DE102019214385A1

DE102019214385A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe und Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102019214385A1
Application number: DE102019214385.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Ziegler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-03-25

Abstract

Es wird ein Leistungsverzweigungsgetriebe (20) beschrieben, das einen ersten Leistungspfad (20a) und einen zweiten Leistungspfad (20b) aufweist. Dabei ist der erste Leistungspfad (20a) ein mechanischer Leistungspfad. Darüber hinaus umfasst das Leistungsverzweigungsgetriebe (20) eine Eingangswelle (22), eine Ausgangswelle (24) und ein Planetenradgetriebe (26). Antriebsmäßig zwischen dem Planetenradgetriebe (26) und der Ausgangswelle (24) sind zudem zumindest zwei mechanische Drehmomentleitpfade (30a, 30b, 30c) vorgesehen, über die das Planetenradgetriebe (26) wahlweise mit der Ausgangswelle (24) koppelbar ist. Ferner wird ein Antriebsstrang (10) für eine Arbeitsmaschine mit einem solchen Leistungsverzweigungsgetriebe (20) vorgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Leistungspfad und einem zweiten Leistungspfad, wobei der erste Leistungspfad ein mechanischer Leistungspfad ist und das Leistungsverzweigungsgetriebe eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle und ein Planetenradgetriebe umfasst.
Ebenso betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem solchen Leistungsverzweigungsgetriebe.
Leistungsverzweigungsgetriebe und deren Einsatz in Antriebssträngen von Arbeitsmaschinen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Grundsätzlich weisen Leistungsverzweigungsgetriebe gegenüber Schaltgetrieben mit einer besseren Funktionalität und höherem Komfort. Darüber hinaus lassen sich teilweise auch bessere Fahrleistungen und geringere Treibstoffverbräuche realisieren. Beispielhafte Arbeitsmaschinen sind landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen wie Traktoren oder Baustellen-Arbeitsmaschinen wie Radlader.
Mit bekannten Leistungsverzweigungsgetrieben werden üblicherweise mehrere Betriebsbereiche zur Verfügung gestellt, die unterschiedliche Übersetzungsstufen umfassen. Die Betriebsbereiche können in der Regel zugkraftunterbrechungsfrei und/oder stufenlos gewechselt werden. Insbesondere bei Anwendungsfällen, in denen das Leistungsverzweigungsgetriebe in einem Fahrantriebsstrang verwendet wird, müssen sowohl Vorwärtsbetriebsbereiche als auch Rückwärtsbetriebsbereiche zur Verfügung gestellt werden, die auch als Vorwärtsfahrbereiche und Rückwärtsfahrbereiche bezeichnet werden.
Im Bereich der Leistungsverzweigungsgetriebe wird generell angestrebt, Getriebe mit einem hohen maximal bereitstellbaren Drehmoment auszustatten. Dieses kann in einer mobilen Arbeitsmaschine in eine hohe maximale Zugkraft umgesetzt werden. Unter anderem kann das mittels eines Leistungsverzweigungsgetriebes erreicht werden, das eine hohe Getriebespreizung aufweist. Eine hohe Getriebespreizung geht dabei üblicherweise mit einem hohen Platzbedarf des Leistungsverzweigungsgetriebes einher.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit großer Getriebespreizung bereitzustellen, das nur einen geringen Platzbedarf aufweist. Darüber hinaus soll das Leistungsverzweigungsgetriebe einen hohen Wirkungsgrad haben.
Die Aufgabe wird durch ein Leistungsverzweigungsgetriebe der eingangs genannten Art gelöst, bei dem antriebsmäßig zwischen dem Planetenradgetriebe und der Ausgangswelle zumindest zwei mechanische Drehmomentleitpfade vorgesehen sind. Das Planetenradgetriebe ist wahlweise über einen der zumindest zwei Drehmomentleitpfade mit der Ausgangswelle koppelbar.
Da den zumindest zwei Drehmomentleitpfaden unterschiedliche Übersetzungen zugeordnet sind, lässt sich die Getriebespreizung des Planetenradgetriebes weiter erhöhen. Dadurch weist auch das Leistungsverzweigungsgetriebe eine hohe Getriebespreizung auf. Der Bauraumbedarf desselben steigt dabei nur unwesentlich. Die hohe Getriebespreizung kann dafür genutzt werden, hohe Fahrgeschwindigkeiten bei geringen Drehzahlen zu erreichen oder hohe Zugkräfte zu generieren. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei den Drehmomentleitpfaden um mechanische Drehmomentleitpfade handelt, weisen diese einen sehr hohen Wirkungsgrad auf. Dies wirkt sich positiv auf den Gesamtwirkungsgrad des Leistungsverzweigungsgetriebes aus.
Grundsätzlich kann es sich bei dem zweiten Leistungspfad um einen hydraulischen Leistungspfad handeln.
Im Gegensatz hierzu kann der erste Leistungspfad die zumindest zwei mechanischen Drehmomentleitpfade umfassen.
Insbesondere sind dabei die Drehmomentleitpfade so ausgebildet, dass sie bei einer Synchrondrehzahl geschaltet werden können. Sie können also ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden. Das ist auch dahingehend vorteilhaft, dass dann eine Schaltung der Drehmomentleitpfade erfolgen kann, ohne dass der zweite Leistungspfad verstellt werden muss. Mit anderen Worten lassen sich die Drehmomentleitpfade unabhängig vom zweiten Leistungspfad schalten.
Die Drehmomentleitpfade können so ausgebildet sein, dass die dem Planetenradgetriebe eingeprägte Übersetzung, also die Übersetzung des Planetenradgetriebes, um den Faktor 1,5 oder 2 oder 3 oder 4 erhöht ist.
