DE102020201778A1

DE102020201778A1 - Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE102020201778A1
Application number: DE102020201778.6A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bailly; Jürgen Pohlenz; Rudolf Teufner; Johannes Ziegler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2021-08-19
Anticipated expiration: 2040-02-14
Also published as: DE102020201778B4

Abstract

Das leistungsverzweigte stufenlose Getriebe ist als eingangsseitig gekoppeltes leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe ausgebildet, welches zwei getrennte Summierungsplanetensätze (7, 12) aufweist, die jeweils von einem gemeinsam genutzten Variator (5) und einer gemeinsamen Getriebeeingangswelle (1) angetrieben werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Dieses Getriebe kann zur Verwendung in einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einem Traktor oder einem Radlader ausgebildet sind. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Arbeitsmaschine mit solch einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe.
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. Ein derartiges Getriebe ist aus der DE 10 2013 220 167 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe zu schaffen, welches preisgünstig und flexibel herzustellen ist.
Die Aufgabe wird mit einem auf die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen leistungsverzweigten Getriebe gelöst.
Erfindungsgemäß weist das leistungsverzweigte stufenlose Getriebe ein erstes Summierungsgetriebe, welches über einen Variator mit dem Antrieb des Getriebes verbindbar ist und ein zweites Summierungsgetriebe, welches ebenfalls über diesen Variator mit dem Antrieb verbindbar ist, auf. Dadurch ist es möglich, ein modular aufgebautes synchron schaltendes Getriebe zu schaffen, welches flexibel an die wechselnden Anforderungen anpassbar ist.
Durch geeignete Wahl der Summierungsplanetensatzübersetzungen sowie der Übersetzungen, die zwischen der Getriebeeingangswelle und den Summierungsplanetensatzantrieben angeordnet sind, ist die gemeinsame Nutzung jeweils eines Zahnrades auf der Abtriebswelle durch zwei Fahrbereiche möglich. Diese beiden Fahrbereiche schließen aneinander an und können bei Synchronlauf der Kupplungen gewechselt werden.
Es ist möglich, jeweils ein reibschlüssiges Schaltelement unmittelbar hinter den Summierungsplanetensätzen auf der jeweiligen Abtriebswelle des Planetensatzes anzuordnen.
Die den Summierungsplanetensätzen nachgeschaltete Getriebestruktur kann reibschlüssige Schaltelemente aufweisen und kann auch formschlüssige Schaltelemente aufweisen.
Es ist möglich jeweils zwei Fahrbereichen des Getriebes je ein gemeinsames Zahnrad auf der Abtriebswelle des Getriebes zuzuordnen. Das Zahnrad der Abtriebswelle kann über eine reibschlüssige Kupplung an die Abtriebswelle gekuppelt werden. Der Wechsel der Fahrbereiche erfolgt bei synchronem Lauf der beteiligen, reibschlüssigen Schaltelemente bei Fahrbetrieb vorwärts durch umschalten der entsprechenden Kupplungen.
Der Wechsel der Fahrbereiche erfolgt ohne Zugkraftunterbrechung durch gleichzeitiges schließen der benötigten neuen Fahrbereichskupplungen zusätzlich zu den geschlossenen Kupplungen des alten Fahrbereiches bei Synchronlauf der beteiligten Kupplungselemente. Anschließend werden die nicht mehr benötigten Kupplungen des alten Fahrbereiches geöffnet.
Bei Umschaltung aus dem Vorwärtsfahrbetrieb des ersten Fahrbereiches in den Rückwärtsfahrbetrieb des Rückwärtsfahrbereiches ist nur ein Wechsel einer der Abtriebswelle zugeordneten Kupplung notwendig.
Zur Vermeidung von gegenläufigen Drehzahlen in der der Abtriebswelle zugeordneten Rückwärtsgangkupplung besteht die Möglichkeit ein Kupplungsmechanismus vorgesehen, der bei Vorwärtsfahrt schnelllaufende Kupplungsteile von den treibenden Getriebeteilen abkoppelt.
