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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere für ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten Variator, einen zweiten Variator, sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz, wobei sich die Planetenradsätze jeweils aus mehreren Elementen zusammensetzen, wobei ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement und ein fünftes Schaltelement vorgesehen sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug, welcher ein vorgenanntes Kraftfahrzeuggetriebe umfasst.
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Bei landwirtschaftlichen und auch kommunalen Nutzfahrzeugen sind aufgrund des breiten Aufgabenfeldes unterschiedliche Fahrbereiche darzustellen, was bei einem Getriebe eines derartigen Nutzfahrzeuges eine große Spreizung zwischen einer langsamsten und einer schnellsten Übersetzung notwendig macht. Neben in Gruppenbauweise ausgeführten Getrieben kommen häufig auch stufenlose Getriebe zur Anwendung, bei welchen im Rahmen einer Leistungsverzweigung zumeist eine mechanische Leistungsübertragung und eine hydrostatische Leistungsübertragung miteinander kombiniert werden. Dabei wird innerhalb des Getriebes der Betrieb eines mechanischen Getriebeteils mit dem eines hydrostatischen Getriebeteils überlagert, so dass sich ein Betrieb des Nutzfahrzeuges vom Stillstand bis zur Endgeschwindigkeit stufenlos und zugkraftunterbrechungsfrei realisieren lässt.
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Aus der
DE 10 2008 001 612 A1 geht ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug hervor, wobei sich dieses Kraftfahrzeuggetriebe dabei aus einem mechanischen Getriebeteil und einem hydrostatischen Getriebeteil zusammensetzt. Hierbei sind zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle drei Planetenradsätze angeordnet, die dabei gemeinsam mit einer nachgeschalteten Wendeeinheit den mechanischen Getriebeteil des Getriebes bilden, wobei dieser über die selektive Betätigung von Schaltelementen auf unterschiedliche Art und Weisen mit dem hydrostatischen Getriebeteil kombiniert werden kann, welcher sich aus zwei als Hydrostaten ausgeführten Variatoren zusammensetzt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenloses Kraftfahrzeuggetriebe zu schaffen, welches sich durch eine kompakte Bauweise und einen niedrigen Herstellungsaufwand auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, in welchem ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 13.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten Variator, einen zweiten Variator sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz. Dabei setzen sich die Planetenradsätze jeweils aus mehreren Elementen zusammen, wobei jeder Planetenradsatz hierbei bevorzugt jeweils ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweist. Zudem sind ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement und ein fünftes Schaltelement vorgesehen, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dargestellt werden können.
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Erfindungsgemäß sind also neben drei Planetenradsätzen, die gemeinsam einem mechanischen Getriebeteil des Getriebes zugeordnet sind, zudem zwei Variatoren vorgesehen, um das erfindungsgemäße Getriebe als leistungsverzweigtes Getriebe auszugestalten, bei welchem eine Leistungsübertragung des mechanischen Getriebeteils mit einer Leistungsübertragung über die Variatoren auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise überlagert werden kann. Hierdurch wird ein stufenloses Getriebekonzept verwirklicht.
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Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird.
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Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelsachse des Getriebes gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze des Getriebes insbesondere koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer auf der Längsmittelachse liegenden Welle zu verstehen.
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Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind im Sinne der Erfindung bevorzugt koaxial zueinander liegend angeordnet, wobei die Antriebswelle und die Abtriebswelle dabei einander stirnseitig gegenüberliegend vorgesehen sein können. Alternativ dazu kann aber auch die An- oder die Abtriebswelle zumindest teilweise als Hohlwelle gestaltet sein, welche dann ganz oder teilweise axial mit der Ab- oder der Antriebswelle überdeckt, indem die Ab- oder die Antriebswelle axial in diese Hohlwelle hineingeführt oder sogar hindurchgeführt ist.
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Bevorzugt weist die Abtriebswelle des Getriebes eine Verzahnung auf, über welche die Abtriebswelle dann im Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer achsparallel zur Abtriebswelle angeordneten, im Kraftfahrzeugantriebsstrang nachfolgenden Komponente in Wirkverbindung steht. Hierbei ist die Verzahnung bevorzugt an einer Anschlussstelle der Abtriebswelle vorgesehen, wobei diese Anschlussstelle der Abtriebswelle bevorzugt axial im Bereich eines Endes des Getriebes liegt, welches entgegengesetzt zu einem axialen Ende des Getriebes vorgesehen ist, an dem eine die Verbindung zu einer vorgeschalteten Antriebsmaschine herstellende Anschlussstelle der Antriebswelle platziert ist. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
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Im Rahmen der Erfindung können zwischen einem Getriebeeingang, an welchem das Kraftfahrzeuggetriebe mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine verbunden bzw. verbindbar ist, und der Antriebswelle eine oder auch mehrere weitere Getriebegruppen vorgesehen sein, die sich hierbei jeweils aus mehreren Übersetzungsstufen zusammensetzen können und bei denen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse schaltbar sein können. Ebenso können auch zwischen der Abtriebswelle und einem Getriebeausgang, an dem das Kraftfahrzeuggetriebe mit nachfolgenden Komponenten im Antriebsstrang in Verbindung steht, eine oder mehrere derartige Getriebegruppen platziert sein. So kann das Kraftfahrzeuggetriebe zusätzlich eine Kriechganggruppe, eine Wendegruppe oder ähnliches aufweisen.
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Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente, wobei diese Elemente bevorzugt jeweils in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades vorliegen. Die drei Planetenradsätze bilden dabei dann bevorzugt den mechanischen Getriebeteil des Kraftfahrzeuggetriebes.