Dabei kann ein erster Drehmomentleitpfad der zumindest zwei Drehmomentleitpfade eine erste Kupplung umfassen. Mittels der ersten Kupplung ist der erste Drehmomentleitpfad wahlweise schaltbar. Alternativ oder zusätzlich umfasst ein zweiter Drehmomentleitpfad der zumindest zwei Drehmomentleitpfade eine zweite Kupplung. Mittels der zweiten Kupplung ist der zweite Drehmomentleitpfad wahlweise schaltbar. Die zumindest zwei Drehmomentleitpfade können also bei Bedarf, insbesondere unabhängig voneinander, jeweils schnell und einfach geschaltet werden, indem die zugeordnete Kupplung betätigt wird.
Auch kann ein dritter Drehmomentleitpfad vorgesehen sein, der der zweiten Kupplung zugeordnet ist. Auch der dritte Drehmomentleitpfad kann mittels der zweiten Kupplung wahlweise schaltbar sein. Der erste Leistungspfad umfasst somit zumindest drei mechanische Drehmomentleitpfade, von denen der zweite Drehmomentleitpfad sowie der dritte Drehmomentleitpfad derselben Kupplung zugeordnet sind, nämlich der zweiten Kupplung. Die zweite Kupplung kann also sowohl innerhalb des zweiten Drehmomentleitpfads als auch innerhalb des dritten Drehmomentleitpfads angeordnet sein. Dadurch ergibt sich ein einfacher und kompakter Aufbau des Leistu ngsverzweig u ngsgetriebes.
Gemäß einer Ausführungsform ist dem zweiten Drehmomentleitpfad und dem dritten Drehmomentleitpfad eine Schalteinheit zugeordnet. Mit der Schalteinheit ist wahlweise der zweite oder der dritte Drehmomentleitpfad schaltbar, sodass über den zweiten oder dritten Drehmomentleitpfad ein Drehmomentfluss möglich ist. Die Voraussetzung hierfür ist selbstverständlich, dass die zweite Kupplung geschlossen ist, sodass überhaupt ein Drehmomentfluss bis zur Schalteinheit vorliegt. Die Schalteinheit ist also von der zweiten Kupplung separat ausgebildet, insbesondere der zweiten Kupplung in Drehmomentflussrichtung nachgeschaltet.
Durch die insgesamt drei schaltbaren mechanischen Drehmomentleitpfade lässt sich eine hohe Getriebespreizung des Leistungsverzweigungsgetriebes realisieren.
Bevorzugt handelt es sich bei der Schalteinheit um eine Synchronisierungseinheit. Insbesondere kann eine doppelt oder zweiseitig wirkende Synchronisierungseinheit verwendet werden. Ein Schalten zwischen dem zweiten Drehmomentleitpfad und dem dritten Drehmomentleitendpfad ist somit besonders schnell und einfach. Darüber hinaus wird mittels einer Synchronisierungseinheit sichergestellt, dass ausschließlich bei angeglichenen Drehzahlen geschaltet wird.
Vorzugsweise sind die erste Kupplung und die zweite Kupplung zusammen als eine Doppelkupplungseinheit ausgeführt. Das bedeutet zunächst, dass die erste Kupplung und die zweite Kupplung eine Baueinheit bilden, wodurch der Bauraumbedarf entsprechend reduziert ist, da die Doppelkupplungseinheit im Vergleich zu zwei separaten Kupplungseinheiten kompakt im Aufbau. Darüber hinaus ist auf diese Weise sichergestellt, dass die erste Kupplung und die zweite Kupplung nur alternativ geschaltet werden können. Die zweite Kupplung ist also stets geschlossen, wenn die erste Kupplung geöffnet ist und umgekehrt. Es können somit niemals sowohl die erste Kupplung als auch die zweite Kupplung gleichzeitig geschlossen bzw. geöffnet sein. Dadurch erhöht sich die Funktionssicherheit des Leistungsverzweigungsgetriebes.
Die Doppelkupplungseinheit funktioniert bevorzugt nach dem Prinzip einer Reibkupplung.
Zumindest einer der Drehmomentleitpfade, also der erste Drehmomentleitpfad und/oder der zweite Drehmomentleitpfad und/oder der dritte Drehmomentleitpfad, kann eine Übersetzungsstufe umfassen. Dabei ist insbesondere einer der Drehmomentleitpfade ein Rückwärtsfahrbereich. Eine Übersetzungsstufe umfasst dabei zumindest zwei miteinander in Eingriff stehende Zahnräder. Derjenige Drehmomentleitpfad, der als Rückwärtsfahrbereich ausgeführt ist, weist gegenüber den anderen beiden Drehmomentleitpfaden eine Übersetzung mit einem umgekehrten Vorzeichen auf. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Übersetzungsstufe des als Rückwärtsfahrbereich ausgebildeten Drehmomentleitpfads gegenüber den anderen beiden Drehmomentleitpfaden ein zusätzliches Zahnrad umfasst. Aufgrund des zusätzlichen Zahnrads wird die zugehörige Abtriebsdrehrichtung umgekehrt. Über die von den einzelnen Drehmomentleitpfaden umfassten Übersetzungsstufen kann die Getriebespreizung in einer großen Bandbreite nahezu beliebig eingestellt werden.