Bei einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe ist die Übersetzung stufenlos einstellbar. Bei der Leistungsverzweigung kann es sich beispielsweise um eine hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigung handeln. Alternativ oder zusätzlich ist eine elektrisch-mechanische Leistungsverzweigung denkbar. Das Getriebe umfasst einen Antrieb, an die die zu übersetzende Größe in das Getriebe eingespeist wird. Ebenso umfasst das Getriebe einen Abtrieb, an dem die durch das Getriebe übersetzte Größe ausgegeben wird. Der Antrieb kann mit einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor oder einem elektrischen Motor oder einem hydraulischen Motor verbunden werden. Der Antrieb kann mittelbar oder unmittelbar mit einer Antriebsachse zum Antrieb von Fahrzeugrädern verbunden sein.
Das Getriebe der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen Variator. Der Variator kann einen ersten und einen zweiten Energiewandler aufweisen, die miteinander gekoppelt sind und in Wirkverbindung stehen können. Bei einem Energiewandler kann es sich um eine Verstelleinheit, die über eine Steuerung eingestellt werden kann, und bei dem anderen Energiewandler um eine nicht einstellbare Konstanteinheit handeln. Der Variator ist eingerichtet, um eine Übersetzung des Getriebes beispielsweise innerhalb eines Fahrbereichs stufenlos zu variieren. Die Energiewandler des Variators können als hydraulische Maschinen, sogenannte Hydrostaten, oder als elektrische Maschinen ausgebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass die elektrischen Maschinen des Variators über einen Zwischenkreis elektrische Leistung für einen Verbraucher zur Verfügung stellen und elektrische Leistung demnach aus dem Getriebe, beispielsweise für weitere Verbraucher, 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. Die Energiewandler können koaxial zum Antrieb des Getriebes ausgebildet und angeordnet sein. Ebenso ist es denkbar, dass sie achsparallel zum Antrieb ausgebildet sind. Der Variator ist mit der Antriebswelle bzw. dem Antrieb wirkverbunden, sodass der Antrieb die erste Verstelleinheit des Variators antreibt. Die Wirkverbindung kann durch direkte Kopplung mit der Antriebswelle oder beispielsweise über ein Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Die zweite Verstelleinheit des Variators ist mit dem Sonnenrad des ersten Summierungsgetriebes und mit dem Sonnenrad des zweiten Summierungsgetriebes in Wirkverbindung. Diese Wirkverbindung kann über ein Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Vorzugsweise befindet sich auf der Welle, welche mit dem Sonnenrad des ersten Summierungsgetriebes in Wirkverbindung steht, ein Stirnrad, welches mit einem Stirnrad kämmt, welches mit dem Sonnenrad des zweiten Summierungsgetriebes in Wirkverbindung steht. Somit ist die Drehrichtung des Sonnenrades des ersten Summierungsgetriebes zur Drehrichtung des Sonnenrades des zweiten Summierungsgetriebes entgegengesetzt. Durch die Gegenläufigkeit der Sonnenräder besteht die Möglichkeit, in Verbindung mit einem Stufengetriebe, beispielsweise einem Doppelkupplungsgetriebe, ein mehrstufiges leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe zu schaffen, welches einen synchronen Bereichswechsel ermöglicht.
Der Abtrieb des ersten Summierungsgetriebes und der Abtrieb des zweiten Summierungsgetriebes wirkt mit einem Stufengetriebe zusammen, mittels welchem mehrere Fahrbereiche schaltbar sind, wobei die Stufengetriebe den Summierungsgetrieben nachgeschaltet angeordnet sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Variator in seiner Leistung kleiner auszuführen, welches den Gesamtwirkungsgrad erhöht. Durch die synchronen Bereichswechsel besteht die Möglichkeit, die nachgeschalteten Stufengetriebe beispielsweise als Doppelkupplungsgetriebe zu nutzen.
Die Stufengetriebe können formschlüssige oder kraftschlüssige Kupplungen aufweisen, um die Fahrbereiche zu schalten. Es ist vorteilhaft, formschlüssige und kraftschlüssige Kupplungen zu kombinieren, um die Schleppverluste der Reibschlüssigen Kupplungen zu reduzieren. Hierbei können die formschlüssigen Kupplungen in solchen Fahrbereichen eingesetzt werden, bei welchen besonders hohe Schleppverluste bei kraftschlüssigen Kupplungen entstehen würden. Die verbleibenden Kupplungen können dann als kraftschlüssige Kupplungen ausgebildet werden.
