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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung,
insbesondere eine Überlagerungsgetriebeeinheit
mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Getriebeanordnungen in Form von Leistungsverzweigungsgetrieben
oder Überlagerungsgetrieben
sind in einer Vielzahl von Ausführungen
bekannt. Stellvertretend wird auf die Druckschrift
DE 197 55 612 A1 verwiesen.
Diese umfaßt
eine Getriebeeingangswelle, ein, in die Getriebeeingangswelle mit
der Getriebeausgangswelle stufenloses Übersetzungsgetriebe, welches
eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, wobei die Eingangswelle mit
der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist und eine feste Übersetzungsstufe
sowie ein Überlagerungsgetriebe
mit einer ersten Eingangsstufe, welche mit der Ausgangswelle des
stufenlosen Übersetzungsgetriebes
drehfest verbunden ist. Ferner ist eine zweite Eingangsstufe vorgesehen,
welche wahlweise mittels einer ersten Kupplung über die feste Übersetzungsstufe
mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist und eine Ausgangsstufe,
welche drehfest mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt ist. Hierbei
ist die feste Übersetzungsstufe
antriebsseitig drehfest mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt und
bezüglich
der festen Übersetzungsstufe
abtriebsseitig die erste Kupplung derart angeordnet, dass diese
wahlweise die zweite Eingangsstufe des Überlagerungsgetriebes abtriebsseitig
mit dem festen Übersetzungsgetriebe
verbindet.
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Mit dieser Lösung ist es möglich, auf
einfache Art und Weise ein betriebssicheres Mehrbereichsgetriebe
zur Verfügung
zu stellen. Diese Lösung
bietet den Vorteil, dass bei einem durch Kombination von stufenlosen Übersetzungsgetriebe
mit einem Überlagerungsgetriebe
einen Wandler ersetzenden Mehrbereichsgetriebe mit einem sogenannten Geared-Neutral
Bereich hohe Eingriffsgeschwindigkeiten im Bereich der ersten Kupplung
vermieden werden, da diese an einer Stelle nach einer entsprechenden Übersetzung
der hohen Drehzahl der Antriebswelle auf die niedrige Drehzahl durch
die feste Übersetzungsstufe
angeordnet ist. Dies reduziert den Verschleiß und erhöht die Lebensdauer der ersten
Kupplung. Ein Nachteil besteht jedoch in der direkten Kopplung zwischen
CVT und Getriebeeingang und damit der Antriebswelle. Das stufenlose
Getriebe ist somit immer an die Drehzahl der Antriebsmaschine gekoppelt
Eine Entlastung des Überlagerungsgetriebes
in einem Bereich höheren
Drehzahlen der Abtriebswelle bzw. niedrigerer Übersetzungsverhältnisse
des stufenlosen Übersetzungsgetriebes
wird dadurch erzielt, dass eine zweite Kupplung vorgesehen ist,
welche wahlweise die erste Eingangsstufe mit der Ausgangsstufe des Überlagerungsgetriebes
verbindet. Dadurch wird eine starre Verbindung zwischen Ausgangswelle
des stufenlosen Übersetzungsgetriebes
und der Abtriebswelle, wodurch das Überlagerungsgetriebe im Drehmomentenfluß überbrückt ist, geschaffen.
Allerdings zeichnet sich diese Lösung durch
einen hohen Bauteilaufwand aus. Ein weiteres wesentliches Problem
der Leistungsübertragung über die
stufenlose Getriebeeinheit besteht dann, dass diese aufgrund entsprechender
Dimensionierung nur ein maximal zulässiges Moment übertragen können, ansonsten
sind bei sehr hohen Belastungen unzulässige Schlupfzustände zu beobachten,
die zum erhöhten
Verschleiß am
CVT führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Getriebebaueinheit der Eingangs genannten Art derart
weiterzuentwickeln, dass dieser Nachteil vermieden wird. Insbesondere
ist die Belastung des Zugmittelgetriebes zu reduzieren und damit die Übertragbarkeit
auch hoher Leistungen über
dieses zu sichern und in optimaler Weise zu gewährleisten.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale
des Anspruches 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
jeweils in den Unteransprüchen
wiedergegeben.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist die Getriebeanordnung als Überlagerungsgetriebeeinheit
ausgeführt.
Diese umfaßt
einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang, ferner zwei zwischen
Getriebeeingang und Getriebeausgang angeordnete und miteinander
gekoppelte Überlagerungsgetriebe.
Jedes der beiden Überlagerungsgetriebe
ist dabei im einfachsten Fall als Planetenradsatz ausgeführt. Zwischen
dem ersten Überlagerungsgetriebe
und dem zweiten Überlagerungsgetriebe
ist ferner ein stufenloses Getriebe in Form eines Zugmittelgetriebes
zwischengeschaltet. Das erste Überlagerungsgetriebe
umfaßt
einen Eingang und zwei Ausgänge.
Der Eingang ist mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden.