Gemäß einer Variante entspricht eine Übersetzungsverhältnisdifferenz zwischen der Übersetzung des ersten Drehmomentleitpfads und der Übersetzung des zweiten Drehmomentleitpfads einer Übersetzungsspanne zweier benachbarter Fahrbereiche des Leistungsverzweigungsgetriebes. Vorzugsweise sind dabei der erste Drehmomentleitpfad und der zweite Drehmomentleitpfad als Vorwärtsgänge ausgeführt. Eine Übersetzungsspanne zweier Fahrbereiche des Leistungsverzweigungsgetriebes errechnet sich dabei als Übersetzungsdifferenz zwischen einer an einem Anfang des jeweils unteren Fahrbereichs vorliegenden Übersetzung und einer an einem Ende des jeweils oberen Fahrbereichs vorliegenden Übersetzung. Somit kann zugkraftunterbrechungsfrei vom ersten Drehmomentleitpfad in den zweiten Drehmomentleitpfad geschaltet werden, wenn das obere Ende des jeweils oberen Fahrbereichs erreicht ist. Im Zuge dieser Schaltung wird zusätzlich vom Ende des oberen Fahrbereichs zum Anfang des unteren Fahrbereichs geschaltet. Dabei handelt es sich beim oberen Fahrbereich zum Beispiel um einen vierten Fahrbereich, und beim unteren Fahrbereich zum Beispiel um einen dritten Fahrbereich. Es können somit der dritte und vierte Fahrbereich sozusagen einmal in Kombination mit dem ersten Drehmomentleitpfad durchfahren werden und einmal in Kombination mit dem zweiten Drehmomentleitpfad, wobei in letzterer Kombination die beiden Fahrbereiche als fünfter und sechster Fahrbereich zu bezeichnen wären. Es ergibt sich eine besonders hohe Getriebespreizu ng.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Planetenradgetriebe vier Planetenradsätze und/oder fünf Schaltelemente auf. Solche Planetenradgetriebe sind kompakt im Aufbau und haben sich bei der Verwendung in Leistungsverzweigungsgetrieben bewährt.
Dabei kann die Eingangswelle drehfest mit einem Hohlrad eines primären Planetenradsatzes verbunden sein. Ferner kann ein Planetenträger eines sekundären Planetenradsatzes drehfest mit der Eingangswelle verbunden sein. Auch ist es möglich, dass ein Planetenträger des primären Planetenradsatzes mit einem Hohlrad des sekundären Planetenradsatzes drehfest gekoppelt ist. Ebenso kann der Planetenträger des primären Planetenradsatzes mit einem Planetenträger eines tertiären Planetenradsatzes drehfest gekoppelt sein. Zudem kann ein Sonnenrad des sekundären Planetenradsatzes drehfest mit einem Sonnenrad des tertiären Planetenradsatzes gekoppelt sein. Ein solches Planetenradgetriebe hat einen vergleichsweise geringen Platzbedarf und eine gute Drehmomentübertragungsfähigkeit.
Darüber hinaus ist es möglich, dass ein Hohlrad des tertiären Planetenradsatzes mittels eines ersten Schaltelements wahlweise mit einem Sonnenrad des quartären Planetenradsatzes koppelbar ist. Ebenfalls kann ein Sonnenrad des tertiären Planetenradsatzes über ein zweites Schaltelement wahlweise mit dem Sonnenrad des quartären Planetenradsatzes koppelbar sein. Darüber hinaus kann der Planetenträger des tertiären Planetenradsatzes mittels eines dritten Schaltelements wahlweise mit einem Planetenträger des quartären Planetenradsatzes koppelbar sein. Auch kann der Planetenträger des quartären Planetenradsatzes mittels eines viertes Schaltelements wahlweise mit dem Sonnenrad des quartären Planetenradsatzes koppelbar sein. Weiter kann ein Hohlrad des quartären Planetenradsatzes wahlweise mittels eines fünften Schaltelements mit einem Getriebegehäuse koppelbar sein. In diesem Zusammenhang sind bevorzugt das erste, das zweite, das dritte und das vierte Schaltelement als Kupplungen ausgeführt. Das fünfte Schaltelement ist eine Bremse. Damit kann mittels des Planetenradgetriebes, d.h. im mechanischen Leistungspfad des Leistungsverzweigungsgetriebes, eine hohe Anzahl an Fahrbereichen bereitgestellt werden. Es muss somit lediglich ein vergleichsweise geringer Leistungsanteil über den zweiten Leistungspfad laufen. Nachdem ein mechanischer Leistungspfad über einen besonders hohen Wirkungsgrad verfügt, kann somit eine hohe Getriebespreizung mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad des Lastenverzweigungsgetriebes kombiniert werden. Darüber hinaus ist ein solches Lastenverzweigungsgetriebe kompakt aufgebaut.
Vorteilhafterweise sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement radial geschachtelt angeordnet. Insbesondere liegt dabei das zweite Schaltelement radial innerhalb des ersten Schaltelements. Alternativ oder zusätzlich sind auch das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement radial geschachtelt angeordnet. Bevorzugt liegt dabei das vierte Schaltelement radial innerhalb des dritten Schaltelements. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders klein bauendes Planetenradgetriebe.
In einer Gestaltungsalternative liegen das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement axial zwischen dem tertiären Planetenradsatz und dem quartären Planetenradsatz. Auch diese Anordnung führt zu einem kompakten Aufbau des Planetenradgetriebes und damit des Leistungsverzweigungsgetriebes.
Bevorzugt zweigen die mechanischen Drehmomentleitpfade vom Planetenradträger des quartären Planetenradsatz ab. Anders gesagt sind die mechanischen Drehmomentleitpfade mit dem Planetenradträger des quartären Planetenradsatzes gekoppelt. Bevorzugt ist dabei der quartäre Planetenradsatz der ausgangsseitige Planetenradsatz des Planetenradgetriebes.