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Unter einem „Variator“ ist im Sinne der Erfindung eine Komponente des Kraftfahrzeuggetriebes zu verstehen, welche durch entsprechende Regelung als in den mechanischen Getriebeteil Leistung abgebende Komponente und/oder als aus dem mechanischen Getriebeteil Leistung entnehmende Komponente betrieben werden kann. Dabei kann eine Leistungsabgabe bzw. Leistungsaufnahme bei einem der Variatoren bevorzugt aber bei beiden Variatoren stufenlos verstellt werden. Besonders bevorzugt können die beiden Variatoren jeweils in beiden Betriebsarten betrieben werden, nämlich einerseits in der ersten Betriebsart, in welcher durch den jeweiligen Variator eine Leistung abgegeben wird, sowie andererseits in der zweiten Betriebsart, in der durch den jeweiligen Variator Leistung aufgenommen wird. Die beiden Variatoren sind insbesondere zudem unmittelbar oder mittelbar miteinander gekoppelt, um die über den einen Variator aus dem mechanischen Getriebeteil entnommene Leistung seitens des anderen Variators ganz oder teilweise wieder in den mechanischen Getriebeteil einspeisen zu können. Je nach konkreter Ausführung der Variatoren, können diese auch als Wandler vorliegen, bei welchen in Abhängigkeit der Betriebsart mechanische Energie in eine anderweitige Energie (z.B. hydraulisch, elektrisch) oder umgekehrt umgesetzt wird.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Antriebswelle mit dem ersten Variator gekoppelt ist und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet. Des Weiteren ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Variator gekoppelt, wohingegen das dritte Element des dritten Planetenradsatzes über das erste Schaltelement festgesetzt werden kann. Das erste Element des zweiten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes stehen drehfest miteinander in Verbindung und können gemeinsam mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden werden. Ferner ist die Abtriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden und kann über das dritte Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus kann das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden. Schließlich können zwei der Elemente des dritten Planetenradsatzes über das fünfte Schaltelement drehfest miteinander verbunden werden.
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Mit anderen Worten ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebe also die Antriebswelle ständig drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen die Abtriebswelle permanent drehfest mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Darüber ist der erste Variator ständig mit der Antriebswelle gekoppelt, während der zweite Variator permanent mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes gekoppelt ist. Schließlich sind noch das erste Element des zweiten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig drehfest miteinander verbunden.
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Durch Betätigen des ersten Schaltelements wird das dritte Element des dritten Planetenradsatzes festgesetzt und in der Folge an einer Drehbewegung gehindert, wohingegen ein Schließen des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes nach sich zieht. Das dritte Schaltelement verbindet im geschlossenen Zustand das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle und damit auch dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes, während eine Betätigung des vierten Schaltelements eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes zur Folge hat. Schließlich bewirkt das fünfte Schaltelement im betätigten Zustand die drehfeste Verbindung von zwei der Elemente des dritten Planetenradsatzes, was ein Verblocken des dritten Planetenradsatzes nach sich zieht.
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Das erste Schaltelement ist vorliegend also als Bremse gestaltet, die bei Betätigung die hieran angebundene Komponente des Getriebes festsetzt und in der Folge an einer Drehbewegung hindert. Dagegen liegen das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement und auch das fünfte Schaltelement als Kupplungen vor, die bei Betätigung jeweils die hieran unmittelbar anknüpfenden Komponenten des Getriebes gegebenenfalls in ihren Drehbewegungen angleichen und anschließend drehfest miteinander verbinden.
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Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Komponenten des Getriebes ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Komponenten auch als kurze Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die Komponenten, die permanent drehfest miteinander verbunden sind, dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Komponenten und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Komponenten im Getriebe räumlich dicht beieinander liegen.
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Bei Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
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Ein Festsetzen erfolgt insbesondere durch drehfestes Verbinden mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes, bei welchem es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handelt, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes hat den Vorteil, dass sich mit nur drei Planetenradsätzen, fünf Schaltelementen und zwei Variatoren ein stufenloses Getriebe mit niedrigem Herstellungsaufwand verwirklichen lässt, welches sich zudem durch einen kompakten Aufbau auszeichnet. Aufgrund der Einbindung der Variatoren und der Verknüpfung der mechanischen Komponenten des Getriebes untereinander kann hierbei eine Leistungsverzweigung auf geeignete Art und Weise und bei geringer Belastung der Variatoren dargestellt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe können vier unterschiedliche Fahrbereiche realisiert werden, wobei in allen Fahrbereichen eine Leistungsverzweigung über den mechanischen Getriebebereich und die beiden Variatoren realisiert wird. So ergibt sich ein erster Fahrbereich durch Betätigen des ersten und des zweiten Schaltelements, während ein zweiter Fahrbereich durch Schließen des ersten und des vierten Schaltelements dargestellt wird. Des Weiteren ergibt sich ein dritter Fahrbereich durch Betätigen des dritten und des vierten Schaltelements sowie ein vierter Fahrbereich durch Schließen des vierten und des fünften Schaltelements. Besonders bevorzugt kann in allen vier Fahrbereichen eine Vorwärtsfahrt durch Leistungsverzweigung realisiert werden.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Variatoren als Elektromaschinen ausgeführt, wobei die Variatoren dabei jeweils zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden können. In diesem Fall sind dem Kraftfahrzeuggetriebe also zwei Elektromaschinen zugeordnet, die im Einzelnen durch entsprechende Regelung einerseits als Generator sowie andererseits als Elektromotor arbeiten können. Hierdurch kann eine Leistungsverzweigung verwirklicht werden, indem über den einen, als Generator arbeitenden Variator Leistung abgegriffen und über den anderen, als Elektromotor fungierenden Variator Leistung eingespeist wird. Bevorzugt sind die beiden Variatoren dabei elektronisch miteinander verbunden, indem sie bevorzugt in ein gemeinsames Netz integriert sind, zu welchem dann auch ein oder mehrere elektrische Energiespeicher und weitere Komponenten gehören können.
