DE102019217750A1

DE102019217750A1 - Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit hoher Getriebespreizung

Info

Publication number: DE102019217750A1
Application number: DE102019217750.6A
Authority: DE
Inventors: Raphael Himmelsbach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) mit einem Antrieb (5) und einem Abtrieb (6) sowie einer Planetenbaugruppe (2) und einer Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3''), die im Leistungsfluss zwischen dem Antrieb (5) und dem Abtrieb (6) angeordnet sind. Die Planetenbaugruppe (2) umfasst ein drehfestes Bauteil (26), einen ersten (8), einen zweiten (9), einen dritten (10) und einen vierten Planetenradsatz (11), einen Variator (27) sowie ein erstes (K1), ein zweites (K2), ein drittes (K3), ein viertes (K4) und ein fünftes Schaltelement (BG). Die Planetenradsätze (8, 9, 10, 11) weisen jeweils ein Sonnenrad (14, 15, 16, 17), einen Planetenträger (18, 19, 20, 21) und ein Hohlrad (22, 23, 24, 25) auf. Der Planetenträger (21) des vierten Planetenradsatzes (11) ist über die Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3'') mit dem Abtrieb (6) mechanisch wirkverbindbar, wobei die Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3'') ein Übersetzungsverhältnis in Rückwärts- und zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse in Vorwärtsrichtung bereitstellt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit hoher Getriebespreizung. Das Getriebe kann zur Verwendung in einer Arbeitsmaschine ausgebildet sein. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Arbeitsmaschine mit solch einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe.
Stand der Technik
Leistungsverzweigte stufenlose Getriebe, beispielsweise hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe, kommen im Bereich von Arbeitsmaschinen häufig zum Einsatz. Solche hydromechanischen Getriebe ermöglichen das stufenlose Einstellen der Getriebeübersetzung bei relativ hohen Wirkungsgraden, weisen jedoch eine verhältnismäßig geringe Getriebespreizung auf. Unter der Spreizung eines Getriebes wird das Verhältnis zwischen größter und kleinster Übersetzung verstanden. Zur Vergrößerung der Getriebespreizung ist es bekannt, in einem stufenlosen Getriebe mehrere Fahrbereiche vorzusehen, die unterschiedliche Übersetzungsbereiche aufweisen. Im Lichte von steigenden Anforderungen an die Transportgeschwindigkeit von Arbeitsmaschinen, die aus Effizienzgründen bei immer kleineren Motordrehzahlen realisiert werden sollen, ist eine besonders hohe Getriebespreizung erforderlich.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe. Bei einem stufenlosen Getriebe ist die Übersetzung stufenlos einstellbar. Bei der Leistungsverzweigung kann es sich beispielsweise um eine hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigung handeln. Alternativ oder zusätzlich ist aber auch eine elektrischmechanische Leistungsverzweigung möglich. Das Getriebe umfasst einen Antrieb, an dem die zu übersetzende Größe in das Getriebe eingespeist wird. Ebenso umfasst das Getriebe einen Abtrieb, an dem die durch das Getriebe übersezte Größe ausgegeben wird. Das Getriebe weist eine Planetenbaugruppe und eine funktional von der Planetenbaugruppe getrennte Fahrbereichsbaugruppe auf, die im Leistungsfluss durch das Getriebe zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb angeordnet sind.
Die Planetenbaugruppe des Getriebes weist einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Planetenradsatz auf. Das Getriebe kann nur einen ersten, zweiten, dritten und vierten und damit keinen weiteren Planetenradsatz aufweisen. Bei den Planentenradsätzen handelt es sich jeweils um einen Minus-Planetenradsatz, bei dem die Standübersetzung, welche das Drehzahlverhältnis von Sonnenrad und Hohlrad bei festgehaltenem Steg beschreibt, negativ ist. Die Planetenradsätze weisen jeweils ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad auf. Der Planetenträger kann mehrere, beispielweise drei, Planetenräder tragen, die jeweils sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad kämmen. Ferner umfasst das Getriebe einen Variator mit einem ersten und einem zweiten Energiewandler, die miteinander gekoppelt sein können und in Wirkverbindung stehen können. Der Variator ist eingerichtet, um eine Übersetzung des Getriebes stufenlos zu variieren. Darüber hinaus weist das Getriebe ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement auf. Bei einem Schaltelement kann es sich um eine Kupplung oder um eine Bremse handeln. Die Schaltelemente können als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Klauen oder Synchronisierungen, ausgebildet sein. Denkbar sind auch reibschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Lamellenschaltelemente oder Bandbremsen.
Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Zwischen den Elementen können dabei weitere Elemente, beispielsweise eine oder mehrere Getriebestufen, vorgesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird hingegen eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen des Getriebes starr miteinander gekoppelt sind. Die Elemente können dabei als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen.
Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen des Getriebes vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander verbunden, jedoch über das Schaltelement drehfest miteinander verbindbar. Eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigung des zwischenliegenden Schaltelements herbeigeführt. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements, dass dieses in einen geschlossenen Zustand überführt wird, sodass die an das Schaltelement unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angeglichen werden. Ist das betroffene Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen. Im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements können, auch nach einem Betätigen desselbigen, Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente bezeichnet.
Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Antrieb über den Variator mechanisch wirkverbunden. Ferner ist der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und mit dem Planetenträger des dritten Planetenradsatzes permanent drehfest verbunden. Der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes ist ferner mit dem Planetenträger des vierten Planetenradsatzes über das dritte Schaltelement drehfest verbindbar. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes und dem Antrieb permanent drehfest verbunden. Ferner ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes permanent drehfest verbunden und mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes über das zweite Schaltelement drehfest verbindbar. Das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ist mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes über das erste Schaltelement drehfest verbindbar. Der Planetenträger des vierten Planetenradsatzes ist mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes über das vierte Schaltelement drehfest verbindbar. Ferner ist das Hohlrad des vierten Planetenradsatzes über das fünfte Schaltelement an dem drehfesten Bauteil festsetzbar.
Der Planetenträger des vierten Planetenradsatzes ist über die Fahrbereichsbaugruppe mechanisch mit dem Abtrieb wirkverbindbar, wobei die Fahrbereichsbaugruppe ein Übersetzungsverhältnis in Rückwärtsrichtung und zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse in Vorwärtsrichtung bereitstellt. Folglich kann der Planetenträger des vierten Planetenradsatzes über die Fahrbereichsbaugruppe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen, nämlich zwei Übersetzungsverhältnissen in Vorwärts- und einem Übersetzungsverhältnis in Rückwärtsrichtung, mit dem Abtrieb des Getriebes verbunden werden. Denkbar ist, dass die Fahrbereichsbaugruppe mehr als zwei Übersetzungsverhältnisse in Vorwärtsrichtung bereitstellt. Ebenso können mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse in Rückwärtsrichtung bereitgestellt werden. Die Fahrbereichsbaugruppe kann mehrere Getriebestufen, beispielsweise Stirnradstufen, Planetenstufen oder eine Kombination beider, zum Bereitstellen der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse aufweisen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit hoher Getriebespreizung bereitgestellt. So kann durch das Vorsehen der Fahrbereichsbaugruppe mit mehreren Übersetzungsverhältnissen in Vorwärtsrichtung die Anzahl von Fahrbereichen beispielsweise verdoppelt werden, um so eine große Getriebespreizung bereitzustellen. Die Belastungen der Komponenten werden dabei nicht erhöht. Denkbar ist, dass nur ein Teil oder alle der zusätzlichen Fahrbereiche genutzt wird. Ferner kann beispielsweise für Transportfahrten bei relativ hohen Geschwindigkeiten der mechanische Anteil des Getriebes gezielt zur Effizienzsteigerung eingesetzt werden, indem beispielsweise der letzte Fahrbereich nur bis zum mechanischen Punkt verwendet wird. Im Ergebnis wird daher ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit hoher Einsatzvariabilität und guter Effizienz bereitgestellt.
Im Rahmen einer Ausführungsform weist die Fahrbereichsbaugruppe eine erste einstufige Stirnradstufe zum Bereitstellen eines ersten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung und eine zweite einstufige Stirnradstufe zum Bereitstellen eines zweiten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung auf. Das erste Übersetzungsverhältnis ist verschieden von dem zweiten Übersetzungsverhältnis. Ferner kann die Fahrbereichsbaugruppe eine zweistufige Stirnradstufe, beispielsweise mit einer Vorgelegewelle, zum Bereitstellen des Übersetzungsverhältnisses in Rückwärtsrichtung aufweisen. Im Rahmen dieser Ausführungsform kann der Abtrieb achsparallel zum Antrieb ausgebildet sein. Die Ausführungsform erlaubt das Bereitstellen von mehreren Übersetzungsverhältnissen in Vorwärtsrichtung mit geringer Komplexität.