Der erste Ausgang ist mit dem stufenlosen Getriebe wenigstens mittelbar
verbunden, während
der zweite Ausgang mit der Getriebeausgangswelle drehfest gekoppelt
ist. Das zweite Überlagerungsgetriebe
umfaßt
einen Eingang und einen Ausgang, wobei der Eingang ebenfalls mit der
Getriebeeingangswelle gekoppelt ist und der Ausgang mit der Getriebeausgangswelle.
Ein weiteres, drittes Element des zweiten Überlagerungsgetriebes ist mit
dem stufenlosen Getriebe verbunden. Des Weiteren sind Mittel zur Änderung
des Übersetzungsverhältnisses
am stufenlosen Getriebe vorgesehen. Ferner sind Mittel zur Angleichung
der Umlaufgeschwindigkeit des Zugmittels in Laufrichtung zur Drehzahl
an der Antriebswelle bzw. dem Getriebeeingang vorgesehen.
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Die Lösung ist dadurch charakterisiert,
dass keine unmittelbare, d.h. direkte drehfeste Kopplung zwischen
der Getriebeeingangswelle und dem stufenlosen Getriebe, insbesondere
dem Eingang des stufenlosen Getriebes existiert, sondern diese über ein Überlagerungsgetriebe
realisiert wird. Damit wird zwar aufgrund der Kopplung zwischen Überlagerungsgetriebe
und Eingang des stufenlosen Getriebes über eine Stufe ein festes Übersetzungsverhältnis erzielt,
allerdings sind die einzelnen Größen – Drehzahl
und Moment – immer
abhängig
von den Verhältnissen
am ersten Überlagerungsgetriebe,
d. h. bei Leistungsübertragung über den
stufenlosen Getriebeteil hat dessen Größe Einfluß auf die Drehzahl an der Getriebeausgangswelle,
wobei diese wiederum in Rückwirkung
Einfluß auf das
erste Überlagerungsgetriebe
ausübt
und damit die Höhe
des über das
erste Überlagerungsgetriebe übertragbaren Leistungsanteils.
Dadurch wird erreicht, dass unnötig hohe
Belastungen des stufenlosen Getriebes vermieden werden. Das stufenlose
Getriebe ist somit nicht mehr direkt an die Drehzahl der Antriebsmaschine gekoppelt.
Die Drehzahl am Getriebeausgang der Überlagerungsgetriebeeinheit
kann durch Steuerung des stufenlosen Getriebes verändert werden.
Sich ergebender Schlupf bei hohen Leistungen kann durch die Mittel
zur Angleichung der Umlaufgeschwindigkeit am Zugmittel an die Drehzahl
der Antriebswelle verhindert werden. Somit kann noch einmal eine
Steigerung der Höhe
der übertragbaren Leistung
erfolgen.
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Die beiden Überlagerungsgetriebe – erstes Überlagerungsgetriebe
und zweites Überlagerungsgetriebe – sind vorzugsweise
als Planetenradsätre ausgeführt. Der
Eingang des ersten Überlagerungsgetriebes
wird dabei vom Steg gebildet, der erste Ausgang, welcher mit der
Getriebeausgangswelle gekoppelt ist, wird vom Sonnenrad und der
zweite Ausgang vom Hohlrad gebildet. Die Kopplung des Hohlrades
mit dem Eingang des stufenlosen Getriebes erfolgt über ein
Verbindungsgetriebe in Form eines Übersetzungsgetriebes, beispielsweise
eines Stirnradsatzes, wobei dieser vom Hohlrad und einem drehfest
mit der Eingangswelle des stufenlosen Getriebes gekoppelten Stirnrad
gebildet wird. Der Eingang des zweiten Überlagerungsgetriebes wird ebenfalls
vom Steg gebildet, während
ein weiteres Element in Form des Hohlrades über ein Verbindungsgetriebe,
vorzugsweise in Form eines Stimradsatres, mit dem Ausgang des stufenlosen
Getriebes verbunden ist. Der Ausgang wird auch hier vom Sonnenrad
gebildet. Beide Überfagerungsgetriebe
sind somit miteinander gekoppelt, d.h. die Sonnenräder und
die Stege sind miteinander drehfest verbunden.
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Das stufenlose Getriebe ist als kraftschlüssiges Zugmittelgetriebe
ausgeführt.
Dieses umfaßt zwei
Scheibenanordnungen, eine erste Scheibenanordnung und eine zweite
Scheibenanordnung, wobei die einzelnen Scheiben zur Änderung
des Übersetzungsverhältnisses
gegeneinander verschiebbar sind. Als Zugmittel finden Riemen, Ketten
und Schubgliederbänder
Verwendung. Die Mittel zur Steuerung des Übersetzungsverhältnisses
umfassen bei Ausgestaltung als Zugmittelgetriebe mit zwei Scheibenanordnungen,
wobei der Abstand der Scheiben einer Scheibenanordnung durch die
Anpresskraft der Scheiben einer Scheibenanordnung variierbar ist
und diese Größe als direkte
Steuergröße oder
eine diese wenigstens mittelbar charakterisierende Größe verwendet
wird, Stelleinrichtungen zur Beaufschlagung der einzelnen Scheiben
bzw. zu deren Verschiebung. Diese Stelleinrichtungen können beispielsweise
elektro-hydraulisch betrieben werden.