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Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind die beiden Variatoren als Hydrostaten ausgeführt, wobei die Variatoren dabei hydraulisch miteinander verbunden sind und jeweils zum einen als Hydraulikpumpe sowie zum anderen als Hydraulikmotor betreibbar sind. In diesem Fall bilden die beiden Variatoren also einen hydrostatischen Getriebeteil des Kraftfahrzeuggetriebes, in welchem die beiden Variatoren hydraulisch miteinander verbunden sind. Die Hydrostaten sind dabei jeweils insbesondere als stufenlos verstellbare Schrägscheiben- oder Schrägachsenmaschinen ausgeführt, bei welchen das jeweilige Förder- oder Schluckvolumen durch entsprechende Verstellung stufenlos verändert werden kann. Dabei kann der einzelne Hydrostat einerseits als Hydraulikpumpe sowie andererseits als Hydraulikmotor betrieben werden. Eine hydraulische Verbindung der Hydrostaten ist dabei bevorzugt in einem Hydraulikkreis vollzogen, in welchem dann zusätzlich auch Hydraulikventile und/oder ein oder mehrere Druckspeicher vorgesehen sein können. Prinzipiell könnte aber auch nur bei einem der Hydrostaten das Förder- oder Schluckvolumen variierbar sein.
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Alternativ zu den vorgenannten Varianten könnten die Variatoren gemeinsam aber auch einen mechanischen, stufenlosen Getriebeteil bilden, wie beispielsweise ein Umschlingungsgetriebe. Der einzelne Variator wäre dann beispielweise als Kegelscheibenpaar gestaltet, zwischen welchen ein die Variatoren verbindender Riemen oder Kette läuft.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass das fünfte Schaltelement bei Betätigung das erste Element und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes oder das erste Element und das dritte Element des dritten Planetenradsatzes oder das zweite Element und das dritte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet. Bei allen drei vorgenannten Varianten wird dabei jeweils ein Verblocken des dritten Planetenradsatzes im geschlossenen Zustand des fünften Schaltelements herbeigeführt, indem zwei der drei Elemente des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle oder die Abtriebswelle mit einer Wendeeinheit verbunden. Erfindungsgemäß ist in diesem Fall also entweder antriebsseitig der Antriebswelle oder abtriebsseitig der Abtriebswelle eine zusätzliche Wendeeinheit vorgesehen, über welche in den Fahrbereichen des Kraftfahrzeuggetriebes gezielt eine Rückwärtsfahrt des zugehörigen Kraftfahrzeuges dargestellt werden kann.
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Diese Wendeeinheit kann dabei prinzipiell einen dem Fachmann bekannten Aufbau aufweisen. So kann eine Wendeeinheit durch eine Planetenstufe und zwei Schaltelemente gebildet sein, wobei das eine Schaltelement zur Darstellung einer Vorwärtsfahrt die Planetenstufe verblockt und damit einen starren Durchtrieb ermöglicht, während durch Betätigung des jeweils anderen Schaltelements eine entgegengesetzte Drehbewegung realisiert wird. Eine Wendeeinheit könnte allerdings auch durch zwei Stirnradstufen mit je einem zugeordneten Schaltelement verwirklicht sein, wobei bei einer der beiden Stirnradstufen im Zuge der Einbindung in den Kraftfluss über das zugeordnete Schaltelement eine entgegengesetzte Drehbewegung über ein Zwischenrad realisiert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist der erste Variator drehfest mit der Antriebswelle verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der Antriebswelle gekoppelt. In der ersten Variante laufen der erste Variator und die Antriebswelle mit gleicher Drehzahl, während im Fall der zweiten Variante Drehzahlen des ersten Variators und der Antriebswelle in fester Abhängigkeit zueinander stehen. Im letztgenannten Fall ist die Koppelung über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe hergestellt, bei welcher es sich um eine Stirnrad-oder Planetenstufe handeln kann. Dies ist vorteilhaft, wenn aus Platzgründen einer unmittelbare Anordnung des ersten Variators im Bereich der Antriebswelle unmöglich ist oder aber die Zwischenübersetzung eine günstigere Auslegung des ersten Variators ermöglicht.
