallel zur Antriebswelle 12 und radial außerhalb der Energiewandler 23, 24 vorgesehen ist.
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Die Wendegruppe 50 umfasst ferner ein erstes W1 und ein zweites Schaltelement W2. Die Schaltelemente W1 und W2 sind als Kupplungen ausgebildet. Denkbar sind hier sowohl formschlüssige Kupplungen, z.B. Klauenkupplungen, als auch reibschlüssige Kupplungen, z.B. Lamellenkupplungen. Durch Betätigung der ersten Kupplung W1 wird das zweite Element 7 des zweiten Planetenradsatzes 3 über eine erste Stirnradstufe 52 mit der Abtriebswelle 51 der Wendegruppe 50 wirkverbunden. Die Stirnradstufe 52 umfasst ein erstes Festrad 53 auf der Abtriebswelle 51 und ein mit diesem kämmendes Losrad 54, welches über die erste Kupplung W1 mit dem zweiten Element 7 des zweiten Planetenradsatzes 3 drehfest verbunden werden kann. Durch Betätigung der zweiten Kupplung W2 wird das zweite Element 7 des zweiten Planetenradsatzes 3 über eine zweite Stirnradstufe 55, die ein Zwischenrad 56 aufweist, mit der Abtriebswelle 51 wirkverbunden. Die zweite Stirnradstufe 55 umfasst ein auf der Abtriebswelle 51 vorgesehenes Festrad 57, welches mit dem Zwischenrad 56 kämmt, welches wiederum mit einem Losrad 58 kämmt. Das Losrad 58 kann durch Betätigung der Kupplung W2 mit dem zweiten Element 7 des zweiten Planetenradsatzes 3 drehfest verbunden werden. Die Betätigung der ersten Kupplung W1 resultiert demnach in einer Drehrichtung der Abtriebswelle 51, die umgekehrt zu der Drehrichtung bei Betätigung der zweiten Kupplung W2 ist.
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6 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 6 gezeigte Ausführungsform entspricht der in 5 gezeigten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist jedoch der zweite Energiewandler 24 über eine zusätzliche Vorübersetzung 60 an die dritte Hohlwelle 20 angebunden. Die Vorübersetzung 60 ist in dieser Ausführungsform als Planetenradsatz 60 ausgebildet. Alternativ kann die Vorübersetzung auch als Stirnradstufe ausgebildet sein. Die dritte Hohlwelle 20 ist mit dem Planetenträger 61 des Planetenradsatzes 60 permanent drehfest verbunden. Das Hohlrad 62 des Planetenradsatzes 60 ist an einem drehfesten Bauteil 63, vorliegend einem Gehäuse, festgesetzt. Ferner ist das Sonnenrad 64 des Planetenradsatzes 60 permanent drehfest an den zweiten Energiewandler 24 angebunden. Die in 6 gezeigte Anbindung des zweiten Energiewandlers 24 kann auch für den ersten Energiewandler 23 realisiert werden. Ferner kann einer oder können beide Energiewandler der in 2 und 3 gezeigten Getriebe 1 entsprechend mit einer zusätzlichen Vorübersetzung an eine der Hohlwellen 16, 20 angebunden werden.
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7 und 8 zeigen eine sechste und siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesen Ausführungsformen ist eine Wendegruppe 70 beziehungsweise 80 antriebsseitig vorgesehen.
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Die in 7 gezeigte Ausführungsform umfasst einen Minus-Planetenradsatz 70, dessen Sonnenrad 71 mit einem von der Antriebswelle 12 getrennten Antrieb 74 der Wendegruppe 70 permanent drehfest verbunden ist. Der Planetenträger 72 des Minus-Planetenradsatzes 70 ist mit der Antriebswelle 12 permanent drehfest verbunden. Das Hohlrad 73 des Planetenradsatzes 70 ist über ein Schaltelement B70, welches als Bremse ausgebildet ist, an einem Gehäuse 75 festsetzbar. Ferner ist das Hohlrad 73 über ein als Kupplung ausgebildetes Schaltelement K70 mit dem Sonnenrad 71 drehfest verbindbar, sodass der Planetenradsatz 70 verblockt wird.
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Die in 8 gezeigte Ausführungsform umfasst einen Plus-Planetenradsatz 80, dessen Sonnenrad 81 auf der Antriebswelle 12 als Festrad vorgesehen ist. Der Planetenträger 82 ist über eine vierte Hohlwelle 83, die koaxial zur Antriebswelle 12 ausgebildet ist, permanent drehfest mit dem zweiten Element 6 des ersten Planetenradsatzes 2 verbunden. Das Hohlrad 84 des Planetenradsatzes 80 ist über ein Schaltelement B80, welches als Bremse ausgebildet ist, an einem Gehäuse 85 festsetzbar. Der Planetenträger 82 trägt dabei mindestens ein Planetenradpaar 86.1, 86.2. Eines der Planetenräder 86.1 steht mit dem radial umliegenden Hohlrad 84 und das andere mit dem radial innenliegenden Sonnenrad 81 im Eingriff. Die Planetenräder 86.1, 86.2 kämmen ferner untereinander. Ferner ist der Planetenträger 82 über ein als Kupplung ausgebildetes Schaltelement K80 mit dem Sonnenrad 81 drehfest verbindbar, sodass der Planetenradsatz 80 verblockt wird.