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Die Mittel zur Angleichung der Umlaufgeschwindigkeit
des Zugmittels an die Drehzahl des Getriebeeingangs umfassen ein,
wenigstens mittelbar mit dem Getriebeeingang gekoppeltes und mit dem
Zugmittel kraftschlüssig
in Wirkverbindung stehendes Übertragungsglied.
Das Zugmittel ist am Außenumfang
umlaufend mit einer Profilierung versehen die mit einer dazu komplementär ausgeführten Profilierung
am Außenumfang
des Übertragungsgliedes
in Eingriff steht. Eine andere Möglichkeit
besteht dann, das Zugmittel als Kette oder aber als Verbund mit
einem Riemen und einer Kette auszuführen, wobei dann das Übertragungsglied
als Kettenrad ausgebildet ist. D.h., dass die Ausführung fortlaufend durch
unveränderte
Positionierung des Übertragungsgliedes
gegenüber
dem Zugmittel erfolgt. Anpassungen des Zugmittels bei Laufradienänderungen
bei Verstellung der Scheiben des stufenlosen Getriebes werden über gemäß einem
ersten Lösungsansatz über eine
Spannvorrichtung, insbesondere Spannrolle ausgeglichen. Die Spannrolle
ist dabei verschwenkbar gegenüber
dem Zugmittel und ortsfest gelagert. Das Übertragungsglied ist dabei wenigstens
mittelbar mit dem Getriebeeingang gekoppelt. Dies bedeutet, dass
das Übertragungsglied entweder
drehfest mit dem Getriebeeingang oder aber über weitere Übertragungselemente
mit diesem gekoppelt ist. Zur Gewährleistung einer Rotation des Übertragungsgliedes
mit gleichem Drehsinn wie die Laufrichtung des Zugmittels ist dieses
entweder direkt drehfest mit der Antriebswelle bzw. dem Getriebeeingang
gekoppelt oder über
weitere Übertragungselemente
beispielsweise Stirnradsatz, wobei die Anzahl der miteinander kämmenden
Stirnräder dann
ungerade ist.
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Gemäß einem zweiten Lösungsansatz
erfolgt zur straften und schlupffreien Führung des Zugmittels der Ausgleich
der sich bei unterschiedlicher Verstellung der beiden Scheibenanordnungen,
d.h. nicht gleichmäßiger Verstellung
ergebenden Abweichungen der Zugmittelumlauflänge von der theoretisch in
diesem Zustand zur sicheren Übertragung von
Drehmoment erforderlichen Länge
durch verschwenkbarer Scheibenanordnung um das Übertragungsglied. Dabei werden
die auf den mit den Scheibenanordnungen drehfest verbundenen Wellen
und die auf diesen gelagerten Elemente. Ausgang der ersten festen Übersetzungsstufe
und Eingang der zweiten festen Übersetzungsstufe
mit verschwenkt. Durch diese ist der Verschwenkradius festgelegt.
Die Verschwenkung erfolgt dabei immer in Richtung bzw. um das Übertragungsglied
in Umfangrichtung.
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Die Funktionsweise einer Getriebeanordnung
gestaltet sich wie folgt: Bei Stillstand der Getriebeausgangswelle,
d. h. des Abtriebes der Gesamtgetriebeeinheit, gestalten sich die
Verhältnisse
am ersten Überlagerungsgetriebe
wie in einem Planetenradsatz mit stillstehendem Sonnenrad. Dementsprechend
erfolgt eine Leistungsübertragung über das erste Überlagerungsgetriebe
und die über
ein Übersetzungsgetriebe
mit diesem gekoppelte Scheibenanordnung des stufenlosen Getriebes.
Dies gilt in Analogie auch für
das zweite Überlagerungsgetriebe, dessen
Steg mit dem Eingang in der Getriebebaueinheit gekoppelt ist. Dies
bedeutet, dass in diesem Zustand beide Scheibenanordnungen des stufenlosen Getriebes
angetrieben werden. Das erste Überlagerungsgetriebe
fungiert als Verteilergetriebe, dessen Eingang mit der Getriebeeingangswelle
und ein erster Ausgang mit dem stufenlosen Getriebe und der zweite
Ausgang mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt sind. Die zweite Überlagerungsgetriebeeinheit
fungiert in diesem Zustand ebenfalls als Verteilergetriebe, wobei
der Eingang mit der Getriebeeungangswelle und der erste Ausgang
mit der Getriebeausgangswelle und der zweite Ausgang mit der zweiten
Scheibenanordnung des stufenlosen Getriebes gekoppelt sind. Als Übersetzungsverhältnis zwischen
der ersten Scheibenanordnung und der zweiten Scheibenanordnung wird
in diesem Funktionszustand beispielsweise ein Verhältnis von
1 zu 2,4 gewählt.