Außerhalb der Getriebeeinheit der vorliegenden Erfindung können weitere Wellen beispielsweise an den Antrieb, den Abtrieb oder eine Zapfwelle des Getriebes der vorliegenden Erfindung angebunden werden. Die Summierungsgetriebe sind als Planetenradsätze ausgebildet und weisen jeweils mindestens ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad auf, wobei auf den jeweiligen Planetenträgern jeweils mindestens ein, beispielsweise drei Planetenräder drehbar gelagert sind, welche mit dem jeweiligen Sonnenrad und dem jeweiligen Hohlrad kämmen. Die Planetenräder können je nach Anforderung auch als Doppelplanetenrad oder als Einfachplanetenrad ausgebildet sein.
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 Elementen 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 Kopplung 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 gleichen Drehzahl laufen. Im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements können auch nach einem Betätigen desselben 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 leistungsverzweigte stufenlose Getriebe der vorliegenden Erfindung ist ausgebildet, um vier verschiedene Fahrbereiche in Vorwärtsfahrtrichtung und zwei verschiedene Fahrbereiche in Rückwärtsfahrtrichtung bereitzustellen. Unter einem Fahrbereich des Getriebes kann ein Zustand verstanden werden, bei dem ein festes mechanisches Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb des Getriebes vorliegt, wobei die Übersetzung des Getriebes innerhalb des Fahrbereichs durch den Variator stufenlos variiert werden kann. Das Getriebe der vorliegenden Erfindung weist eine geringe Komplexität mit relativ wenigen Schaltelementen und Planetenradsätzen bei gleichzeitig hoher Getriebespreizung und einer hohen Flexibilität auf. Insbesondere besteht durch die Verwendung eines ersten Summierungsgetriebes und eines zweiten Summierungsgetriebes die Möglichkeit, Gleichteile zu verwenden. Die große Getriebespreizung erlaubt eine hohe Einsatzvariabilität bei geringen Belastungen. Ferner kann so ein kleiner Variator verwendet werden, was in geringen Kosten und einer Bauraumeinsparung, insbesondere aber einem besseren Wirkungsgrad resultiert. Die Wechsel zwischen den unterschiedlichen Fahrbereichen können synchron erfolgen.
Alle Schaltelemente des Getriebes der vorliegenden Erfindung können als reibschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Lamellenschaltelemente, ausgebildet sein. Denkbar ist dabei, dass die Vorwärtsfahrbereiche über reibschlüssige Schaltelemente und die Rückwärtsfahrbereiche über formschlüssige Schaltelemente schaltbar sind. Es ist möglich, dass das Schaltelement des ersten Fahrbereichs koaxial zum Schaltelement des dritten Fahrbereichs und des Schaltelementes des ersten Rückwärtsfahrbereichs angeordnet ist und das Schaltelement des zweiten Summierungsgetriebes koaxial zum Schaltelement des zweiten und des vierten Fahrbereichs und des Schaltelementes des zweiten Rückwärtsfahrbereiches angeordnet ist. Das formschlüssige Schaltelement kann beispielsweise als Klauen oder Synchronisierung ausgebildet sein. Unter einer Synchronisierung wird eine formschlüssige Kupplung zwischen zwei Wellen verstanden, bei welcher die Wellen vor Herstellung der formschlüssigen Verbindung in Gleichlauf gebracht, also synchronisiert werden.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe gemäß einer der 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 eine Arbeitsmaschine ein Ackerschlepper.
Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen. Es zeigen:

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

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Getriebe umfasst einen Antrieb 1 und einen Abtrieb 2, die achsparallel zueinander vorgesehen sind. Der Getriebeantrieb 1 kann mit einem Verbrennungsmotor 3 mechanisch wirkverbunden sein. Der Getriebeabtrieb 2 kann mit nicht dargestellten Rädern beispielsweise über ein Differenzial mechanisch wirkverbunden sein. Das Getriebe der vorliegenden Ausführungsform ist geeignet, um in einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Landmaschine, wie einem Traktor, verwendet zu werden. Das Getriebe umfasst ferner ein Stirnradgetriebe 4, welches mit dem Variator 5 wirkverbunden ist. Der Variator 5 ist beabstandet zum Antrieb 1 angeordnet. Der Variator 5 ist mit dem Sonnenrad 6 des Summierungsgetriebes 7 wirkverbunden. Der Planetenträger 8 ist über ein Stirnradgetriebe 9 mit dem Antrieb 1 wirkverbunden. Der Variator 5 ist über das Stirnradgetriebe 10 mit dem Sonnenrad 11 des Summierungsgetriebes 12 wirkverbunden. Das Rad 42 ist drehfest mit dem Sonnenrad 6 verbunden und kämmt mit dem Rad 43, wobei deas Rad 43 drehfest mit dem Sonnenrad 11 verbunden ist. Der Planetenträger 13 des Summierungsgetriebes 12 ist über das Stirnradgetriebe 9 mit dem Antrieb 1 wirkverbunden. Das Stirnradgetriebe 9 weist ein Stirnrad 23 auf, welches mit dem Planetenträger 8 wirkverbunden ist. Das Stirnrad 23 kämmt mit dem Stirnrad 24, welches mit dem Antrieb 1 wirkverbunden ist. Das Stirnrad 25 des Stirnradgetriebes 9 ist drehfest mit dem Antrieb 1 verbunden und kämmt mit dem Stirnrad 26 welches mit dem Planetenträger 13 drehfest verbunden ist. Die Planeten 14 kämmen mit dem Sonnenrad 6 und dem Hohlrad 15. Durch die Verwendung eines ersten Summierungsgetriebes 7 und eines zweiten Summierungsgetriebes 12 besteht die Möglichkeit, die Summierungsgetriebe 7 und 12 mit vielen Gleichteilen auszubilden. Das Hohlrad 15 ist mit der Kupplung 18 wirkverbunden, welche als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist. Das Hohlrad 17 ist mit der Kupplung 19 wirkverbunden, welche als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist. Die Kupplung 18 ist als Doppelkupplung ausgebildet, welches bedeutet, dass beim Schließen eines Teils der Kupplung 18 nur das Rad 20 mit dem Hohlrad 15 drehfest verbunden wird. Die Welle 21 wird hierbei nicht drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden. Wird der andere Teil der Kupplung 18 betätigt, so ist die Welle 21 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden und das Rad 20 ist nicht mit dem Hohlrad 15 verbunden.
Die Kupplung 19 ist als Doppelkupplung ausgebildet, welches bedeutet, dass beim Schließen eines Teils der Kupplung 19 nur das Rad 28 mit dem Hohlrad 17 drehfest verbunden wird. Die Welle 22 wird hierbei nicht drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden. Wird der andere Teil der Kupplung 19 betätigt, so ist die Welle 22 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden und das Rad 28 ist nicht mit dem Hohlrad 17 verbunden. Das Stirnradgetriebe 27 besteht aus dem Rad 20, dem Rad 26, dem Rad 28 und dem Rad 29. Das Rad 28 und das Rad 29 sind drehfest mit dem Abtrieb 2 verbunden. Das Rad 20 kämmt mit dem Rad 29 und das Rad 28 kämmt mit dem Rad 26. Drehfest mit dem Abtrieb ist auch das Rad 30, das Rad 31 und das Rad 32 verbunden. Das Rad 30 kämmt mit dem Rad 33, wobei das Rad 33 mittels der Kupplung 39 mit der Welle 21 verbindbar ist. Das Rad 31 kämmt mit dem Rad 35, wobei das Rad 35 mittels der Kupplung 40 mit der Welle 22 verbindbar ist. Die Kupplung 39 hat eine erste Schaltstellung, eine Mittelstellung und eine zweite Schaltstellung. In der Ersten Schaltstellung verbindet die Kupplung 39 das Rad 33 mit der Welle 21, in der zweiten Schaltstellung verbindet die Kupplung 39 das Rad 34 mit der Welle 21 und in der Mittelstellung ist weder das Rad 33 noch das Rad 34 mit der Welle 21 verbunden.