Die Fahrbereichsbaugruppe kann ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement sowie eine separate Schalteinrichtung zum Schalten der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse der Fahrbereichsbaugruppe aufweisen. Hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen der Schaltelemente wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Zum Schalten des ersten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung und des Übersetzungsverhältnisses in Rückwärtsrichtung wird im Rahmen dieser Ausführungsform das erste Schaltelement betätigt. Ferner kann dann mittels der Schalteinrichtung ausgewählt werden, ob das erste Übersetzungsverhältnis in Vorwärtsrichtung oder das Übersetzungsverhältnis in Rückwärtsrichtung zwischen dem Planetenträger des vierten Planetenradsatzes und dem Abtrieb geschaltet werden soll. Zum Schalten des zweiten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung ist das zweite Schaltelement, beispielsweise nur das zweite Schaltelement, zu betätigen.
Dabei können die Schaltelemente und die Schalteinrichtung der Fahrbereichsbaugruppe koaxial zum Antrieb vorgesehen sein. So kann die Schalteinrichtung beispielsweise als doppelte Synchronisierung ausgebildet sein. Alternativ kann die Schalteinrichtung auch auf den entsprechenden Gegenrädern vorgesehen sein. Im letzteren Fall werden weniger Hohlwellen benötigt, jedoch sind zwei einzelne Synchronisierungen erforderlich. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind die Schaltelemente und die Schalteinrichtung der Fahrbereichsbaugruppe koaxial zum Abtrieb vorgesehen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement der Fahrbereichsbaugruppe koaxial zum Antrieb vorgesehen. Die Schalteinrichtung ist hingegen koaxial zum Abtrieb ausgebildet. Zum Schalten des ersten und zweiten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung ist in dieser Ausführungsform das zweite Schaltelement zu betätigen. Ferner kann dann mittels der Schalteinrichtung ausgewählt werden, ob das erste Übersetzungsverhältnis in Vorwärtsrichtung oder das zweite Übersetzungsverhältnis in Vorwärtsrichtung zwischen dem Planetenträger des vierten Planetenradsatzes und dem Abtrieb geschaltet werden soll. Zum Schalten des Übersetzungsverhältnisses in Rückwärtsrichtung sind das erste Schaltelement sowie die Schalteinrichtung zu betätigen. Diese Ausführungsform führt zu einer synchronisierten Schaltung mit konstruktiv einfachem Aufbau.
Wie zuvor ausgeführt, kann die Schalteinrichtung der Fahrbereichsbaugruppe als Synchronisierung ausgebildet sein. Unter einer Synchronisierung wird eine formschlüssige Kupplung zwischen zwei Wellen verstanden, bei welcher die Wellen vor Herstellen der formschlüssigen Verbindung in Gleichlauf gebracht, also synchronisiert, werden. Die Synchronisierung kann als Doppelsynchronisierung ausgebildet sein. Ebenso sind zwei einzelne Synchronisierungen denkbar. Alternativ kann die Schalteinrichtung auch als Klauenkupplung ausgebildet sein, die beispielsweise ein Schalten im Stillstand ermöglicht. Ferner ist es möglich, dass die Schalteinrichtung als reibschlüssige Schalteinrichtung ausgebildet ist, beispielsweise kann sie eine oder mehrere Lamellenkupplungen aufweisen.
Der Variator kann einen ersten und einen zweiten Energiewandler aufweisen, die miteinander gekoppelt sein und in Wirkverbindung stehen können. Die Energiewandler des Variators können als elektrische Maschinen ausgebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass die elektrischen Maschinen über einen Zwischenkreis elektrische Leistung für einen Verbraucher zur Verfügung stellen und elektrische Leistung demnach aus dem Getriebe abführbar ist. In einer Ausführungsform können die elektrischen Maschinen jeweils als Motor und Generator betrieben werden. Ebenso ist es denkbar, dass eine der Maschinen nur als Motor und die andere nur als Generator betreibbar ist. Alternativ oder zusätzlich können die Energiewandler als Hydrostaten ausgebildet sein.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso bezieht sich die Erfindung ferner auf eine Arbeitsmaschine mit solch einem Antriebsstrang. Die Arbeitsmaschine kann eine Landmaschine oder eine Baumaschine sein. Beispielsweise ist die Arbeitsmaschine ein Ackerschlepper.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Getriebe 1 umfasst eine Planetenbaugruppe 2 und eine Fahrbereichsbaugruppe 3, die im Leistungsfluss zwischen dem Getriebeantrieb 5 und dem Getriebeabtrieb 6 vorgesehen sind. Der Getriebeantrieb 5 kann mit einem Verbrennungsmotor 7 mechanisch wirkverbunden sein. Denkbar ist auch, dass der Getriebeantrieb 5 mit einem Elektromotor oder einem Hybridmotor mechanisch wirkverbunden ist. Das Getriebe der vorliegenden Ausführungsform ist geeignet, um in einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einem Traktor, verwendet zu werden.