Dies bedeutet, dass die zweite, mit dem zweiten Überlagerungsgetriebe gekoppelte
Scheibenanordnung schneller rotiert als die erste mit dem ersten Überlagerungsgetriebe
in Triebverbindung stehende. Das stufenlose Getriebe läuft in diesem
Zustand im Leerlauf. Erst wenn das Übersetzungsverhältnis am stufenlosen
Getriebe verändert
wird, d.h. von der Übersetzung
zwischen erster und zweiter Scheibenanordnung in Richtung einer Übersetzung
ins Langsame umgestellt wird, d. h. von 1 zu 2,4 zu 2,4 zu 1 und
damit über
die erste Scheibenanordnung ein kleineres Moment übertragen
wird, erfolgt die Leistungsübertragung
dann im wesentlichen über
das erste Überlagerungsgetriebe
auf das stufenlose Getriebe, wobei die über den stufenlosen Teil eingespeiste Leistung
dem zweiten Überlagerungsgetriebe
zugeführt
wird. In diesem Fall fungiert das zweite Überlagerungsgetriebe als Summiergetriebe.
Dementsprechend wird aufgrund des Antriebes des Hohlrades und der
Rotation des Steges die Getriebeausgangswelle angetrieben. Da diese
jedoch auch direkt mit dem ersten Überlagerungsgetriebe gekoppelt
ist, wirkt dieses sich wiederum auf den Leistungsanteil, welcher über das
stufenlose Getriebe übertragen wird;
aus.
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Die Auslegung der beiden Überlagerungsgetriebe
erfolgt beispielsweise wie folgt: entsprechend einer der beiden
Möglichkeiten:
- 1) Beide Hohlräder und Sonnenräder weisen
die gleiche Größe auf.
Das erste Überlagerungsgetriebe
weist einfache Planetenräder,
beispielsweise 3, das zweite Überlagerungsgetriebe
eine Mehrzahl von jeweils paarweise miteinander kämmenden
Planetenrädern
(beispielsweise 2 mal 3) auf., d.h. zwischen Sonnenrad und Hohlrad
sind zwei miteinander kämmende
Planetenräder
vorgesehen, wobei das erste direkt mit dem Sonnenrad und dem zweiten
Planetenrad und das zweite Planetenrad direkt mit dem ersten Planetenrad und
Hohlrad kämmt.
Beide Sonnenräder
weisen eine geringere, beispielsweise 2,4-mal geringere Zähnezahl als das Hohlrad auf.
Bei gewünschter Drehung über 0 eine
mehr als 2,4-mal geringere Zähnezahl.
- 2) Wie 1.) jedoch weist das erste Überlagenangsgetriebe eine Mehrzahl
von jeweils paarweise miteinander kämmenden Planetenrädern auf,
während
das zweite Überlagerungsgetriebe
nur durch eine einfache Planetenradanordnung zwischen Sonnenrad
und Hohlrad charakterisiert ist.
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Die Auslegung der Übersetzungsstufen
zwischen erstem und zweitem Überlagerungsgetriebe und
dem stufenlosen Getriebe (CVT) erfolgt entsprechend der maximal
zulässigen
Drehzahl am CVT.
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Für
die erfindungsgemäße Lösung wird
zusätzlich
eine Steuerung vorgesehen, welche das Übersetzungsverhältnis am
stufenlosen Getriebe verändert,
insbesondere durch Änderung
des Abstandes der Scheiben einer Scheibenanordnung zueinander. Diese
erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl, der gewünschten
Drehzahl an der Getriebeausgangswelle der Gaspedalstellung sowie
weiterer Einflußgrößen. Bezüglich der Steuerung
bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten, wobei
auf herkömmliche
zurückgegriffen
werden kann.
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Zur Drehrichtungsumkehr kann zusätzlich ein
Umkehrgetriebe oder eine entsprechende Anordnung vorgesehen werden,
die eine Umkehr der Drehrichtung der Getriebeausgangswelle ermöglicht.
Femer ist es jedoch auch möglich,
den Spreizungsbereich voll auszunutzen und die Überiagerungsgetriebe über Null
zu fahren.
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Die erfindungsgemäße Getriebebaueinheit kann
ferner eine Anfahreinheit, beispielsweise in Form eines hydrodynamischen
Wandlers , einer hydrodynamischen Kupplung oder einer mechanischen Kupplung,
beispielsweise in Form einer naß-laufenden
Lamellenkupplung zugeordnet werden, um nicht bereits im Anfahrzustand
die volle Last auf den Abtrieb zu übertragen.
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Bei bestimmten Auslegungen des Getriebes ist
ein Betrieb über
Null möglich.
Ansonsten wird zur Drehrichtungsumkehr eine Wendeschaltung vorgesehen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand
von Figuren erläutert.
Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
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1a–c verdeutlichen
eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
einer Getriebebaueinheit;
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2 verdeutlicht
eine Ansicht A gemäß 1a auf das Zugmittelgetriebe;
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3 verdeutlicht
in schematisch stark vereinfachter Darstellung anhand einer Ansicht
A gemäß 1a eine alternative Ausführung zu 2.