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Entsprechend einer hierzu alternativen oder auch ergänzenden Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Variator drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes gekoppelt. Es kann also auch im Bereich des zweiten Variators, analog zu dem vorstehend zum ersten Variator Beschriebenen, eine starre Verbindung mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes oder eine Zwischenübersetzung über mindestens eine Übersetzungsstufe realisiert sein, wobei die mindestens eine Übersetzungsstufe dabei ebenfalls als Stirnrad- oder Planetenstufe ausgeführt sein kann. Auch hier kann dies aus konstruktiven Gründen vorteilhaft sein, wenn der zweite Variator aus Platzgründen nicht unmittelbar drehfest an dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes angebunden werden kann. Ferner kann hierdurch gegebenenfalls eine günstigere Auslegung des zweiten Variators erzielt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist an der Antriebswelle ein Nebenabtrieb angebunden. In diesem Fall wird also über die Antriebswelle auch ein Nebenabtrieb (PTO) betrieben, wobei die Antriebswelle hierzu besonders bevorzugt axial durch die als Hohlwelle ausgeführte Abtriebswelle hindurchgeführt ist. Der Nebenabtrieb kann hierbei unmittelbar drehfest an der Antriebswelle angebunden oder aber mit der Antriebswelle gekoppelt sein.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein oder sind mehrere Schaltelemente jeweils als kraftschlüssiges Schaltelement realisiert. Hierbei ist das jeweilige Schaltelement bevorzugt als Lamellenschaltelement oder als Bandbremse ausgeführt. Kraftschlüssige Schaltelemente haben gegenüber formschlüssigen Schaltelementen den Vorteil, dass sie auch unter Last in einen geschlossenen Zustand überführt werden können. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch denkbar, ein oder auch mehrere Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente auszuführen. Denn formschlüssige Schaltelemente haben den Vorteil, dass sie in einem geöffneten Zustand ein niedrigeres Schleppmoment aufweisen, als kraftschlüssige Schaltelemente. Hierbei kann ein formschlüssiges Schaltelement konkret als Klauenschaltelement oder auch als Sperrsynchronisation realisiert sein. Auch die Schaltelemente bei einer eventuell zusätzlich vorgesehenen Wendeeinheit können konkret jeweils entweder als kraftschlüssige oder als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
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Die Planetenradsätze können, sofern es eine Anbindung der Elemente ermöglicht, im Rahmen der Erfindung jeweils als Minus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt. Ein Minus-Planetensatz setzt sich also auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen.
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Alternativ dazu könnten aber einer oder auch mehrere Planetenradsätze, sofern es die Anbindung der jeweiligen Elemente zulässt, als Plus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg handelt. Bei einem Plus-Planetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
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Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren. Bevorzugt liegen aber alle drei Planetenradsätze als Minus-Planetensätze vor.
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Im Rahmen der Erfindung kann dem Kraftfahrzeuggetriebe ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine und der Antriebswelle des Getriebes ermöglicht. Besonders bevorzugt entfällt aber ein separates Anfahrelement. Stattdessen wird ein Anfahren insbesondere im ersten Fahrbereich des Kraftfahrzeuggetriebes realisiert. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug, bei welchem es sich bevorzugt um einen Ackerschlepper, ein Systemfahrzeug beispielsweise in Form eines Geräteträgers, eine selbstfahrende Erntemaschine oder auch eine Baumaschine handeln kann. Das Kraftfahrzeuggetriebe ist dann insbesondere zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes bevorzugt permanent mit der Antriebsmaschine gekoppelt, wobei zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Differentialgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet. Das Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein ggf. vorhandener Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
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Dass zwei Bauelemente des Getriebes „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder Komponenten der Stirnradstufen und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern zwischen den entsprechenden Bauelementen herrscht permanent eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit.
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Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent miteinander gekoppelt, sondern eine Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe zur Anwendung kommt;
- 2 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuggetriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
- 4 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 4; und
- 6 und 11 jeweils eine schematische Darstellung je einer Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe aus den 2 bis 4.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines landwirtschaftlichen oder kommunalen Nutzfahrzeuges, bei welchem es sich um einen Ackerschlepper, ein Systemfahrzeug beispielsweise in Form eines Geräteträgers, eine selbstfahrende Erntemaschine oder auch eine Baumaschine handeln kann. Dabei ist in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Kraftfahrzeuggetriebe G verbunden. Dem Kraftfahrzeuggetriebe G ist abtriebsseitig ein Differentialgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird.
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Das Getriebe G und der Torsionsschwingungsdämpfer TS sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse des Getriebes G angeordnet, in welches dann auch das Differentialgetriebe AG integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Kraftfahrzeuggetriebe G und auch das Differentialgetriebe AG in Fahrtrichtung des Nutzfahrzeuges ausgerichtet.
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In 2 ist eine schematische Ansicht des Kraftfahrzeuggetriebes G entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie zu erkennen ist, weist das Kraftfahrzeuggetriebe G eine Antriebswelle GW1 und eine Abtriebswelle GW2 auf, die koaxial zueinander liegen. Konkret ist die Abtriebswelle GW2 dabei als Hohlwelle ausgeführt, durch welche die Antriebswelle GW1 axial hindurchgeführt ist. Zudem bildet die Antriebswelle GW1 an einem axialen Ende eine Anschlussstelle GW1-A aus, an welcher die Antriebswelle GW1 über den zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS in 1 mit der Verbrennungskraftmaschine VKM verbunden ist. Die Abtriebswelle GW2 weist ebenfalls eine Anschlussstelle GW2-A auf, wobei diese Anschlussstelle GW2-A durch eine Verzahnung gebildet ist, an welcher die Verbindung zu dem nachfolgenden Achsgetriebe AG im Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 hergestellt ist.
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An einem entgegengesetzt zur Anschlussstelle GW1-A liegenden, axialen Ende ist zudem ein Nebenabtrieb PTO an der Antriebswelle GW1 angebunden, wobei über den Nebenabtrieb PTO bei einem als Ackerschlepper ausgestalteten Nutzfahrzeug dann insbesondere eine Verbindung zu einer Zapfwelle des Ackerschleppers herstellbar ist. Weiter bevorzugt ist dabei dann noch ein Zapfwellengetriebe zwischengeschaltet.