Die Planetenbaugruppe 2 des Getriebes 1 umfasst einen ersten Planetenradsatz 8, einen zweiten Planetenradsatz 9, einen dritten Planetenradsatz 10 und einen vierten Planetenradsatz 11. Die Planetenradsätze 8, 9, 10 und 11 sind in der vorliegenden Ausführungsform in der aufgezählten Reihenfolge hintereinander und koaxial zu einer Zentralwelle 12 angeordnet. Die Zentralwelle 12 bildet an ihrem ersten Ende den Getriebeantrieb 5 und an ihrem anderen Ende eine Zapfwelle 13 aus. Die Planetenradsätze 8, 9, 10 und 11 sind jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Jeder der Radsätze 8, 9, 10, 11 weist ein Sonnenrad 14, 15, 16 bzw. 17, einen Planetenträger 18, 19, 20 bzw. 21 und ein Hohlrad 22, 23, 24 bzw. 25 auf. Die Planetenträger 18, 19, 20 bzw. 21 der Planetenradsätze 8, 9, 10 bzw. 11 tragen jeweils mehrere Planetenräder, wobei in 1 jeweils nur ein Planetenrad gezeigt ist. Die Planetenräder der Planetenträger 18, 19, 20 bzw. 21 kämmen jeweils mit dem Sonnenrad 14, 15, 16 bzw. 17 und dem Hohlrad 22, 23, 24 bzw. 25 des jeweiligen Planetenradsatzes 8, 9, 10 bzw. 11.
Darüber hinaus umfasst das Getriebe 1 ein drehfestes Bauteil 26, das vorliegend als Gehäuse ausgebildet ist. Die Planetenbaugruppe 2 des Getriebes 1 weist darüber hinaus ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement K1, K2, K3, K4 und BG auf, wobei die ersten vier Schaltelemente als Kupplungen und das fünfte Schaltelement als Bremse ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst die Planetenbaugruppe 2 des Getriebes 1 einen Variator 27 mit einem ersten und einem zweiten Energiewandler, die als elektrische Maschinen oder Hydrostaten ausgebildet sein können.
Das Sonnenrad 14 des ersten Planetenradsatzes 8 ist mit der Zentralwelle 12 und damit dem Antrieb 5 des Getriebes 1 über den Variator 27 mechanisch wirkverbunden. Genauer gesagt ist eine einstufige Getriebestufe 28 vorgesehen, über welche der Eingang des Variators 27 an das Sonnenrad 14 angebunden ist. Der Ausgang des Variators 27 ist ferner über eine zweistufige Getriebestufe 29, 30 mit einer dazwischen vorgesehenen Welle 4 an die Zentralwelle 12 angebunden. Die Anbindung der zweistufigen Getriebestufe 29, 30 an die Zentralwelle 12 erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform bezogen auf den Getriebeeingang 5 hinter den Planetenradsätzen 8, 9, 10, 11 und hinter der Fahrbereichsbaugruppe 3.
Der Planetenträger 18 des ersten Planetenradsatzes 8 ist mit dem Hohlrad 23 des zweiten Planetenradsatzes 9 und dem Planetenträger 20 des dritten Planetenradsatzes 10 permanent drehfest über eine erste Hohlwelle 31 verbunden. Die Hohlwelle 31 ist mit dem Planetenträger 21 des vierten Planetenradsatzes 11 über das dritte Schaltelement, also die Kupplung K3, drehfest verbindbar. Das Hohlrad 22 des ersten Planetenradsatzes 8 ist mit dem Planetenträger 19 des zweiten Planetenradsatzes 9 und der Zentralwelle 12 permanent drehfest über eine zweite Hohlwelle 32 verbunden. Ferner ist das Sonnenrad 15 des zweiten Planetenradsatzes 9 mit dem Sonnenrad 16 des dritten Planetenradsatzes 10 permanent drehfest über eine dritte Hohlwelle 33 verbunden. Die dritte Hohlwelle 33 ist mit dem Sonnenrad 17 des vierten Planetenradsatzes 11 über das zweite Schaltelement, also die Kupplung K2, drehfest verbindbar. Darüber hinaus ist das Hohlrad 24 des dritten Planetenradsatzes 10 über das erste Schaltelement, also die Kupplung K1, mit dem Sonnenrad 17 des vierten Planetenradsatzes 11 drehfest verbindbar. Der Planetenträger 21 des vierten Planetenradsatzes 11 ist mit dem Sonnenrad 17 des vierten Planetenradsatzes 11 über das vierte Schaltelement, also die Kupplung K4, drehfest verbindbar. Darüber hinaus ist das Hohlrad 25 des vierten Planetenradsatzes 11 an dem Gehäuse 26 über das fünfte Schaltelement, also die Bremse BG, drehfest festsetzbar.