Die Kupplung 40 hat eine erste Schaltstellung, eine Mittelstellung und eine zweite Schaltstellung. In der Ersten Schaltstellung verbindet die Kupplung 40 das Rad 35 mit der Welle 22, in der zweiten Schaltstellung verbindet die Kupplung 40 das Rad 36 mit der Welle 22 und in der Mittelstellung ist weder das Rad 35 noch das Rad 36 mit der Welle 22 verbunden. Die Kupplungen 39 und 40 sind vorzugsweise als formschlüssige Kupplungen ausgebildet.
Das Rad 34 kämmt mit dem Rad 38 und das Rad 38 kämmt mit dem Rad 41. Das Rad 32kämmt mit dem Rad 37 und das Rad 37 kämmt mit dem Rad 36.
Um einen ersten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 18 so betätigt, dass das Rad 20 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 20 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 39 und die Kupplung 19 und die Kupplung 40 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 39 und 40 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 19 im Öffnungssinne betätigt. Auch der zweite Teil der Kupplung 18 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen zweiten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 19 so betätigt, dass das Rad 26 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 26 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Die Kupplung 39 und die Kupplung 18 und die Kupplung 40 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 39 und 40 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 18 im Öffnungssinne betätigt. Auch der zweite Teil der Kupplung 19 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen dritten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 18 und die Kupplung 39 so betätigt, dass das Rad 33 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 33 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 39 ist in der ersten Schaltstellung und die Kupplung 19 und die Kupplung 40 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 40 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 19 im Öffnungssinne betätigt. Auch der erste Teil der Kupplung 18 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen vierten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 19 und die Kupplung 40 so betätigt, dass das Rad 35 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 35 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Die Kupplung 39 und die Kupplung 18 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Die Kupplung 40 ist in der ersten Schaltstellung. Dabei ist die Kupplung 39 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 18 im Öffnungssinne betätigt. Auch der erste Teil der Kupplung 19 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen ersten Rückwärtsfahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 18 und die Kupplung 39 so betätigt, dass das Rad 34 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 34 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 39 ist in der zweiten Schaltstellung und die Kupplung 19 und die Kupplung 40 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 40 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 19 im Öffnungssinne betätigt. Auch der erste Teil der Kupplung 18 ist im Öffnungssinne betätigt. Durch das Rad 38 wird die Drehrichtung umgekehrt.
Um einen zweiten Rückwärtsfahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 19 und die Kupplung 40 so betätigt, dass das Rad 36 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 36 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Die Kupplung 40 ist in der zweiten Schaltstellung und die Kupplung 18 und die Kupplung 39 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 39 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 18 im Öffnungssinne betätigt.
Auch der erste Teil der Kupplung 19 ist im Öffnungssinne betätigt. Durch das Rad 37 wird die Drehrichtung umgekehrt.
Somit sind vier Fahrbereiche in Vorwärtsfahrtrichtung und zwei Fahrbereiche in Rückwärtsfahrtrichtung möglich. Die Fahrbereiche werden jeweils bei Drehzahlgleichheit an den beteiligten Fahrbereichskupp-lungen umgeschaltet. Die dargestellte Getriebestruktur verwendet hierfür 4 reibschlüssige Kupplungen, zwei in der Doppelkupplung 18 und zwei in der Doppelkupplung 19 und 2 formschlüssige Kupplungen 39 und 40. Die formschlüssigen Kupplungen 39 und 40 werden in einem Vorwahlverfahren jeweils geeignet umgeschaltet, wenn kein Leistungsfluss über das für den nächsten Fahrbereich zu aktivierende Schaltelement fließt. Dieses Prinzip wird auch als Doppelkupplungsprinzip bezeichnet.
2:

Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei sich die 2 von der 1 dadurch unterscheidet, dass das Rad 28 mit dem Rad 20 und gleichzeitig mit dem Rad 26 kämmt. Ebenso kämmt das Rad 30 mit dem Rad 33 und gleichzeitig mit dem Rad 35. Ebenso kämmt das Rad 41 mit dem Rad 38 und gleichzeitig mit dem Rad 37. Durch die mehrfach Nutzung der Räder 28, 30 und 41 auf dem Abtrieb 2 ist eine vereinfachte CVT Getriebestruktur darstellbar, welche die Anzahl der notwendigen Übersetzungsstufen reduziert. Hierdurch wird der Bauaufwand und damit die Getriebekosten sowie der Bauraumbedarf deutlich gesenkt.