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Durch Verblockung des in 7 und 8 gezeigten Planetenradsatzes 70, 80 kann eine erste Drehrichtung des zweiten Elements 6 des ersten Planetenradsatzes 2 realisiert werden. Eine umgekehrte Drehrichtung des zweiten Elements 6 kann durch Festsetzen des Hohlrads 73, 84 an dem Gehäuse 75, 85 herbeigeführt werden. Folglich agieren die Baugruppen 70, 80 als Wendegruppen.
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Wie aus 9 ersichtlich, können die Energiewandler 23', 24' des Getriebes der in 1-8 gezeigten Ausführungsformen auch achsparallel zur Antriebswelle 12 ausgebildet sein. Bei den Energiewandlern 23', 24' kann es sich jeweils um elektrische Maschinen handeln. Die elektrischen Maschinen 23', 24' können einander in Bezug auf die Antriebswelle 12 gegenüberliegen. Die elektrischen Maschinen 23', 24' weisen jeweils eine Rotorwelle 90 und 91 auf, die achsparallel zur Antriebswelle 12 angeordnet ist. Mit der jeweiligen Rotorwelle 90, 91 ist ein Rotor 25', 26' verbunden, der sich relativ zu einem an einem Gehäuse 92, 93 festgesetzten Stator 27', 28' drehen kann. Der erste Energiewandler 23' ist in der vorliegenden Ausführungsform über eine Stirnradstufe an die erste Hohlwelle 16 angebunden. Die Stirnradstufe umfasst ein auf der ersten Hohlwelle 16 vorgesehenes Festrad 94, das mit einem auf der Rotorwelle 91 vorgesehenen Festrad 95 kämmt. Der zweite Energiewandler 24' ist über eine zweistufige Stirnradstufe an die dritte Hohlwelle 20 angebunden. Die Stirnradstufe umfasst ein auf der Rotorwelle 90 des zweiten Energiewandlers 24' vorgesehenes Festrad 96, das mit einem auf einer Zwischenwelle 97 vorgesehenen Festrad 98 kämmt. Auf der Zwischenwelle 97 ist ein weiteres Festrad 99 vorgesehen, das wiederum mit einem auf der dritten Hohlwelle 20 vorgesehenen Festrad 100 kämmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe
- 2, 2'
- erster Planetenradsatz
- 3, 3"
- zweiter Planetenradsatz
- 4, 4'
- erstes Element erster Planetenradsatz
- 5, 5"
- erstes Element zweiter Planetenradsatz
- 6, 6'
- zweites Element erster Planetenradsatz
- 7, 7"
- zweites Element zweiter Planetenradsatz
- 8, 8'
- drittes Element erster Planetenradsatz
- 9, 9"
- drittes Element zweiter Planetenradsatz
- 10, 10.1', 10.2'
- Planetenrad erster Planetenradsatz
- 11, 11.1", 11.2"
- Planetenrad zweiter Planetenradsatz
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Getriebeeingang
- 14
- Getriebeausgang
- 15
- Zapfwelle
- 16
- erste Hohlwelle
- 17
- zweite Hohlwelle
- 18
- Gehäuse
- 19
- erstes Verbindungselement
- 20
- dritte Hohlwelle
- 21
- zweite Verbindungselement
- 22
- Abtrieb
- 23, 23'
- erster Energiewandler
- 24, 24'
- zweiter Energiewandler
- 25, 25'
- Rotor erster Energiewandler
- 26, 26'
- Rotor zweiter Energiewandler
- 27, 27'
- Stator erster Energiewandler
- 28, 28'
- Stator zweiter Energiewandler
- 29, 30
- Rotorverbindung
- B1
- Bremse
- K1
- Kupplung
- FB1, FB2
- Fahrbereiche
- 50
- Wendegruppe
- 51
- Abtriebswelle
- 52, 55
- Stirnradstufe
- 53, 57
- Festrad
- 54,58
- Losrad
- 56
- Zwischenrad
- W1, W2
- Kupplung
- 60
- Planetenradsatz
- 61
- Planetenträger
- 62
- Hohlrad
- 63
- Gehäuse
- 64
- Sonnenrad
- 70, 80
- Wendegruppe
- 71, 81
- Sonnenrad
- 72, 82
- Planetenträger
- 73, 84
- Hohlrad
- 74
- Antrieb
- 75,85
- Gehäuse
- 83
- vierte Hohlwelle
- 86.1, 86.2
- Planetenrad
- B70, B80
- Bremse
- K70, K80
- Kupplung
- 90,91
- Rotorwelle
- 92, 93
- Gehäuse
- 94, 95
- Festrad
- 96, 98
- Festrad
- 97
- Zwischenwelle
- 99, 100
- Festrad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010029866 A1 [0002]
- DE 102015105358 A1 [0002]