Die Fahrbereichsbaugruppe 3 umfasst ein erstes und ein zweites Schaltelement W1 und W2, die jeweils als Kupplung ausgebildet sind. Denkbar sind hier sowohl formschlüssige Kupplungen, zum Beispiel Klauenkupplungen, als auch reibschlüssige Kupplungen, zum Beispiel Lamellenkupplungen. Die Fahrbereichsbaugruppe 3 stellt in der vorliegenden Ausführungsform zwei verschiedene Übersetzungsverhältnisse in Vorwärtsrichtung und ein Übersetzungsverhältnis in Rückwärtsrichtung bereit. Die Übersetzungsverhältnisse in Vorwärtsrichtung werden jeweils durch eine einstufige Stirnradstufe 32, 33 bereitgestellt, die örtlich in Richtung der Zentralwelle 12 vor und hinter den Schaltelementen W1, W2 angeordnet sind. Das Übersetzungsverhältnis in Rückwärtsrichtung wird über eine zweistufige Stirnradstufe 34, 35 mit dazugehöriger Vorgelegewelle 36 bereitgestellt.
Die Schaltelemente W1, W2 sind über eine Hohlwelle 37 permanent drehfest mit dem Planetenträger 21 des vierten Planetenradsatzes 11 verbunden. Durch Betätigen des ersten Schaltelements W1 kann eine weitere Hohlwelle 39 drehfest mit der Hohlwelle 37 verbunden werden, wobei auf der Hohlwelle 39 eine Schalteinrichtung S1 vorgesehen ist. Dabei sind sowohl die Schaltelemente W1, W2 als auch die Hohlwellen 37, 39 koaxial zur Zentralwelle 12 vorgesehen. Mittels der Schalteinrichtung S1 kann zwischen dem ersten einstufigen Übersetzungsverhältnis 32 in Vorwärtsrichtung und dem zweistufigen Übersetzungsverhältnis 34, 35, 36 in Rückwärtsrichtung umgeschaltet werden. Das erste Übersetzungsverhältnis in Vorwärtsrichtung wird durch ein Losrad 40 ausgebildet, das über die Schalteinrichtung S1 mit der weiteren Hohlwelle 39 drehfest verbindbar ist, wobei das Losrad 40 mit einem auf der Abtriebswelle 6 drehfest vorgesehenen Gegenrad 41 kämmt. Das Übersetzungsverhältnis in Rückwärtsrichtung wird durch ein Losrad 42 ausgebildet, das über die Schalteinrichtung S1 ebenfalls mit der weiteren Hohlwelle 39 drehfest verbindbar ist. Das Losrad 42 kämmt mit einem auf der Vorgelegewelle 36 drehfest vorgesehenen Gegenrad 43. Auf der Vorgelegewelle 36 ist ein weiteres Festrad 44 vorgesehen, das mit einem auf der Abtriebswelle 6 drehfest vorgesehenen Gegenrad 45 kämmt. Die Schalteinrichtung S1 ist vorliegend als formschlüssige Schalteinrichtung, nämlich als Doppelsynchronisierung ausgebildet.