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Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Kraftfahrzeuggetriebe G drei Planetenradsätze P1, P2 und P3 sowie zwei Variatoren V1 und V2. Die Planetenradsätze P1, P2 und P3 weisen jeweils je ein erstes Element E11 bzw. E12 bzw. E13, je ein zweites Element E21 bzw. E22 bzw. E23 sowie je ein drittes Element E31 bzw. E32 bzw. E33 auf. Dabei ist das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 bzw. E13 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 durch ein jeweiliges Sonnenrad gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E23 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 als Planetensteg gestaltet ist. Das jeweils noch verbleibende, dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E33 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 liegt dann als ein jeweiliges Hohlrad vor.
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Bei den Planetenradsätzen P1, P2 und P3 führt der jeweilige Planetensteg jeweils mehrere Planetenräder, die im Einzelnen sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad als auch dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff stehen. Insofern sind die Planetenradsätze P1, P2 und P3 jeweils als Minus-Planetensätze ausgeführt, wobei es im Rahmen der Erfindung prinzipiell aber auch denkbar ist, einen oder mehrere der Planetenradsätze P1, P2 und P3 als Plus-Planetensätze zu gestalten, sofern eine Anbindung der Elemente dies ermöglicht. Allerdings müsste dabei im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetensatz die jeweilige Hohlrad- und die jeweilige Planetensteganbindung miteinander getauscht, sowie die jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden.
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Die beiden Variatoren V1 und V2 sind als Elektromaschinen EM1 und EM2 gestaltet, die jeweils zum einen als Generator und zum anderen als Elektromotor betrieben werden können. Dabei setzt sich die einzelne Elektromaschine EM1 bzw. EM2 aus je einem Rotor R1 bzw. R2 und je einem Stator S1 bzw. S2 zusammen, wobei der jeweilige Stator S1 bzw. S2 dabei permanent an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, bei welchem es sich bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes G oder einen Teil eines derartigen Gehäuses handelt. Bei beiden Variatoren V1 und V2 kann dabei die Leistungsaufnahme bzw. -abgabe stufenlos verändert werden, wobei die beiden Variatoren V1 und V2 in ein gemeinsames Netz eingebunden sind, so dass eine Strommenge, die über den einen als Generator arbeitenden Variator V1 oder V2 erzeugt wird, auf Seiten des anderen, als Elektromotor arbeitenden Variators V2 oder V1 zur Erzeugung einer Antriebsbewegung genutzt werden kann.
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Vorliegend ist die Antriebswelle GW1 des Getriebes G permanent drehfest mit dem Rotor R1 der Elektromaschine EM1 verbunden und verbindet zudem das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 steht zudem ständig drehfest mit dem Rotor R2 der Elektromaschine EM2 in Verbindung, während das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 über ein erstes Schaltelement A des Getriebes G am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden, so dass es dann in der Folge an einer Drehbewegung gehindert ist. Ferner sind das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig drehfest miteinander verbunden und können gemeinsam durch Schließen eines zweiten Schaltelements B drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 in Verbindung gebracht werden.
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Wie zudem in 2 zu erkennen ist, kann das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 zudem über ein drittes Schaltelement C drehfest mit der Abtriebswelle GW2 verbunden werden, welche ständig drehfest mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 in Verbindung steht. Außerdem kann das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 noch durch Schließen eines vierten Schaltelements D drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden werden. Schließlich zieht eine Betätigung eines fünften Schaltelements E eine drehfeste Verbindung des ersten Elements E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und des zweiten Elements E23 des dritten Planetenradsatzes P3 nach sich, was ein Verblocken des dritten Planetenradsatzes P3 zur Folge hat.
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Die Planetenradsätze P1, P2 und P3 und die Variatoren V1 und V2 liegen vorliegend koaxial zu der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 und auch zueinander. Axial sind die Planetenradsätze P1, P2 und P3 sowie die Variatoren V1 und V2 auf die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 folgend in der Reihenfolge erster Variator V1, zweiter Variator V2, erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2 und schließlich dritter Planetenradsatz P3 angeordnet.
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Die Schaltelemente A, B, C, D und E sind im vorliegenden Fall als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt, wobei sie konkret als Lamellenschaltelemente vorliegen. Während es sich bei dem zweiten Schaltelement B, dem dritten Schaltelement C, dem vierten Schaltelement D und auch dem fünften Schaltelement E hierbei jeweils um eine Kupplung handelt, ist das erste Schaltelement A als Bremse ausgeführt.
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Hierbei liegt das erste Schaltelement A in einer Ebene mit dem dritten Planetenradsatz P3, indem es axial im Wesentlichen auf Höhe des dritten Planetenradsatzes P3 sowie radial umliegend zu diesem angeordnet ist. Das vierte Schaltelement D ist im Wesentlichen axial auf Höhe des zweiten Planetenradsatzes P2 sowie radial umliegend zu diesem platziert und liegt dementsprechend in einer Ebene mit dem zweiten Planetenradsatz P2. Das zweite Schaltelement B, das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E sind axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem dritten Planetenradsatz P3 vorgesehen, wobei das zweite Schaltelement B hierbei axial benachbart zum zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet ist und das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E axial im Wesentlichen auf derselben Höhe liegen. Dabei ist das fünfte Schaltelement E radial innenliegend zu dem dritten Schaltelement C vorgesehen.