In einer Alternative ist eine erste Verstelleinheit des zweiten Leistungspfads mit der Eingangswelle drehgekoppelt. Dabei sind sie insbesondere über eine Übersetzungsstufe drehgekoppelt. Zusätzlich ist eine zweite Verstelleinheit des zweiten Leistungspfads, die über den zweiten Leistungspfad mit der ersten Verstelleinheit gekoppelt ist, mit einem Sonnenrad des primären Planetenradsatzes drehgekoppelt. Insbesondere sind sie über eine Übersetzungsstufe drehgekoppelt. Das Leistungsverzweigungsgetriebe ist also als eingangsgekoppeltes Leistungsverzweigungsgetriebe ausgeführt. Insbesondere ist dabei der zweite Leistungspfad ein hydraulischer Leistungspfad. Dann weist die erste Verstelleinheit einen ersten Hydrostaten auf und die zweite Verstelleinheit einen zweiten Hydrostaten. Solche Leistungsverzweigungsgetriebe haben sich im Anwendungsfeld der Arbeitsmaschinen bewährt und sind robust sowie langlebig.
Zudem wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art gelöst, der ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe umfasst. Ein derartiger Antriebsstrang ist somit kompakt im Aufbau und weist eine hohe Getriebespreizung auf. Somit können mittels des Antriebsstrangs hohe Fahrgeschwindigkeiten bei geringer Motordrehzahl realisiert werden. Auch kann mittels des Antriebsstrangs eine hohe Zugkraft bereitgestellt werden.
Grundsätzlich handelt es sich bei dem Leistungsverzweigungsgetriebe demnach um ein hydrostatisch leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit sechs Fahrbereichen.
Die Gesamtspreizung des Leistungsverzweigungsgetriebes kann erhöht werden, insbesondere vervierfacht werden. Die Erhöhung der Gesamtspreizung führt jedoch nicht zu einer Erhöhung der Drehmomente. Vielmehr können die Drehmomente sogar verringert werden, da die Übersetzung des Leistungsverzweigungsgetriebes entsprechend angepasst ist.
Durch eine geschickte Wahl der Übersetzungen kann die maximale Fahrgeschwindigkeit, beispielsweise 60 km/h bei 1400 Umdrehungen pro Minute, in die Mitte des wirkungsgradoptimierten dritten Fahrbereichs gelegt werden, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad entsprechend erhöht.
Insbesondere liegen keine gegeneinander drehenden Kupplungen vor, wodurch diese entsprechend einfacher und somit kostengünstiger aufgebaut werden können. Hierdurch kann zudem der Wirkungsgrad erhöht bzw. die Verlustleistung reduziert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Es zeigen:

- 1 einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe, und
- 2 ein zum Leistungsverzweigungsgetriebe aus 1 gehörendes Schaltschema.

1 zeigt einen Antriebsstrang 10 für eine mobile Arbeitsmaschine. Diese ist im dargestellten Beispiel ein Traktor.
Der Antriebsstrang 10 ist dabei ein Allradantriebsstrang. Er weist daher einen Frontachsabtrieb 12 zum Antreiben der Vorderräder des Traktors und einen Hinterachsabtrieb 14 zum Antreiben der Hinterräder des Traktors auf.
Ferner ist ein Zapfwellenabtrieb 16 vorgesehen, über den an der Zapfwelle des Traktors angekoppelte Gerätschaften bzw. Anbaugeräte angetrieben werden können, beispielsweise eine Schaufel, eine Wasserpumpe oder ein Mähbalken.
Der Frontachsabtrieb 12, der Hinterachsabtrieb 14 und der Zapfwellenabtrieb 16 werden in der gezeigten Ausführungsform von einem Antriebsmotor 18 über ein Leistungsverzweigungsgetriebe 20 mit Leistung versorgt. Bei dem Antriebsmotor 18 handelt es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor.
Dabei ist eine Eingangswelle 22 des Leistungsverzweigungsgetriebes 20 antriebsmäßig mit dem Antriebsmotor 18 gekoppelt.
Ferner ist der Zapfwellenabtrieb 16 mit der Eingangswelle 22 antriebsmäßig verbunden. Der Zapfwellenabtrieb 16 steht somit in direkter Antriebsverbindung mit dem Antriebsmotor 18.
Eine Ausgangswelle 24 des Leistungsverzweigungsgetriebes 20 ist dementsprechend antriebsmäßig mit dem Frontachsabtrieb 12 und dem Hinterachsabtrieb 14 gekoppelt.
Das Leistungsverzweigungsgetriebe 20 umfasst einen ersten Leistungspfad 20a, der vorliegend ein mechanischer Leistungspfad ist. Der erste Leistungspfad 20a umfasst ein Planetenradgetriebe 26 mit vier Planetenradsätzen und fünf Schaltelementen.
Dabei ist die Eingangswelle 22 drehfest mit einem Hohlrad P11 eines primären Planetenradsatzes P1 verbunden. Ferner ist ein Planetenträger P22 eines sekundären Planetenradsatzes P2 drehfest mit der Eingangswelle 22 verbunden.
Zudem ist ein Planetenträger P12 des primären Planetenradsatzes P1 mit einem Hohlrad P21 des sekundären Planetenradsatzes P2 drehfest gekoppelt. Der Planetenträger P12 des primären Planetenradsatzes P1 ist zusätzlich mit einem Planetenträger P32 eines tertiären Planetenradsatzes P3 drehfest gekoppelt.
Außerdem ist ein Sonnenrad P23 des sekundären Planetenradsatzes P2 drehfest mit einem Sonnenrad P33 des tertiären Planetenradsatzes P3 gekoppelt.
Die Verschaltung der einzelnen Elemente des Planetenradgetriebes 26 ist dabei wie nachfolgend beschrieben.