Durch Betätigen des zweiten Schaltelements W2 kann noch eine weitere Hohlwelle 38, die ebenfalls koaxial zur Antriebswelle 12 vorgesehen ist, drehfest mit der Hohlwelle 37 verbunden werden, um die einstufige Stirnradstufe 33 der Fahrbereichsbaugruppe 3 zu schalten. Die einstufige Stirnradstufe 33 wird durch ein Festrad 46 ausgebildet, welches auf der Hohlwelle 38 vorgesehen ist, das mit dem Gegenrad 45 der Rückwärtsübersetzung kämmt, welches auf der Abtriebswelle 6 vorgesehen ist. Im Ergebnis kann so durch Betätigen des ersten Schaltelements W1 und der Schalteinrichtung S1 ein erstes Übersetzungsverhältnis in Vorwärtsrichtung und ein Übersetzungsverhältnis in Rückwärtsrichtung in der Fahrbereichsbaugruppe 3 geschaltet werden. Durch Betätigen des zweiten Schaltelements W2 kann ein zweites Übersetzungsverhältnis in Vorwärtsrichtung geschaltet werden, das verschieden von dem ersten Übersetzungsverhältnis in Vorwärtsrichtung ist.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Getriebes 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede ist das Getriebe 1 der zweiten Ausführungsform wie das Getriebe 1 der ersten Ausführungsform ausgebildet. Gleiche Bauteile sind demnach mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Getriebe der ersten und zweiten Ausführungsform unterscheiden sich lediglich in der Ausgestaltung der Fahrbereichsbaugruppe 3, 3'. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist in der zweiten Ausführungsform die Schalteinrichtung S1' koaxial zur Abtriebswelle 6 vorgesehen. So ist die erste Stufe 34' der Übersetzung in Rückwärtsrichtung durch ein auf der Hohlwelle 39' vorgesehenes Festrad 42', das mit einem Gegenrad 43' auf der Vorgelegewelle 36' kämmt, ausgebildet. Ferner ist auf der Vorgelegewelle 36' ein Festrad 44' vorgesehen, das mit einem auf der Abtriebswelle 6 vorgesehen Losrad 41' kämmt, um die zweite Stufe 35' der Übersetzung in Rückwärtsrichtung auszubilden. Auf der Hohlwelle 38', die mit der Hohlwelle 37' durch Betätigen des zweiten Schaltelements W2 drehfest verbindbar ist, werden im Unterschied zur ersten Ausführungsform die erste und zweite Übersetzung für die Vorwärtsrichtung bereitgestellt. So ist auf dieser Welle 38' ein erstes Festrad 40' vorgesehen, das mit dem Losrad 41' der Rückwärtsübersetzung kämmt, um eine erste Übersetzung 32' in Vorwärtsrichtung bereitzustellen. Ferner ist auf der Welle 38' ein weiteres Festrad 46' vorgesehen, das mit einem auf der Abtriebswelle 6 vorgesehenen Losrad 45' kämmt.
Während in der ersten Ausführungsform die Schalteinrichtung S1 der Fahrbereichsbaugruppe 3 permanent drehfest mit der Hohlwelle 39 verbunden ist, ist die Schalteinrichtung S1' der Fahrbereichsbaugruppe 3' des Getriebes 1 der zweiten Ausführungsform permanent drehfest mit dem Abtrieb 6 des Getriebes 1 verbunden. Mittels der Schalteinrichtung S1' kann entweder das Losrad 41' oder das Losrad 45' drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbunden werden. Zum Schalten des Übersetzungsverhältnisses in Rückwärtsrichtung in der Fahrbereichsbaugruppe 3' ist demnach die Betätigung des Schaltelements W1 und der Schalteinrichtung S1' erforderlich. Zum Schalten der Übersetzungsverhältnisse in Vorwärtsrichtung ist die Betätigung des zweiten Schaltelements W2 und ferner die Betätigung der Schalteinrichtung S1' zur Auswahl von einer der zwei Übersetzungsverhältnisse in Vorwärtsrichtung erforderlich.
Die in 3 gezeigte dritte Ausführungsform des Getriebes 1 der vorliegenden Erfindung ist mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede wie die in 1 gezeigte Ausführungsform ausgebildet. Gleiche Bauteile sind demnach mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Getriebe der ersten und dritten Ausführungsform unterscheiden sich lediglich in der Ausgestaltung der Fahrbereichsbaugruppe 3, 3". Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind in der dritten Ausführungsform die Schalteinrichtung S1'', die Schaltelemente W1, W2 und die Hohlwellen 38'' und 39'' nicht koaxial zur Zentralwelle 12, sondern koaxial zur Abtriebswelle 6 vorgesehen. So ist die erste Stufe 34'' der Übersetzung in Rückwärtsrichtung durch ein auf der Hohlwelle 37'' vorgesehenes Festrad 46'', das mit einem Gegenrad 43'' auf der Vorgelegewelle 36'' kämmt, ausgebildet. Ferner ist auf der Vorgelegewelle 36' ein Festrad 44'' vorgesehen, das mit einem auf der Hohlwelle 39" vorgesehenen Losrad 42'' kämmt, um die zweite Stufe 35'' der Übersetzung in Rückwärtsrichtung auszubilden. Ferner wird die erste Übersetzung in Vorwärtsrichtung durch ein auf der Hohlwelle 37'' vorgesehenes Festrad 40'' ausgebildet, das mit einem auf der Hohlwelle 39'' vorgesehenen Losrad 41'' kämmt. Das Festrad 46" kämmt ferner mit einem Gegenrad 45'', das auf der Hohlwelle 38'' drehfest vorgesehen ist, um die zweite Übersetzung in Vorwärtsrichtung bereitzustellen.