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Des Weiteren zeigt 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuggetriebes G gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, die dabei weitestgehend der Variante aus 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass ein fünftes Schaltelement E in diesem Fall im betätigten Zustand das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest miteinander verbindet, was erneut ein Verblocken des dritten Planetenradsatzes P3 zur Folge hat. Das fünfte Schaltelement E ist dabei axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des dritten Planetenradsatzes P3 vorgesehen. Außerdem liegt eine Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 in diesem Fall axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem dritten Planetenradsatz P3. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 3 sonst der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Aus 4 geht eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes G entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung hervor, die ebenfalls im Wesentlichen der Variante aus 2 entspricht. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach 2 verbindet ein fünftes Schaltelement E im betätigten Zustand das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 und das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest miteinander, was wiederum ein Verblocken des dritten Planetenradsatzes P3 zur Folge hat. Erneut ist dabei das fünfte Schaltelement E zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem dritten Planetenradsatz P3 sowie axial im Wesentlichen auf Höhe des dritten Schaltelements C angeordnet, wobei in diesem Fall allerdings das dritte Schaltelement C radial innenliegend zum fünften Schaltelement E vorgesehen ist. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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5 zeigt nun ein beispielhaftes Schaltschema der Kraftfahrzeuggetriebe G aus den 2 bis 4. Wie zu erkennen ist, können bei jedem der Kraftfahrzeuggetriebe G dabei jeweils vier Fahrbereiche FB1 bis FB4 realisiert werden, wobei sich ein erster Fahrbereich FB1 dabei durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B ergibt, während ein zweiter Fahrbereich FB2 durch Schließen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D dargestellt wird. Des Weiteren wird ein dritter Fahrbereich FB3 durch Betätigen des dritten Schaltelements C und des vierten Schaltelements D realisiert, wohingegen sich ein vierter Fahrbereich FB4 durch Schließen des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E ergibt. In den Fahrbereichen FB1 bis FB4 kann dabei jeweils eine Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges durch Leistungsverzweigung stufenlos realisiert werden.
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Des Weiteren gehen aus den 6 bis 11 Abwandlungsmöglichkeiten hervor, wie sie bei den Kraftfahrzeuggetrieben G der 2 bis 4 jeweils zur Anwendung kommen können. Dabei sind die Abwandlungsmöglichkeiten vorliegend jeweils anhand der Variante des Getriebes G aus 2 dargestellt, wobei sie in analoger Weise auch bei den Getrieben aus den 3 und 4 verwirklicht werden können.
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Bei der in 6 dargestellten Abwandlungsmöglichkeit sind im Unterschied zu den vorhergehenden Varianten die beiden Variatoren V1 und V2 jeweils als Hydrostaten H1 und H2 ausgeführt. Dabei liegen diese Hydrostaten H1 und H2 dann insbesondere als stufenlos verstellbare Schrägscheiben-oder Schrägachsenmaschine vor, die jeweils zum einen als Hydraulikpumpe und zum anderen als Hydraulikmotor betrieben werden können. Dabei kann bei dem jeweiligen Hydrostaten H1 bzw. H2 ein Schluck- oder Fördervolumen stufenlos variiert werden. Zudem sind die Hydrostaten H1 und H2 hydraulisch untereinander verbunden, so dass eine Hydraulikmenge, welche über den einen, als Hydraulikpumpe arbeitenden Hydrostaten H1 oder H2 entsprechend dem eingestellten Schluckvolumen gefördert wird, seitens des anderen, als Hydraulikmotor arbeitenden Hydrostaten H2 oder H1 entsprechend dem dort eingestellten Fördervolumen in eine Antriebsbewegung umgesetzt wird.
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Aus 7 geht eine weitere Abwandlungsmöglichkeit hervor, bei welcher das jeweilige Getriebe G zusätzlich mit einer nachgeschalteten Wendeeinheit WE ausgestattet ist. Dabei kann die Abtriebswelle GW2 an ihrer Anschlussstelle GW2-A über eine von zwei Stirnradstufen SRS1 und SRS2 mit einer achsparallelen Ausgangswelle AW verbunden werden, welche innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann im weiteren Verlauf mit dem Achsgetriebe in Verbindung steht. Die erste Stirnradstufe SRS1 setzt sich dabei aus einem ersten Stirnrad SR1 und einem hiermit im Zahneingriff stehenden zweiten Stirnrad SR2 zusammen, wobei das zweite Stirnrad SR2 dabei drehfest auf der Ausgangswelle AW angeordnet ist. Das erste Stirnrad SR1 der ersten Stirnradstufe SRS1 kann durch Schließen eines sechsten Schaltelements F drehfest mit der Abtriebswelle GW2 verbunden werden, so dass in der Folge eine Drehbewegung der Abtriebswelle GW2 über die erste Stirnradstufe SRS1 auf die Ausgangswelle AW übertragen wird.
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Dagegen setzt sich die zweite Stirnradstufe SRS2 aus einem ersten Stirnrad SR3, einem zweiten Stirnrad SR4 und einem Zwischenrad ZR zusammen, wobei Letzteres sowohl mit dem ersten Stirnrad SR3, als auch dem zweiten Stirnrad SR4 im Zahneingriff steht. Das zweite Stirnrad SR4 der zweiten Stirnradstufe SRS2 ist hierbei wiederum drehfest auf der Ausgangswelle AW vorgesehen, während das erste Stirnrad SR3 durch Betätigen eines siebten Schaltelements G drehfest mit der Abtriebswelle GW2 verbunden wird. Dabei wird im Vergleich zu einer Koppelung über die erste Stirnradstufe SRS 1 eine entgegengesetzte Drehbewegung der Ausgangswelle AW hervorgerufen, so dass eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges realisiert werden kann.