Um einen ersten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 19 so betätigt, dass das Rad 26 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 26 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Die Kupplung 39 und die Kupplung 18 und die Kupplung 40 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 39 und 40 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 18 im Öffnungssinne betätigt. Auch der zweite Teil der Kupplung 19 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen zweiten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 18 so betätigt, dass das Rad 20 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 20 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 39 und die Kupplung 19 und die Kupplung 40 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 39 und 40 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 19 im Öffnungssinne betätigt. Auch der zweite Teil der Kupplung 18 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen dritten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 19 und die Kupplung 40 so betätigt, dass das Rad 35 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 35 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Die Kupplung 39 und die Kupplung 18 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Die Kupplung 40 ist in der ersten Schaltstellung. Dabei ist die Kupplung 39 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 18 im Öffnungssinne betätigt. Auch der erste Teil der Kupplung 19 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen vierten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 18 und die Kupplung 39 so betätigt, dass das Rad 33 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 33 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 39 ist in der ersten Schaltstellung und die Kupplung 19 und die Kupplung 40 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 40 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 19 im Öffnungssinne betätigt. Auch der erste Teil der Kupplung 18 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen ersten Rückwärtsfahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 19 und die Kupplung 40 so betätigt, dass das Rad 36 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 36 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Die Kupplung 40 ist in der zweiten Schaltstellung und die Kupplung 18 und die Kupplung 39 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 39 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 18 im Öffnungssinne betätigt. Auch der erste Teil der Kupplung 19 ist im Öffnungssinne betätigt. Durch das Rad 37 wird die Drehrichtung umgekehrt.
Um einen zweiten Rückwärtsfahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 18 und die Kupplung 39 so betätigt, dass das Rad 34 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 34 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 39 ist in der zweiten Schaltstellung und die Kupplung 19 und die Kupplung 40 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 40 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 19 im Öffnungssinne betätigt. Auch der erste Teil der Kupplung 18 ist im Öffnungssinne betätigt. Durch das Rad 38 wird die Drehrichtung umgekehrt.
3:

Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile der vorhergehenden Figuren verwendet werden. Durch eine geänderte Anordnung und Mehrfachnutzung der reibschlüssigen Schaltelemente ist es möglich, die beiden formschlüssigen Schaltelemente durch ein zusätzliches reibschlüssiges Schaltelement zu ersetzen und damit die Schaltvorgänge zu vereinfachen und den Bauaufwand für die Betätigungselemente weiter zu reduzieren. Das Rad 28 kämmt mit dem Rad 20 und dem Rad 26. Das Rad 30 kämmt mit dem Rad 33 und dem Rad 35. Das Rad 41 kämmt mit dem Rad 38 und dem Rad 37.

Um einen ersten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 49 so betätigt, dass das Rad 26 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Zusätzlich wird die Kupplung 44 so betätigt, dass das Rad 28 drehfest mit dem Abtrieb 2 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 26 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Die Kupplung 48 und die Kupplung 45 mit ihren beiden Kupplungsteilen 46 und 47 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind.
Um einen zweiten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 48 so betätigt, dass das Rad 20 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Zusätzlich wird die Kupplung 44 so betätigt, dass das Rad 28 drehfest mit dem Abtrieb 2 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 28 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 49 und die Kupplung 45 mit ihren beiden Kupplungsteilen 46 und 47 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind.
Um einen dritten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 49 und der Kupplungsteil 46 so betätigt, dass das Rad 35 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 35 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Die Kupplung 44 und die Kupplung 48 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Auch der Kupplungsteil 47 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen vierten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 48 und der Kupplungsteil 47 so betätigt, dass das Rad 33 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 33 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 44 und die Kupplung 49 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Auch der Kupplungsteil 47 ist im Öffnungssinne betätigt.
Um einen ersten Rückwärtsfahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 49 und der Kupplungsteil 47 so betätigt, dass das Rad 36 drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 36 mit dem Hohlrad 17 verbunden. Durch das Rad 37 wird die Drehrichtung umgekehrt.
Um einen zweiten Rückwärtsfahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 48 und der Kupplungsteil 47 so betätigt, dass das Rad 34 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 34 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Durch das Rad 38 wird die Drehrichtung umgekehrt.