Ein Hohlrad P13 des tertiären Planetenradsatzes P3 ist mittels eines ersten Schaltelements S1 wahlweise mit einem Sonnenrad P43 des quartären Planetenradsatzes P4 koppelbar. Das Schaltelement S1 ist vorliegend eine Kupplung.
Ein Sonnenrad P33 des tertiären Planetenradsatzes P3 ist außerdem über ein zweites Schaltelement S2 wahlweise mit dem Sonnenrad P43 des quartären Planetenradsatzes P4 koppelbar. Auch das zweite Schaltelement S2 ist dabei eine Kupplung.
Das zweite Schaltelement S2 liegt radial innerhalb des ersten Schaltelements S1. Das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 sind also radial geschachtelt.
Der Planetenträger P32 des tertiären Planetenradsatzes P3 ist darüber hinaus mittels eines dritten Schaltelements S3 wahlweise mit einem Planetenträger P42 des quartären Planetenradsatzes P4 koppelbar. Beim dritten Schaltelement S3 handelt es sich ebenfalls um eine Kupplung.
Außerdem ist der Planetenträger P42 des quartären Planetenradsatzes P4 mittels eines viertes Schaltelements S4 wahlweise mit dem Sonnenrad P 43 des quartären Planetenradsatzes koppelbar. Mittels des vierten Schaltelements S4 kann der quartäre Planetenradsatz also verblockt werden. Das vierte Schaltelement S4 ist ebenso eine Kupplung.
Entsprechend dem ersten Schaltelement S1 und dem zweiten Schaltelement S2 liegt das vierte Schaltelement S4 radial innerhalb des dritten Schaltelements S3. Es sind also auch das dritte Schaltelement S3 und das vierte Schaltelement S4 radial geschachtelt.
Das erste Schaltelement S1, das zweite Schaltelement S2, das dritte Schaltelement S3 und das vierte Schaltelement S4 sind zudem axial zwischen dem tertiären Planetenradsatz P3 und dem quartären Planetenradsatz P4 angeordnet.
Ferner ist ein Hohlrad P41 des quartären Planetenradsatzes P4 wahlweise mittels eines fünften Schaltelements S5 mit einem Getriebegehäuse 28 koppelbar. Das fünfte Schaltelement S5 ist somit eine Bremse.
Im dargestellten Leistungsverzweigungsgetriebe 20 zweigen zudem vom Planetenradträger P42 des quartären Planetenradsatzes P4 drei mechanische Drehmomentleitpfade 30a, 30b, 30c ab, wobei der erste Drehmomentleitpfad 30a, der zweite Drehmomentleitpfad 30b und der dritte Drehmomentleitpfad 30c jeweils über einen gestrichelten Pfeil in 1 symbolisiert sind.
Der erste Drehmomentleitpfad 30a umfasst eine Übersetzungsstufe 32a und eine erste Kupplung 34a. Mittels der ersten Kupplung 34a ist der erste Drehmomentleitpfad 30a wahlweise schaltbar, um ein entsprechendes Drehmoment übertragen zu können, wenn die Kupplung 34a geschlossen ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist der erste Drehmomentleitpfad 30a einem Vorwärtsfahrbereich des Leistungsverzweigungsgetriebes 26 zugeordnet.
Der zweite Drehmomentleitpfad 30b umfasst auch eine Übersetzungsstufe 32b.
Ferner liegt im zweiten Drehmomentleitpfad 30b eine zweite Kupplung 34b und eine Schalteinheit 36 vor, die der zweiten Kupplung 34b in Drehmomentübertragungsrichtung gesehen nachgeschaltet ist. Die Schalteinheit 36 ist vorliegend als beidseitig wirkende Synchronisierungseinheit ausgeführt. Der zweite Drehmomentleitpfad 30b ist somit über die zweite Kupplung 34b und die Schalteinheit 36 wahlweise schaltbar.
Auch der zweite Drehmomentleitpfad 30b ist einem Vorwärtsfahrbereich des Leistungsverzweigungsgetriebes 26 zugeordnet.
Der dritte Drehmomentleitpfad 30c umfasst ebenso eine Übersetzungsstufe 32c.
Außerdem liegen die zweite Kupplung 34b und die Schalteinheit 36 im dritten Drehmomentleitpfad 30c. Der dritte Drehmomentleitpfad 30c ist somit auch über die zweite Kupplung 34b und die Schalteinheit 36 wahlweise schaltbar.
In der dargestellten Ausführungsform ist der dritte Drehmomentleitpfad 30c einem Rückwärtsfahrbereich des Leistungsverzweigungsgetriebes 20 zugeordnet. Er weist hierfür gegenüber dem ersten Drehmomentleitpfad 30a und dem zweiten Drehmomentleitpfad 30b ein zusätzliches Zahnrad 38 auf, wodurch sich die Drehrichtung entsprechend verändert.
Obwohl die erste Kupplung 34a und die zweite Kupplung 34b in der 1 separat dargestellt sind, bilden sie zusammen eine Doppelkupplungseinheit 34c aus, sodass die erste Kupplung 34a und die zweite Kupplung 34b lediglich alternativ schaltbar sind. Hierdurch ist sichergestellt, dass beide Kupplungen 34a, 34b nicht gleichzeitig geschlossen oder geöffnet sind. Zudem ergibt sich ein entsprechend kompakter Aufbau.
Alle drei Drehmomentleitpfade 30a, 30b, 30c sind antriebsmäßig also zwischen dem Planetenradgetriebe 26 und der Ausgangswelle 24 angeordnet. Das Planetenradgetriebe 26 kann wahlweise über einen der Drehmomentleitpfade 30a, 30b, 30c mit der Ausgangswelle 24 gekoppelt werden.