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Auch bei der Abwandlungsmöglichkeit nach 8 ist bei dem jeweiligen Getriebe G zusätzlich eine Wendeeinheit WE vorgesehen, wobei diese im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 7 nun allerdings antriebsseitig vorgeschaltet ist. Dabei ist diese Wendeeinheit WE durch eine Planetenstufe P4 gebildet, die sich aus einem Sonnenrad S04, einem Planetensteg PT4 und einem Hohlrad HO4 zusammensetzt. Der Planetensteg PT4 führt dabei zumindest ein Planetenrad PR4, welches sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad SO4, als auch dem umliegenden Hohlrad HO4 im Zahneingriff steht. Insofern ist die Planetenstufe P4 als Minus-Planetensatz gestaltet.
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Das Sonnenrad SO4 ist drehfest auf einer Eingangswelle EW angeordnet, während das Hohlrad HO4 drehfest mit der Antriebswelle GW1 in Verbindung steht. Zudem sind der Wendeeinheit WE zwei Schaltelemente F und G zugeordnet, von welchen ein sechstes Schaltelement F bei Betätigung das Sonnenrad SO4 und das Hohlrad HO4 drehfest miteinander verbindet und hierdurch ein Verblocken der Planetenstufe P4 hervorruft, so dass ein starrer Durchtrieb von der Eingangswelle EW auf die Antriebswelle GW1 stattfindet. Hierdurch kann eine Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges realisiert werden. Wird hingegen ein siebtes Schaltelement G betätigt, so wird der Planetensteg PT4 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, wodurch eine Drehbewegung der Eingangswelle EW über die Planetenstufe P4 auf die Antriebswelle GW1 übertragen wird. Im Vergleich zu einem starren Durchtrieb bei verblockten Planetensatz P4 wird hierdurch eine entgegengesetzte Drehbewegung der Antriebswelle GW1 hervorgerufen, wodurch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges dargestellt werden kann. Außerdem ist noch der Nebenabtrieb PTO in diesem Fall drehfest mit der Eingangswelle EW verbunden.
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Auch bei der Abwandlungsmöglichkeit aus 9 ist eine antriebsseitige Wendeeinheit WE vorgesehen, wobei dieser allerdings im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 8 nun eine als Plus-Planetenradsatz ausgestaltete Planetenstufe P5 aufweist. So führt einen Planetensteg PT5 dieser Planetenstufe P5 mindestens ein Planetenradpaar mit einem ersten Planetenrad PR51 und einem zweiten Planetenrad PR52, von welchen das erste Planetenrad PR51 mit einem Sonnenrad SO5 und das zweite Planetenrad PR52 mit einem Hohlrad HO5 der Planetenstufe P5 kämmt sowie die Planetenräder PR51 und PR52 untereinander im Zahneingriff stehen. Der Planetensteg PT5 ist dabei drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden, während das Sonnenrad SO5 drehfest mit einer Eingangswelle EW in Verbindung steht. Über ein sechstes Schaltelement F kann ein Verblocken der Planetenstufe P5 herbeigeführt werden, was einen starren Durchtrieb von der Eingangswelle EW auf die Antriebswelle GW1 zur Folge hat. Außerdem kann durch Schließen eines siebten Schaltelements G ein Festsetzen des Hohlrades HO5 der Planetenstufe P5 realisiert werden, so dass dann über die Planetenstufe P5 eine Übertragung einer Drehbewegung der Eingangswelle EW auf die Antriebswelle GW1 stattfindet, wobei die Antriebswelle GW1 hierbei im Vergleich zu einem verblockten Zustand der Planetenstufe P5 eine entgegengesetzte Drehbewegung ausführt.
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Bei der in 10 dargestellten Abwandlungsmöglichkeit ist das jeweilige Getriebe G dahingehend verändert, dass die Variatoren V1 und V2 nun nicht unmittelbar drehfest angebunden sind, sondern über je eine zwischenliegende Planetenstufe P6 bzw. P7 angekoppelt sind. Dabei setzt sich die Planetenstufe P6 aus einem Sonnenrad SO6, einem Planetensteg PT6 und einem Hohlrad HO6 zusammen, wobei der Planetensteg PT6 mindestens ein Planetenrad PR6 drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem innenliegenden Sonnenrad SO6, als auch dem Hohlrad HO6 kämmt. Insofern ist die Planetenstufe P6 als Minus-Planetensatz ausgeführt. Während das Hohlrad HO6 permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, ist der Planetenträger PT6 drehfest mit der Antriebswelle GW1 und das Sonnenrad SO6 drehfest mit dem Rotor R1 des als Elektromaschine EM1 ausgestalteten, ersten Variators V1 verbunden.
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Auch die Planetenstufe P7 setzt sich aus einem Sonnenrad SO7, einem Planetensteg PT7 und einem Hohlrad HO7 zusammen, wobei mindestens ein über den Planetensteg PT7 drehbar geführtes Planetenrad PR7 sowohl mit dem Sonnenrad SO7, als auch dem Hohlrad HO7 im Zahneingriff steht. Dementsprechend ist auch die Planetenstufe P7 als Minus-Planetensatz ausgeführt. Im Fall der Planetenstufe P7 ist das Sonnenrad SO7 permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, wohingegen der Planetensteg PT7 drehfest mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 in Verbindung steht und das Hohlrad HO7 drehfest mit dem Rotor R2 der zweiten Elektromaschine EM2 verbunden ist, die den zweiten Variator V2 bildet.
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Über die beiden Planetenstufen P6 und P7 werden entsprechende Konstantübersetzungen zwischen den Variatoren V1 und V2 und dem restlichen Teil des Getriebes G gebildet. Wie schon bei der Variante nach 7 ist zudem zusätzlich eine Wendeeinheit WE vorgesehen, die hierbei analog zu dem zu 7 Beschriebenen gestaltet ist.