Die Schaltelemente W1, W2 in der dritten Ausführungsform sind permanent drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbunden. Durch Betätigen des ersten Schaltelements W1 kann die Abtriebswelle 6 drehfest mit der Hohlwelle 39'' verbunden werden, auf welcher eine Schalteinrichtung S1'' vorgesehen ist. Mittels der Schalteinrichtung S1'' kann entweder das Losrad 41'' oder das Losrad 42'' drehfest mit der Hohlwelle 39'' verbunden werden. Durch Betätigen des zweiten Schaltelements W2 kann die Hohlwelle 38'' drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbunden werden. Zum Schalten des Übersetzungsverhältnisses in Rückwärtsrichtung in der Fahrbereichsbaugruppe 3'' ist demnach die Betätigung der Schalteinrichtung S1'' und des ersten Schaltelements W1 erforderlich. Zum Schalten des ersten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung ist die Betätigung der Schalteinrichtung S1'' und des ersten Schaltelements W1 erforderlich. Ferner ist zum Schalten des zweiten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung die Betätigung des zweiten Schaltelements W2 erforderlich.
Durch Betätigung der Schaltelemente K1, K2, K3, K4 und BG der Planetenbaugruppe 2 können insgesamt vier Fahrbereiche bereitgestellt werden. Ferner kann die Getriebespreizung der Getriebe 1 der zuvor beschriebenen Ausführungsformen mittels der Fahrbereichsbaugruppe 3, 3' bzw. 3'', welche die Schalteinrichtung S1, S1' bzw. S1'' aufweist, durch das Bereitstellen weiterer Fahrbereiche erhöht werden.
Bezugszeichenliste

1: Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe
2: Planetenbaugruppe
3, 3', 3": Fahrbereichsbaugruppe
4: Welle
5: Antrieb
6: Abtrieb
7: Verbrennungsmotor
8, 9, 10, 11: Planetenradsatz
12: Zentralwelle
13: Zapfwelle
14, 15, 16, 17: Sonnenrad
18, 19, 20, 21: Planetenträger
22, 23, 24, 25: Hohlrad
26: Gehäuse
27: Variator
28, 29, 30: Getriebestufe
31,32,33: Hohlwelle
34, 35, 34', 35', 34'', 35'': zweistufige Stirnradstufe Rückwärtsrichtung
36, 36', 36'': Vorgelegewelle
32, 32', 32'': erste Stirnradstufe Vorwärtsrichtung
33, 33', 33'': zweite Stirnradstufe Vorwärtsrichtung
37, 37', 37'': Hohlwelle
38, 38', 38'', 39, 39', 39'': Hohlwelle
40, 42, 41', 45', 41'', 42'': Losrad
41, 43, 45, 43', 43'', 45'': Gegenrad
44, 46, 40', 42', 44', 46', 40'', 44'', 46'': Festrad
K1, K2, K3, K4, W1, W2: Kupplung
BG: Bremse
S1, S1', S1'': Schalteinrichtung

Claims

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) mit einem Antrieb (5) und einem Abtrieb (6) sowie einer Planetenbaugruppe (2) und einer Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3''), die im Leistungsfluss zwischen dem Antrieb (5) und dem Abtrieb (6) angeordnet sind, wobei die Planetenbaugruppe (2) ein drehfestes Bauteil (26), einen ersten (8), einen zweiten (9), einen dritten (10) und einen vierten Planetenradsatz (11), einen Variator (27) sowie ein erstes (K1), ein zweites (K2), ein drittes (K3), ein viertes (K4) und ein fünftes Schaltelement (BG) aufweist, wobei die Planetenradsätze (8, 9, 10, 11) jeweils ein Sonnenrad (14, 15, 16, 17), einen Planetenträger (18, 19, 20, 21) und ein Hohlrad (22, 23, 24, 25) aufweisen, wobei das Sonnenrad (14) des ersten Planetenradsatzes (8) mit dem Antrieb (5) über den Variator (27) mechanisch wirkverbunden ist, der Planetenträger (18) des ersten Planetenradsatzes (8) mit dem Hohlrad (23) des zweiten Planetenradsatzes (9) und mit dem Planetenträger (20) des dritten Planetenradsatzes (10) permanent drehfest verbunden und mit dem Planetenträger (21) des vierten Planetenradsatzes (11) über das dritte Schaltelement (K3) drehfest verbindbar ist, das Hohlrad (22) des ersten Planetenradsatzes (8) mit dem Planetenträger (19) des zweiten Planetenradsatzes (9) und dem Antrieb (5) permanent drehfest verbunden