Das Leistungsverzweigungsgetriebe 20 hat darüber hinaus einen zweiten Leistungspfad 20b, der in der dargestellten Ausführungsform als hydraulischer Leistungspfad ausgeführt ist.
Dieser umfasst eine erste Verstelleinheit 40, die über eine Übersetzungsstufe 42 mit der Eingangswelle 22 gekoppelt ist.
Ferner ist eine zweite Verstelleinheit 44 vorgesehen, die über den zweiten Leistungspfad 20b mit der ersten Verstelleinheit 40 gekoppelt ist. Zudem ist die zweite Verstelleinheit 44 mit dem Sonnenrad P13 des primären Planetenradsatzes P1 drehgekoppelt. Zwischen der Verstelleinheit 44 und dem Sonnenrad P13 ist eine Übersetzungsstufe 46 vorgesehen.
Das Leistungsverzweigungsgetriebe 20 kann in sechs verschiedenen Vorwärtsfahrbereichen, die mit V1, V2, V3, V4, V5 und V6 bezeichnet sind, und vier verschiedenen Rückwärtsfahrbereichen betrieben werden, die mit R1, R2, R3 und R4 bezeichnet sind (siehe 2).
Ausgehend vom Stillstand einer mit dem Leistungsverzweigungsgetriebe 20 ausgestatteten Arbeitsmaschine wird zunächst der erste Vorwärtsfahrbereich V1 eingelegt, indem das erste Schaltelement S1, das fünfte Schaltelement S5 und die erste Kupplung 34a geschlossen werden.
Die Stellung der Schalteinheit 36 ist dabei grundsätzlich unerheblich, da sie aufgrund des offenen Zustands der zweiten Kupplung 34b nicht im Leistungsfluss liegt.
Allerdings kann die Schalteinheit 36 so eingestellt sein, dass der dritte Drehmomentleitpfad 30c vorgewählt ist. In diesem Zustand kann ausgehend vom ersten Vorwärtsfahrbereich V1 leicht in den ersten Rückwärtsfahrbereich R1 umgeschaltet werden, nämlich indem die erste Kupplung 34a geöffnet und die zweite Kupplung 34b geschlossen wird. Man spricht bei einem derartigen Umschalten von einem Vorwärtsfahrbereich in einen Rückwärtsfahrbereich auch vom Reversieren.
Im ersten Vorwärtsfahrbereich V1 wird die über den zweiten Leistungspfad 20b bereitgestellte Übersetzung ausgehend von einem sogenannten Anfang des ersten Vorwärtsfahrbereichs V1 bis zu einem sogenannten Ende des ersten Vorwärtsfahrbereichs V1 kontinuierlich variiert.
Beim Erreichen einer Grenzgeschwindigkeit wird zugkraftunterbrechungsfrei vom ersten Vorwärtsfahrbereich V1 in den zweiten Vorwärtsfahrbereich V2 geschaltet. Hierzu wird das erste Schaltelement S1 geöffnet und das zweite Schaltelement S2 geschlossen. Die übrigen Schaltelemente und Kupplungen werden nicht geschaltet, d.h. sie bleiben im gleichen Zustand wie im ersten Vorwärtsfahrbereich V1.
Wieder wird die über den zweiten Leistungspfad 20b bereitgestellte Übersetzung ausgehend von einem sogenannten Anfang des zweiten Vorwärtsfahrbereichs V2 bis zu einem sogenannten Ende des zweiten Vorwärtsfahrbereich V2 kontinuierlich variiert.
Nachdem auch vom zweiten Vorwärtsfahrbereich V2 im Zuge eines Reversiervorgangs direkt in den zugeordneten zweiten Rückwärtsfahrbereich R2 geschaltet werden kann, indem die erste Kupplung 34a geöffnet und die zweite Kupplung 34b geschlossen wird, ist bevorzugt wieder mittels der Schalteinheit 36 der dritte Drehmomentleitpfad 30c vorgewählt.
Beim Erreichen einer weiteren Grenzgeschwindigkeit wird zugkraftunterbrechungsfrei vom zweiten Vorwärtsfahrbereich V2 in den dritten Vorwärtsfahrbereich V3 geschaltet. Hierzu wird das fünfte Schaltelement S5 geöffnet und das dritte Schaltelement S3 geschlossen.
Nachdem ausgehend vom dritten Vorwärtsfahrbereich V3 kein direktes Schalten in einen Rückwärtsfahrbereich möglich ist, kann nun mittels der Schalteinheit 36 der zweite Drehmomentleitpfad 30b vorgewählt sein.
Das ist wieder grundsätzlich unerheblich, da die Schalteinheit 36 aufgrund der Offenstellung der zweiten Kupplung 34b nicht im Leistungsfluss liegt.
Das Verstellen der Übersetzung im zweiten Leistungspfad 20b erfolgt im dritten Vorwärtsfahrbereich V3 analog zu den Vorwärtsfahrbereichen V1 und V2.
Wird die nächste Schaltschwelle in Form einer Grenzgeschwindigkeit erreicht, wird vom dritten Vorwärtsfahrbereich V3 in den vierten Vorwärtsfahrbereich V4 geschaltet. Hierzu wird das dritte Schaltelement S3 geöffnet und das vierte Schaltelement S4 geschlossen.
Der zweite Drehmomentleitpfad 30b kann mittels der Schalteinheit 36 vorgewählt bleiben, sodass ein Schalten des fünften Vorwärtsfahrbereichs V5 in dieser Hinsicht bereits vorbereitet ist.