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Schließlich zeigt 11 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe G aus den 2 bis 4, wobei in diesem Fall die beiden Variatoren V1 und V2, wie schon bei der vorhergehenden Variante nach 10, über zwischenliegende Übersetzungsstufen angebunden sind. Allerdings sind die Übersetzungsstufen in diesem Fall über Stirnradstufen SRS3, SRS4 und SRS5 gebildet, die sich jeweils aus miteinander im Zahneingriff stehenden Stirnrädern SR5 und SR6 bzw. SR7 und SR8 bzw. SR9 und SR10 zusammensetzen.
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Wie in 11 zu erkennen ist, ist das Stirnrad SR5 der Stirnradstufe SRS3 drehfest auf der Antriebswelle GW1 vorgesehen, während das hiermit kämmende Stirnrad SR6 drehfest auf einer Zwischenwelle ZB angeordnet ist, auf welcher auch das Stirnrad SR7 der Stirnradstufe SRS4 drehfest platziert ist. Das hiermit wiederum im Zahneingriff stehende Stirnrad SR8 ist drehfest auf einer Rotorwelle RW1 der Elektromaschine EM1 vorgesehen, die den ersten Variator V1 bildet. Dementsprechend ist der erste Variator V1 über die beiden Stirnradstufen SRS3 und SRS4 mit der Antriebswelle GW1 gekoppelt.
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Hinsichtlich des zweiten Variators V2 ist eine Anbindung über die Stirnradstufe SRS5 vorgenommen, wobei das Stirnrad SR9 der Stirnradstufe SRS5 dabei drehfest mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden ist, während das hiermit kämmende Stirnrad SR10 drehfest mit einer Rotorwelle RW2 der Elektromaschine EM2 in Verbindung steht. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und die den zweiten Variator V2 bildende Elektromaschine EM2 sind also über die Stirnradstufe SRS5 miteinander gekoppelt.
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Wie schon bei der vorhergehenden Variante nach 10, ist erneut eine Wendeeinheit WE vorgesehen, welche analog zu der Variante nach 7 gestaltet ist.
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Die in den 6 bis 9 gezeigten Abwandlungsmöglichkeiten können dabei im Rahmen der Erfindung mit einer der Abwandlungsmöglichkeiten aus 10 oder 11 kombiniert werden. Darüber hinaus wäre es auch denkbar, einen der beiden Variatoren V1 bzw. V2 auf die in 10 gezeigte Variante anzubinden, während der jeweils andere Variator V2 bzw. V1 entsprechend der Abwandlungsmöglichkeit nach 11 angekoppelt ist.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein stufenloses Kraftfahrzeuggetriebe mit niedrigem Herstellungsaufwand und kompaktem Aufbau realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- G
- Kraftfahrzeuggetriebe
- GG
- Drehfestes Bauelement
- P1
- Erster Planetenradsatz
- E11
- Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
- E21
- Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
- E31
- Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
- P2
- Zweiter Planetenradsatz
- E12
- Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
- E22
- Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
- E32
- Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
- P3
- Dritter Planetenradsatz
- E13
- Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
- E23
- Zweites Element des dritten Planetenradsatzes
- E33
- Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
- A
- Erstes Schaltelement
- B
- Zweites Schaltelement
- C
- Drittes Schaltelement
- D
- Viertes Schaltelement
- E
- Fünftes Schaltelement
- F
- Sechstes Schaltelement
- G
- Siebtes Schaltelement
- FB1
- erster Fahrbereich
- FB2
- zweiter Fahrbereich
- FB3
- dritter Fahrbereich
- FB4
- vierter Fahrbereich
- GW1
- Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- GW1-A
- Anschlussstelle
- GW2-A
- Anschlussstelle
- AW
- Ausgangswelle
- EW
- Eingangswelle
- ZW
- Zwischenwelle
- V1
- erster Variator
- V2
- Zweiter Variator
- EM1
- Elektromaschine
- R1
- Rotor
- S1
- Stator
- RW1
- Rotorwelle
- EM2
- Elektromaschine
- R2
- Rotor
- S2
- Stator
- RW2
- Rotorwelle
- H1
- Hydrostat
- H2
- Hydrostat
- PTO
- Nebenabtrieb
- SRS1
- Stirnradstufe
- SRS2
- Stirnradstufe
- SRS3
- Stirnradstufe
- SRS4
- Stirnradstufe
- SRS5
- Stirnradstufe
- SR1
- Stirnrad
- SR2
- Stirnrad
- SR3
- Stirnrad
- ZR
- Zwischenrad
- SR4
- Stirnrad
- SR5
- Stirnrad
- SR6
- Stirnrad
- SR7
- Stirnrad
- SR8
- Stirnrad
- SR9
- Stirnrad
- SR10
- Stirnrad
- P4
- Planetenstufe
- SO4
- Sonnenrad
- PT4
- Planetensteg
- HO4
- Hohlrad
- PR4
- Planetenrad
- P5
- Planetenstufe
- SO5
- Sonnenrad
- PT5
- Planetensteg
- HO5
- Hohlrad
- PR51
- Planetenrad
- PR52
- Planetenrad
- P6
- Planetenstufe
- SO6
- Sonnenrad
- PT6
- Planetensteg
- HO6
- Hohlrad
- PR6
- Planetenrad
- P7
- Planetenstufe
- SO7
- Sonnenrad
- PT7
- Planetensteg
- HO7
- Hohlrad
- PR7
- Planetenrad
- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
- TS
- Torsionsschwingungsdämpfer
- AG
- Differentialgetriebe
- WE
- Wendeeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001612 A1 [0003]