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Die 1a verdeutlicht
in schematisch vereinfachter Darstellung eine Getriebeanordnung 1, insbesondere
eine Überlagerungsgetriebeeinheit. Diese
umfaßt
einen Getriebeeingang 2 und einen Getriebeausgang 3.
Der Getriebeeingang steht dabei wenigstens mittelbar drehfest mit
einer hier im Einzelnen nicht dargestellten Antriebsmaschine in
Triebverbindung. Der Ausgang ist wenigstens mittelbar drehfest,
d. h. direkt oder indirekt über
weitere Übertragungselemente
mit den anzutreibenden Rädern
beim Einsatz in Fahrzeugen gekoppelt. Das Getriebe arbeitet mit
Leistungsverzweigung, umfassend einen ersten Leistungszweig 4 und
einen zweiten Leistungszweig 5. Der zweite der beiden Leistungszweige 5 ist
drehfest mit dem Getriebeausgang 3 gekoppelt. Im ersten
Leistungszweig 4 ist ein stufenloses Getriebe 8 vorgesehen, wobei
der Eingang 9 des stufenlosen Getriebes frei von einer
direkten Kopplung mit festem Übersetzungsverhältnis mit
dem Getriebeeingang 2 und damit Kopplung mit der Antriebsmaschine
ist. Insbesondere ist zwischen dem Getriebeeingang 2 und
dem Eingang 9 des stufenlosen Getriebes 8 kein
festes Übersetzungsverhältnis über alle
Betriebszustände
vorgesehen. Der Ausgang 10 des stufenlosen Getriebes 8 ist
frei von einer direkten Kopplung mit dem Getriebeausgang 3.
Zu diesem Zweck ist der Getriebeeingang 2 mit zwei Überlagerungsgetrieben,
einem ersten Überlagerungsgetriebe 11 und
einem zweiten Überlagerungsgetriebe 6 gekoppelt.
Das erste Überlagerungsgetriebe 11 fungiert als
Verteilergetriebe und umfaßt
einen Eingang 12, der drehfest mit dem Getriebeeingang 2 verbunden ist
oder diesen bildet und zwei Ausgänge,
einen ersten Ausgang 20, der mit der Getriebeausgangswelle 3 drehfest
verbunden ist und einen zweiten Ausgang 13, der über eine
feste Übersetzung 14 mit
dem Eingang 9 des stufenlosen Getriebes 8 gekoppelt
ist. Die feste Übersetzung
wird dabei von einer festen Übersetzungsstufe 15 gebildet,
wobei der Eingang der festen Übersetzungsstufe
vom zweiten Ausgang 13 der Überlagerungsgetriebeeinheit 11 gebildet
wird und mit 16 bezeichnet ist, während der Ausgang 17 im dargestellten
Fall von einem Stirnrad 18 gebildet wird. Die feste Übersetzungsstufe
wird im dargestellten Fall somit von einem Stirnradzug 19 gebildet.
Das stufenlose Getriebe 8 ist somit zwischen den beiden Überlagerungsgetrieben 11 und 6 angeordnet.
Als Eingang des stufenlosen Getriebes 8 wird dabei der mit
dem ersten Überlagerungsgetriebe
gekoppelte Teil und als Ausgang der mit dem zweiten Überlagerungsgetriebe 6 gekoppelte
Teil bezeichnet.
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Der erste Ausgang 20 der
ersten Überlagerungsgetriebeeinheit 11 ist
drehfest mit dem Getriebeausgang 3 verbunden. Ferner ist
die Getriebeeingangswelle 2 mit einem Eingang 21 des
zweiten Überlagerungsgetriebes 6 verbunden.
Die Eingänge und
Ausgänge
werden dabei jeweils von einem Element der Überlagerungsgetriebe gebildet.
Ein drittes Element 22 des zweiten Überlagerungsgetriebes 6 ist
mit dem Ausgang 10 des stufenlosen Getriebes 8 über eine
feste Übersetzungsstufe 23 gekoppelt,
wobei diese im dargestellten Fall von einem Stirnradzug 24 gebildet
wird und ein erstes Stimrad 25 drehfest mit dem in Kraftflussrichtung
von erster zur zweiter Scheibenanordnung Ausgang 10 des
stufenlosen Getriebes 8 verbunden ist. Diese drehfeste
Kopplung erfolgt durch Anordnung von Ausgang 10 und erstem Stirnrad 25 auf
einer gemeinsamen Verbindungswelle 26. Der Ausgang 7 des
zweiten Überlagerungsgetriebes 6 ist
ferner mit dem Ausgang 20 des ersten Überlagerungsgetriebes 11 drehfest
verbunden, vorzugsweise durch direkte Kopplung.