Der Wechsel des aktiven Fahrbereiches erfolgt durch umschalten zwischen den beiden hinter den Planetensätzen angeordneten reibschlüssigen Kupplungen 48 und 49 bei Gleichlauf der beteiligten Reibelemente, dem sogenannten synchroner Bereichswechsel.
Liegt der zu aktivierender neue Fahrbereich nicht auf dem gleichen Zahnrad des Abtriebs 2 wird beim Bereichswechsel auch auf das neue Zahnrad des Abtriebs 2 umgeschaltet. Dies ist beispielsweise bei Schaltungen vom zweiten Fahrbereich auf den dritten Fahrbereich oder vom ersten Fahrbereich auf den ersten Rückwärtsfahrbereich und umgekehrt erforderlich.
4:

Die 4 unterscheidet sich von der 3 dadurch, dass zwischen dem Abtrieb und dem Kupplungsteil 47 eine weitere Kupplung vorgesehen ist. Die antriebsseitigen Lamellen des Kupplungsteils 47 sind in der 3 dauerhaft an die antreibenden Wellen des Getriebes gekoppelt. Dies hat die Folge, dass im Vorwärtsfahrbetrieb hohe gegenläufige Differenzdrehzahlen in diesem Kupplungspaket entstehen. Die antriebsseitigen Lamellen drehen gegenläufig, während die Abtriebswelle in den hohen Gangstufen hohe Drehzahlen annimmt. Um eine aufwendige Kupplungskonstruktion zu vermeiden, wird in der 4 die antriebsseitigen Lamellen des Kupplungsteils 47 durch die Kupplung 50 während der Vorwärtsfahrt abgekoppelt. Dadurch werden mit dieser Kupplung 50 erst bei kleiner Fahrgeschwindigkeit die antriebsseitigen Lamellen vom Kupplungsteil 47 bei Bedarf angekuppelt.

Durch die in den 1 bis 4 dargestellten Varianten sowie in der Beschreibung ausgeführten Lösungen wird ein eingangsseitig gekoppeltes leistungsverzweigtes Stufenlosgetriebe geschaffen, das zwei getrennte Summierungsplanetensätze aufweist, die jeweils von einem gemeinsam genutzten Variator und einer gemeinsamen Getriebeeingangswelle angetrieben werden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe weist somit zwei Leistungspfade auf, deren getrennte Komponenten und Übersetzungsstufen jeweils unabhängig voneinander gestaltet und ausgelegt werden können. Dadurch ist es möglich, jeweils den gleichen schematischen Aufbau unter Verwendung identischer einfacher Bauteile, sogenannter modularer Aufbau zu verwirklichen, da der Leistungsfluss in zwei parallele unabhängige stufenlos leistungsverzweigte Pfade aufgespalten ist.
Die Ankopplung der Summierungsplanetengetriebe an den einzigen Variator geschieht derart, dass die Übersetzungseinstellung des gemeinsam genutzten Variators zu Abtriebsdrehzahlen an den Summierungsplanetensätzen führt, die für die Aufsummierung auf eine gemeinsame Abtriebswelle des Getriebes geeignet ist. Die aktuelle Übersetzung des Variators führt jeweils zu einer hohen und zu einer niedrigen Drehzahl an den Abtriebswellen der Summierungsplanetengetriebesätze.
Die getrennten Leistungspfade werden durch ein Stufengetriebe, welches beispielsweise Doppekupplungsgetriebe oder eine beliebige andere Bauausführung aufweisen kann, ausgeführt ist, auf eine Abtriebswelle zusammengeführt. Die Ankopplung des Stufengetriebes an die Abtriebswellen der Summierungsplanetengetriebesätze erfolgt durch kraftschlüssige Kupplungen, beispielsweise Lamellenkupplungen. Es können sowohl mehrere Vorwärts- als auch Rückwärtsfahrbereiche des Getriebes dargestellt werden. Der Antrieb der Summierungsplanetensätze und des nachgeschalteten Stufengetriebes ist derart ausgelegt, dass der Bereichswechsel im Stufengetriebe bei synchroner Drehzahl der beteiligten Bereichskupplungen erfolgt.