Die Verstellung der Übersetzung im zweiten Leistungspfad 20b erfolgt wieder wie oben beschrieben.
Wird die Grenzgeschwindigkeit am Ende des vierten Vorwärtsfahrbereichs V4 erreicht, wird in den fünften Vorwärtsfahrbereich V5 geschaltet. Hierzu wird die erste Kupplung 34a (nunmehr erstmalig) geöffnet und die zweite Kupplung 34b geschlossen. Es wird also die Doppelkupplungseinheit 34c umgeschaltet. Dabei muss nun die Schalteinheit 36 auf den zweiten Drehmomentleitpfad 30b eingestellt sein.
Zusätzlich wird das dritte Schaltelement S3 geschlossen und das vierte Schaltelement S4 geöffnet.
Um auch bei der Schaltung zwischen dem vierten Vorwärtsfahrbereich V4 und dem fünften Vorwärtsfahrbereich V5 keinerlei Zugkraftunterbrechung zu haben, ist eine Übersetzungsverhältnisdifferenz zwischen der Übersetzung des ersten Drehmomentleitpfads 30a und der Übersetzung des zweiten Drehmomentleitpfads 30b so gewählt, dass sie einer Übersetzungsspanne des dritten Vorwärtsfahrbereichs V3 und des vierten Vorwärtsfahrbereichs V4 entspricht.
Dabei ergibt sich die Übersetzungsspanne als Differenz der Übersetzungen am Anfang des dritten Vorwärtsfahrbereichs V3 und am Ende des vierten Vorwärtsfahrbereichs V4.
Es wird somit im fünften Vorwärtsfahrbereich V5 aus Sicht des Planetenradgetriebes 26 und der Verstelleinheiten 40, 44 der dritte Vorwärtsfahrbereich V3 nochmals durchfahren, diese Mal allerdings in Kombination mit dem zweiten Drehmomentleitpfad 30b anstelle mit dem ersten Drehmomentleitpfad 30a.
Um vom fünften Vorwärtsfahrbereich V5 in den sechsten Vorwärtsfahrbereich V6 zu schalten, wird das dritte Schaltelement S3 geöffnet und das vierte Schaltelement S4 geschlossen. Dies Schaltung entspricht der Schaltung vom dritten Vorwärtsfahrberiech V3 in den vierten Vorwärtsfahrbereich V4, allerdings ist nun der zweite Drehmomentleitpfad im Leistungsfluss.
Die Schaltung der Rückwärtsfahrbereiche R1 bis R4 ergibt sich analog zur Schaltung der Vorwärtsfahrbereiche V1 bis V4, wobei anstelle der ersten Kupplung 34a die zweite Kupplung 34b geschlossen ist und die Schalteinheit 36 auf den dritten Drehmomentleitpfad 30c eingestellt ist.
Es ist also generell möglich die Schaltung nur durch einen Kupplungswechsel zu steuern, wie oben beschrieben wurde.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
12: Frontachsabtrieb
14: Hinterachsabtrieb
16: Zapfwellenabtrieb
18: Antriebsmotor
20: Leistungsverzweigungsgetriebe
20a: erster Leistungspfad
20b: zweiter Leistungspfad
22: Eingangswelle
24: Ausgangswelle
24: Planetenradgetriebe
28: Getriebegehäuse
30a: erster Drehmomentleitpfad
30b: zweiter Drehmomentleitpfad
30c: dritter Drehmomentleitpfad
32a: Übersetzungsstufe
32b: Übersetzungsstufe
32c: Übersetzungsstufe
34a: erste Kupplung
34b: zweite Kupplung
34c: Doppelkupplungseinheit
36: Schalteinheit
38: Zahnrad
40: erste Verstelleinheit
42: Übersetzungsstufe
44: zweite Verstelleinheit
46: Übersetzungsstufe
P1: primärer Planetenradsatz
P11: Hohlrad des primären Planetenradsatzes
P12: Planetenträger des primären Planetenradsatzes
P13: Sonnenrad des primären Planetenradsatzes
P2: sekundärer Planetenradsatz
P21: Hohlrad des sekundären Planetenradsatzes
P22: Planetenträger des sekundären Planetenradsatzes
P23: Sonnenrad des sekundären Planetenradsatzes
P3: tertiärer Planetenradsatz
P31: Hohlrad des tertiären Planetenradsatzes
P32: Planetenträger des tertiären Planetenradsatzes
P33: Sonnenrad des tertiären Planetenradsatzes
P4: quartärer Planetenradsatz
P41: Hohlrad des quartären Planetenradsatzes
P42: Planetenträger des quartären Planetenradsatzes
P43: Sonnenrad des quartären Planetenradsatzes
V1: erster Vorwärtsfahrbereich
V2: zweiter Vorwärtsfahrbereich
V3: dritter Vorwärtsfahrbereich
V4: vierter Vorwärtsfahrbereich
V5: fünfter Vorwärtsfahrbereich
V6: sechster Vorwärtsfahrbereich
R1: erster Rückwärtsfahrbereich
R2: zweiter Rückwärtsfahrbereich
R3: dritter Rückwärtsfahrbereich
R4: vierter Rückwärtsfahrbereich

Claims

Leistungsverzweigungsgetriebe (20) mit einem ersten Leistungspfad (20a) und einem zweiten Leistungspfad (20b), wobei der erste Leistungspfad (20a) ein mechanischer Leistungspfad ist und das Leistungsverzweigungsgetriebe (20) eine Eingangswelle (22), eine Ausgangswelle (24) und ein Planetenradgetriebe (26) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass antriebsmäßig zwischen dem Planetenradgetriebe (26) und der Ausgangswelle (24) zumindest zwei mechanische Drehmomentleitpfade (30a, 30b, 30c) vorgesehen sind, wobei das Planetenradgetriebe (26) wahlweise über einen der zumindest zwei Drehmomentleitpfade (30a, 30b, 30c) mit der Ausgangswelle (24) koppelbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Drehmomentleitpfad (30a) der zumindest zwei Drehmomentleitpfade (30a, 30b, 30c) eine erste Kupplung (34a) umfasst, mittels der der erste Drehmomentleitpfad (30a) wahlweise schaltbar ist, und/oder dass ein zweiter Drehmomentleitpfad (30b) der zumindest zwei Drehmomentleitpfade (30a, 30b, 30c) eine zweite Kupplung (34b) umfasst, mittels der der zweite Drehmomentleitpfad (30b) wahlweise schaltbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Drehmomentleitpfad (30c) vorgesehen ist, der der zweiten Kupplung (34b) zugeordnet ist und mittels der zweiten Kupplung (34b) wahlweise schaltbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Drehmomentleitpfad (30b) und dem dritten Drehmomentleitpfad (30c) eine Schalteinheit (36) zugeordnet ist, mittels der wahlweise der zweite Drehmomentleitpfad (30b) oder der dritte Drehmomentleitpfad (30c) schaltbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (34a) und die zweite Kupplung (34b) zusammen als eine Doppelkupplungseinheit (34c) ausgeführt sind.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehmomentleitpfad (30a) und/oder der zweite Drehmomentleitpfad (30b) und/oder der dritte Drehmomentleitpfad (30c) eine Übersetzungsstufe (32a, 32b, 32c) umfassen bzw. umfasst, insbesondere wobei einer der Drehmomentleitpfade (30a, 30b, 30c) ein Rückwärtsfahrbereich ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzungsverhältnisdifferenz zwischen der Übersetzung des ersten Drehmomentleitpfads (30a) und der Übersetzung des zweiten Drehmomentleitpfads (30b) einer Übersetzungsspanne zweier benachbarter Fahrbereiche des Leistungsverzweigungsgetriebes (20) entspricht.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradgetriebe (26) vier Planetenradsätze (P1, P2, P3, P4) und/oder fünf Schaltelemente (S1, S2, S3, S4, S5) umfasst.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (22) drehfest mit einem Hohlrad (P11) eines primären Planetenradsatzes (P1) verbunden ist, und/oder ein Planetenträger (P22) eines sekundären Planetenradsatzes (P2) drehfest mit der Eingangswelle (22) verbunden ist, und/oder ein Planetenträger (P12) des primären Planetenradsatzes (P1) mit einem Hohlrad (P21) des sekundären Planetenradsatzes (P2) drehfest gekoppelt ist, und/oder der Planetenträger (P12) des primären Planetenradsatzes (P1) mit einem Planetenträger (P32) eines tertiären Planetenradsatzes (P3) drehfest gekoppelt ist, und/oder ein Sonnenrad (P23) des sekundären Planetenradsatzes (P2) drehfest mit einem Sonnenrad (P33) des tertiären Planetenradsatzes (P3) gekoppelt ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (P31) des tertiären Planetenradsatzes (P3) mittels eines ersten Schaltelements (S1) wahlweise mit einem Sonnenrad (P43) des quartären Planetenradsatzes (P4) koppelbar ist, und/oder ein Sonnenrad (P33) des tertiären Planetenradsatzes (P3) über ein zweites Schaltelement (S2) wahlweise mit dem Sonnenrad (P43) des quartären Planetenradsatzes (P4) koppelbar ist, und/oder der Planetenträger (P32) des tertiären Planetenradsatzes (P3) mittels eines dritten Schaltelements (S3) wahlweise mit einem Planetenträger (P42) des quartären Planetenradsatzes (P4) koppelbar ist, und/oder der Planetenträger (P42) des quartären Planetenradsatzes (P4) mittels eines viertes Schaltelements (S4) wahlweise mit dem Sonnenrad (P43) des quartären Planetenradsatzes (P4) koppelbar ist, und/oder ein Hohlrad (P41) des quartären Planetenradsatzes (P4) wahlweise mittels eines fünften Schaltelements (S5) mit einem Getriebegehäuse (28) koppelbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (S1) und das zweite Schaltelement (S2) radial geschachtelt angeordnet sind, insbesondere wobei das zweite Schaltelement (S2) radial innerhalb des ersten Schaltelements (S1) liegt und/oder dass das dritte Schaltelement (S3) und das vierte Schaltelement (S4) radial geschachtelt angeordnet sind, insbesondere wobei das vierte Schaltelement (S4) radial innerhalb des dritten Schaltelements (S3) liegt.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (S1), das zweite Schaltelement (S2), das dritte Schaltelement (S3) und das vierte Schaltelement (S4) axial zwischen dem tertiären Planetenradsatz (P3) und dem quartären Planetenradsatz (P4) liegen.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Drehmomentleitpfade (30a, 30b, 30c) von einem Planetenradträger (P42) des quartären Planetenradsatz (P4) abzweigen.
Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Verstelleinheit (40) des zweiten Leistungspfads (20b) mit der Eingangswelle (22) drehgekoppelt ist, insbesondere über eine Übersetzungsstufe (42) drehgekoppelt ist, und eine zweite Verstelleinheit (44) des zweiten Leistungspfads (20b), die über den zweiten Leistungspfad (20b) mit der ersten Verstelleinheit (40) gekoppelt ist, mit einem Sonnenrad (P13) des primären Planetenradsatzes (P1) drehgekoppelt ist, insbesondere über eine Übersetzungsstufe (46) drehgekoppelt ist.
Antriebsstrang (10) für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.