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Das stufenlose Getriebe 8 ist
als kraftschlüssiges
Zugmittelgetriebe 27, wobei der Eingang 9 von einer
ersten Scheibenanordnung 28 und der Ausgang 10 von
einer zweiten Scheibenanordnung 29 gebildet wird, wobei
die Scheiben zueinander und voneinander verschoben werden können, d.
h. der Abstand ist variabel. Die Kopplung der beiden Scheibenanordnungen
und die Kraftübertragung
erfolgt über
ein Zugmittel 30, beispielsweise in Form eines Riemens
einer Kette oder Schubgliederbandes. Erfindungsgemäß ist das
Zugmittel 30 am Außenumfang 43 mit
einer Profilierung 44 versehen, die einen Eingriff eines
wenigstens mittelbar drehfest mit der Antriebswelle 2 gekoppelten Übertragungsgliedes 42 mit
entsprechend zur Profilierung 44 komplementär ausgebildeter
Profilierung 45 erlaubt und somit eine synchrone Angleichung
der Umlaufgeschwindigkeit des Zugmittels 30 an die Antriebswelle 2 bei
jedem beliebigen Übersetzungsverhältnis zwischen
An- und Abtriebswelle 2 und 3 ermöglicht.
Diese Maßnahme bietet
den Vorteil, dass bei gleicher Dimensionierung des Zugmittelgetriebes 27 das
Mehrfach an Leistung, beispielsweise ca. 3-mal mehr Leistung als
ohne diese Maßnahme übertragen
werden kann. Schlupfzustände
am Zugmittelgetriebe 27 werden vermieden. Als Übertragungsglied 42 finden
entsprechend der Auswahl des Zugmittels 30 Zahn- oder Kettenräder Verwendung.
Die Trumlängeänderungen
werden über
eine, hier nicht dargestellte Spannvorrichtung ausgeglichen, beispielsweise
eine Spannrolle 47.
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Erstes Überlagerungsgetriebe 11 und
das zweite Überlagerungsgetnebe 6 sind
als Umlaufrädergetriebe,
vorzugsweise in Form eines Planetenradgetriebes 31 bzw. 32 ausgeführt. Diese
umfassen jeweils wenigstens, wie in 1 b
für den
Planetenradsatz 31 dargestellt, ein Sonnenrad 31.1,
ein Hohlrad 31.2, einen Steg 31.4, der die Planetenräder 31.3 miteinander
koppelt. Für
den Planetenradsatz 32 ist dabei das Sonnenrad mit 32.1,
das Hohlrad mit 32.2, die paanrveise miteinander kämmenden
Planetenräder
mit 32.31, 32.3 und der Steg mit 32.4 entsprechend
der Ansicht II-II in 1b bezeichnet.
Der Eingang des ersten Überlagerungsgetriebes 11,
der mit 12 bezeichnet ist, wird dabei vom Steg 31.4 gebildet. Dieser
ist direkt mit dem Eingang 21 des zweiten Überlagerungsgetriebes 6,
welches zumindest im Funktionszustand der Leistungsübertragung über das
stufenlose Getriebe als Summiergetriebe fungiert, gekoppelt bzw.
bildet diesen. Auch dieser wird vom Steg 32.4 des Planetenradsatzes 32 gebildet. Dies
bedeutet, dass die Stege beider Planetenradsätze miteinander drehfest verbunden
sind. Ferner werden die beiden Ausgänge 20 und 7 von
erstem Überlagerungsgetnebe 11,
d. h. Planetenradsatz 31 und zweitem Überlagerungsgetriebe 6,
d. h. Planetenradsatz 32, jeweils vom Sonnenrad 31.1 bzw. 32.1 gebildet,
welche drehfest mit dem Getriebeausgang verbunden sind. Das Hohlrad 31.2 des
Planetenradsatzes 31, d. h. das erste Überlagerungsgetriebe 11 bildet
dabei den Eingang 16 der festen Übersetzung, während das
Hohlrad 32.2 den Ausgang der festen Übersetzungsstufe 23 bildet.
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Die 1a und
die Ansichten I-I und II-II gemäß der 1b verdeutlichen eine besonders
vorteilhafte Ausgestaltung der beiden Überlagerungsgetriebe 11 und 6.
Bei dieser Ausführung
umfasst beispielsweise das erste Überlagerungsgetriebe 11 ein Hohlrad 31.2,
ein Sonnenrad 31.1, einen Steg 31.4 und einfache
Planetenradanordnungen in Form von jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad
kämmenden
Planetenrädern.
Zwischen Sonnenrad 31.1 und Hohlrad 31.2 sind
eine Mehrzahl einzelner Planetenräder 31.3 vorgesehen,
d.h. jedes der Planetenräder 31.3 steht
sowohl mit dem Sonnenrad 31.1 als auch dem Hohlrad 31.2 in
Eingriff. Das zweite Überlagerungsgetriebe 6 ist
als Planetengetriebe 32 mit paarweise miteinander kämmenden
Planetenrädem 32.31 und 32.32 vorgesehen.
Bezüglich
der Auslegung der Gesamtgetriebeeinheit bestehen eine Vielzahl von
Möglichkeiten.