ist, das Sonnenrad (15) des zweiten Planetenradsatzes (9) mit dem Sonnenrad (16) des dritten Planetenradsatzes (10) permanent drehfest verbunden und mit dem Sonnenrad (17) des vierten Planetenradsatzes (11) über das zweite Schaltelement (K2) drehfest verbindbar ist, das Hohlrad (24) des dritten Planetenradsatzes (10) mit dem Sonnenrad (17) des vierten Planetenradsatzes (11) über das erste Schaltelement (K1) drehfest verbindbar ist, der Planetenträger (21) des vierten Planetenradsatzes (11) mit dem Sonnenrad (17) des vierten Planetenradsatzes (11) über das vierte Schaltelement (K4) drehfest verbindbar ist, das Hohlrad (25) des vierten Planetenradsatzes (11) über das fünfte Schaltelement (BG) an dem drehfesten Bauteil (26) festsetzbar ist, und der Planetenträger (21) des vierten Planetenradsatzes (11) über die Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3'') mechanisch mit dem Abtrieb (6) wirkverbindbar ist, wobei die Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3'') ein Übersetzungsverhältnis in Rückwärts- und zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse in Vorwärtsrichtung bereitstellt.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3'') eine erste einstufige Stirnradstufe (32; 32'; 32'') zum Bereitstellen eines ersten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung und eine zweite einstufige Stirnradstufe (33; 33'; 33'') zum Bereitstellen eines zweiten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung aufweist, das verschieden von dem ersten Übersetzungsverhältnis ist.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbereichsbaugruppe (3; 3") ein erstes Schaltelement (W1), ein zweites Schaltelement (W2) sowie eine separate Schalteinrichtung (S1; S1'') zum Schalten der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse der Fahrbereichsbaugruppe (3; 3") aufweist, wobei zum Schalten des ersten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung (32; 32'') und des Übersetzungsverhältnisses in Rückwärtsrichtung (34, 35; 34'', 35'') das erste Schaltelement (W1) und die Schalteinrichtung (S1; S1'') zu betätigen sind, und wobei zum Schalten des zweiten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung (33; 33'') das zweite Schaltelement (W2) zu betätigen ist.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (W1, W2) und die Schalteinrichtung (S1) koaxial zum Antrieb (5) vorgesehen sind.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (W1, W2) und die Schalteinrichtung (S1'') koaxial zum Abtrieb (6) vorgesehen sind.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbereichsbaugruppe (3') ein erstes Schaltelement (W1) und ein zweites Schaltelement (W2), die koaxial zum Antrieb (5) vorgesehen sind, sowie eine separate Schalteinrichtung (S1'), die koaxial zum Abtrieb (6) vorgesehen ist, zum Schalten der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse der Fahrbereichsbaugruppe (3') aufweist, wobei zum Schalten des ersten und zweiten Übersetzungsverhältnisses in Vorwärtsrichtung (32', 33') das zweite Schaltelement (W2) und die Schalteinrichtung (S1') zu betätigen sind, und wobei zum Schalten des Übersetzungsverhältnisses in Rückwärtsrichtung (34', 35') das erste Schaltelement (W1) und die Schalteinrichtung (S1') zu betätigen sind.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (S1; S1'; S1'') der Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3'') als Synchronisierung ausgebildet ist.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (S1; S1'; S1'') der Fahrbereichsbaugruppe (3; 3'; 3'') als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (27) einen ersten und einen zweiten Energiewandler aufweist, die als Hydrostaten oder elektrische Maschinen ausgebildet sind.
Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.