Die gedrehte Spreizung des leistungsverzweigten stufenlosen Getriebes kann durch Anpassung der Übersetzung der Stirnradstufen des Stufengetriebes einfach verändert werden. Anpassungen im Leistungsverzweigungsteil des Getriebes sind nicht notwendig.
Bezugszeichenliste

1: Antrieb
2: Abtrieb
3: Verbrennungsmotor
4: Stirnradgetriebe
5: Variator
6: Sonnenrad
7: Summierungsgetriebe
8: Planetenträger
9: Stirnradgetriebe
10: Stirnradgetriebe
11: Sonnenrad
12: Summierungsgetriebe
13: Planetenträger
14: Planeten
15: Hohlrad
16: Planeten
17: Hohlrad
18: Kupplung
19: Kupplung
20: Rad
21: Welle
22: Welle
23: Rad
24: Rad
25: Rad
26: Rad
27: Stirnradgetriebe
28: Rad
29: Rad
30: Rad
31: Rad
32: Rad
33: Rad
34: Rad
35: Rad
36: Rad
37: Rad
38: Rad
39: Kupplung
40: Kupplung
41: Rad
42: Rad
43: Rad
44: Kupplung
45: Kupplung
46: Kupplungsteil
47: Kupplungsteil
48: Kupplung
49: Kupplung
50: Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013220167 A1 [0002]

Claims

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit einem Antrieb (1), einem Abtrieb (2), einem ersten Summierungsgetriebe (7), welches als Planetenradsatz ausgebildet ist, einem zweiten Summierungsgetriebe (12), welches als Planetenradsatz ausgebildet ist, sowie einem Variator (5), wobei die Summierungsgetriebe (7, 12) jeweils mindestens ein Sonnenrad (6, 11), einen Planetenträger (8, 13) und ein Hohlrad (15, 17) aufweisen, wobei der Planetenträger (8, 13) mindestens ein Planetenrad (14, 16) aufweist, das mit dem Sonnenrad (6, 11) und dem Hohlrad (15, 17) des Summierungsgetriebes (7, 12) kämmt, wobei das Sonnenrad (6) des ersten Summierungsgetriebes (7) und das Sonnenrad (11) des zweiten Summierungsgetriebes mit dem Antrieb (1) über den Variator (5) mechanisch wirkverbunden ist, wobei die Hohlräder (15, 17) so über weitere nachgeschaltete Kupplungen und Räder gekoppelt sind, dass mindestens vier Fahrbereiche in Vorwärtsfahrtrichtung und zwei Fahrbereiche in Rückwärtsfahrtrichtung möglich sind.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel der Fahrbereiche bei Synchroner Drehzahl erfolgt.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (15) des ersten Summierungsgetriebes (7) mit dem Abtrieb (2) über ein Schaltelement (18, 48) mechanisch wirkverbindbar ist und das Hohlrad (17) des zweiten Summierungsgetriebes (12) mit dem Abtrieb (2) über ein Schaltelement (19, 48) mechanisch wirkverbindbar ist.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (15) des ersten Summierungsgetriebes (7) und der Planetenträger (17) des zweiten Summierungsgetriebes (12) mit dem Antrieb (1) über ein Stirnradgetriebe (9) wirkverbunden ist.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Fahrbereich und ein dritter Fahrbereich über ein Schaltelement (18) schaltbar sind, welche koaxial zum Sonnenrad (6) des ersten Summierungsgetriebes (7) angeordnet sind.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Fahrbereich und ein vierter Fahrbereich über ein Schaltelement (19) schaltbar sind, welche koaxial zum Sonnenrad (11) des zweiten Summierungsgetriebes (12) angeordnet sind.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (6) des ersten Summierungsgetriebes (7) koaxial zum Variator (5) angeordnet ist.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Summierungsgetriebe (7) und das zweite Summierungsgetriebe (12) beabstandet zum Antrieb (1) angeordnet sind.
Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drehfest und koaxial zum Abtrieb (2) Räder (28, 29, 30, 31, 32) angeordnet sind, welche über Kupplungen (39, 40) wahlweise mit dem Hohlrad (15) des ersten Summierungsgetriebes (7) oder dem Hohlrad (17) des zweiten Summierungsgetriebes (12) verbindbar sind.
Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.