Denkbar ist es beispielsweise, jeweils beide Hohlräder 31.2 bzw. 32.2 und
beide Sonnenräder 31.1 bzw. 32.1 hinsichtlich
Größe und Zähnezahl gleich
zu dimensionieren. Beide Sonnenräder 31.1 und 32.1 können dabei
beispielsweise mit einem 2 bis 2,6-mal kleineren Durchmesser als
der Innenumfang des Hohlrades 31.2 bzw. 32.2 ausgeführt werden
und weisen auch eine entsprechend 2 bis 2,6-mal geringere Zähnezahl
auf.
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Denkbar ist auch bei entsprechender
Dimensionierung der Übersetzungsstufen
eine Ausführung des
ersten Überlagerungsgetriebes 11 analog
zu dem in 1b beschriebenen
zweiten Überlagenangsgetriebe 6,
d. h. mit paannreise miteinander kämmenden Planetenrädem zwischen
Sonnenrad und Hohlrad, während
das zweite Überlagerungsgetriebe 6 dann
nur einzelne direkt mit Sonnenrad und Hohlrad kämmende Planetenräder aufweist,
wie in 1c dargestellt.
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Die Betriebsweise gestaltet sich
wie folgt: In einem ersten Betriebsbereich ist bei angetriebener Getriebeeingangswelle,
d. h. Getriebeeingang 2, die Drehzahl am Getriebeausgang 3 gleich
0. Die Leistung wird somit quasi von der Getriebeeingangswelle über beide Überlagerungsgetriebe
auf beide Scheibenanordnung des stufenlosen Getriebes übertragen.
Dieses läuft
quasi im Leerlauf. Die Übersetzung an
der Scheibenanordnung ist in diesem Zustand derart gewählt, dass
die mit dem ersten Überlagerungsgetriebe
gekoppelte Scheibenanordnung langsamer rotiert als die zweite, mit
dem zweiten Überlagerungsgetriebe
gekoppelte Scheibenanordnung, d. h. eine Übersetzung ins Schnelle gewährleisten
würde.
Dann erfolgt eine Änderung
des Übersetzungsverhältnisses
am stufenlosen Getriebe 8 in Richtung Übersetzung ins Langsame bei
Leistungsübertragung
von der ersten zur zweiten Scheibenanordnung betrachtet. Die Abtriebswelle,
d. h. die Getriebeausgangswelle 3 wird angetrieben. Mit
zunehmender Drehzahl am Abtrieb 3 wirkt sich dies auch
auf die Drehzahl des Hohlrades am ersten Überlagerungsgetriebe und dem
Eingang des stufenlosen Getriebes 8 und demzufolge auch
im Bereich des Ausganges 10 des stufenlosen Getriebes 8 aus.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
dabei darin, dass mittels der Überlagerungsgetriebe 11 bzw.
6 und der Möglichkeit der
Aktivsteuerung des Zugmittelgetriebes 8, beispielsweise
durch Mittel 40, die Belastung des Zugmittelgetriebes gering
gehalten werden kann, indem in diesem Fall durch Ansteuerung der
Scheibenanordnungen 28 bzw. 29 die Übersetzung am Zugmittelgetriebe 8 aktiv
mit zunehmender Antriebsdrehzahl geändert werden kann und damit
das Eingangsmoment bei hohen Drehzahlen am Zugmittelgetriebe gering
gehalten werden kann.
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Ferner verdeutlicht die 1 die Möglichkeit der Ausgestaltung
der Getriebebaueinheit 1 mit einem Anfahrelement 41,
beispielsweise einem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler.
Andere Anfahrelemente sind denkbar.
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Die in der 1 dargestellte Ausführung stellt eine besonders
einfache und kompakte Lösung dar.
Die Ansteuerung der stufenlosen Getriebeeinheit erfolgt dabei in
Abhängigkeit
von der Höhe
der Motordrehzahl sowie des gewünschten
am Abtrieb abzugebenden Momentes bzw. der Drehzahl. Ferner können als
zusätzliche
Einflußgrößen auch
das Moment am Getriebeausgang 3 herangezogen werden.
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Die 2 verdeutlicht
in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Ansicht A gemäß 1a auf das Zugmittelgetriebe 30,
welches in einer Ebene parallel zur Antriebswelle 2 angeordnet
ist. Daraus wird ersichtlich, dass das Zugmittel 30 am Außenumfang 43 beispielsweise
Profilierungen 44 aufweist. Diese kann in das Zugmittel
eingearbeitet oder aber durch entsprechende Ausgestaltung, beispielsweise
der Ausbildung des Zugmittels aus mehreren Schichten gebildet werden.
Vorzugsweise ist das Zugmittel als Zahnriemen ausgeführt. Das Übertragungsglied 42 ist
als Zahnrad ausgebildet und weist an seinem Außenumfang 46 eine
entsprechend komplementäre
Profilierung 45 auf, welches ermöglicht, mit dem Zugmittel 30 in
Eingriff zu stehen und kraftschlüssig
mit diesem zusammenzuwirken. Denkbar ist jedoch auch eine Ausbildung
als Kette. In diesem Fall ist das Übertragungsglied 42 dann
als Kettenrad ausgeführt.
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Das Übertragungsglied 42 ist
vorzugsweise drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden
und ermöglicht
somit eine synchrone Angleichung der Umlaufgeschwindigkeit des Zugmittels 30 an
die Drehzahl der Antriebsmaschine. Bzw. der Antriebswelle 2. Ein
Rutschen des Zugmittels wird dadurch vermieden. Denkbar sind jedoch
auch Ausführungen
der Kopplung der Umlaufgeschwindigkeit an die Drehzahl der Antriebswelle
durch eine Mehrzahl von miteinander in Eingriff stehenden Übertragungselementen,
wobei eine ungerade Anzahl zu wählen
ist, um die Gleichheit des Drehsinns zwischen Antriebswelle 2 und
Laufrichtung des Zugmittels 30 zu gewährleisten. Der Eingriff erfolgt
dabei fortlaufend immer im Eingriff.
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Die 3 verdeutlicht
anhand einer Ansicht A gemäß 1a eine weitere Ausführungsgleichheit zur
Realisierung der Spannung am Zugmittel 30. Dieses ist ebenfalls
mit einer, hier im einzelnen nicht dargestellten Profilierung 44 versehen,
welche mit einer dessen komplementären Profilierung 45 an Übertragungsglied
42 im Eingriff steht. Das Übertragungsglied 42 ist
drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden und ermöglicht die
synchrone Angleichung der Umlaufgeschwindigkeit des Zugmittels 30 zur
Drehzahl der Antriebswelle 2. Zur Realisierung der zur Leistungsübertragung
erforderlichen Spannung am Zugmittel 30 bei Verstellung
mindestens einer der Scheibenanordnungen 29 und 28 oder
beider werden diese in Umlaufrichtung verschenkt. Die Verschwenkung
erfolgt bezogen auf die Rotationsachse R42 des Übertragungsgliedes 42 auf
einem Radius, der durch den Abstand zwischen Rotationsachse R42 und der Rotationsachsen R28,
R29 der einzelnen Scheibenanordnungen 20, 29 bestimmt
wird. Zur Realisierung ist beispielsweise ein Verschwenkgetriebe 48 vorgesehen,
welches als Stirnradstufe aufgebaut ist und zwei koaxial zu den
Scheibenanordnungen 28 und 29 angeordnete Stirnräder 49 und 50 umfaßt, die mit
einem koaxial zum Übertragungsglied 42 angeordneten
Stirnrad 51 kämmen.
Das Stirnrad 51 ist hinsichtlich seiner Rotationsachse
ortsfest gelagert. Die Verstellung bzw. das Verschwenken erfolgt
dabei vorzugsweise synchron oder mit geringem zeitlichen Versatz
zur Verstellung der Abstände
an den einzelnen Scheibenanordnungen 28, 29. Dadurch
werden die Abstände
zwischen dem Rotationsachsen R28, R29 radialer Richtung geändert.
-
- 1
- Getriebeanordung
- 2
- Getriebeeingang
- 3
- Getriebeausgang
- 4
- erster
Leistungszweig
- 5
- zweiter
Leistungszweig
- 6
- zweites Überlagerungsgetriebe
- 7
- Ausgang
der zweites Überlagerungsgetriebe
- 8
- stufenloses
Getriebe
- 9
- Eingang
des stufenlosen Getriebes
- 10
- Ausgang
des stufenlosen Getriebes
- 11
- erstes Überlagerungsgetriebe
- 12
- Eingang
des ersten Überlagerungsgetriebes
- 13
- erster
Ausgang des ersten Überlagerungsgetriebes
- 14
- feste Übersetzung
- 15
- feste Übersetzungsstufe
- 16
- Eingang
der festen Übersetzungsstufe
- 17
- Ausgang
der festen Übersetzungsstufe
- 18
- Stirnrad
- 19
- Stirnradzug
- 20
- zweiter
Ausgang
- 21
- Eingang
des zweiten Überlagerungsgetnebes
- 22
- zweiter
Eingang der zweiten Überlagerungsgetnebes
- 23
- feste Übersetzungsstufe
- 24
- Stirnradzug
- 25
- erstes
Stirnrad
- 26
- Verbindungswelle
- 27
- kraftschlüssiges Zugmittelgetriebe
- 28
- Scheibenanordnung
- 29
- Scheibenanordnung
- 30
- Zugmittel
- 31
- Planetenradsatz
- 32
- Planetenradsatz
- 31.1,
32.1
- Sonnenrad
- 31.2,
32.2
- Hohlrad
- 31.3,
32.3
- Planetenräder
- 31.4,
32.4
- Steg
- 40
- Mittel
zur Beeinflussung des Übersetzungsverhältnisses
am
-
- stufenlosen
Getriebe
- 41
- Anfahrelement
- 42
- Übertragungsglied
- 43
- Außenumfang
- 44
- Profilierung
- 45
- Profilierung
- 46
- Außenumfang
- 47
- Spannvorrichtung
- 48
- Verstellgetriebe
- 49
- Stirnrad
- 50
- Stirnrad
- 51
- Stirnrad