DE19627407A1 - Continuously variable belted transmission e.g. for tractors and working machines - Google Patents

Continuously variable belted transmission e.g. for tractors and working machines

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DE19627407A1 DE1996127407 DE19627407A DE19627407A1 DE 19627407 A1 DE19627407 A1 DE 19627407A1 DE 1996127407 DE1996127407 DE 1996127407 DE 19627407 A DE19627407 A DE 19627407A DE 19627407 A1 DE19627407 A1 DE 19627407A1
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Abstract

The continuously variable transmission has a variable belt drive (10) with the input cones (8) driven by a gearing from the input shaft (12). The output drive (20) from the belt drive is connected to a summation gearing (18) by a clutch (K2) while the input drive shaft (2) is connected to the summation gearing by a freewheel clutch (K1).. A fixed ratio gear box is included in the summation drive, with a clutch (K3) to shunt the fixed ratios. The fixed ratio gear box has a layshaft (1) coaxial to the input drive shaft and operates with synchromesh (19). A control clutch (11) couples the input drive to a PTO. The summation gearing comprises a single stage planetary gearing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe mit einem stufenlos regelbaren Leistungszweig und mit einem Summierungsgetriebe, das hydraulisch betätigbare kraft­ schlüssige Schaltelemente aufweist, wobei ein Primärkegel­ scheibenpaar eines Variators mit der Eingangswelle für das Getriebe in Verbindung steht und ein Sekundärkegelscheiben­ paar mit dem Primärkegelscheibenpaar über ein Umschlin­ gungsorgan verbunden ist.The present invention relates to a transmission a continuously variable power branch and with one Summation gear, the hydraulically operated force has coherent switching elements, with a primary cone disc pair of a variator with the input shaft for the Gearbox communicates and a secondary cone pulley couple with the pair of primary conical pulleys over a loop is connected.

Bei Getrieben mit einem Leistungszweig mit stufenlos regelbarer Drehzahl und mit einem Leistungszweig mit kon­ stanter Drehzahl summiert ein Summierungsgetriebe die Lei­ stung der beiden Leistungszweige und leitet sie gegebenen­ falls über ein mechanisches Schaltgetriebe zu einem Fahr­ zeugantrieb, beispielsweise zum Antrieb eines Traktors.For transmissions with a power branch with stepless adjustable speed and with a power branch with con constant speed, a summation gear adds up the lei of the two service branches and leads them given if via a mechanical gearbox to a drive tool drive, for example to drive a tractor.

Es sind zahlreiche Getriebe bekannt, bei denen ein Hydrostat mit einer Pumpe und mit einem Hydromotor den stu­ fenlos regelbaren Leistungszweig bildet. Ist der mechani­ sche Leistungszweig durch eine Kupplung unterbrochen, so überträgt der hydraulische Leistungszweig die gesamte Lei­ stung. Ist der Hydrostat auf Null gestellt, so überträgt der mechanische Leistungszweig die gesamte Leistung. Zwi­ schen diesen beiden Betriebspunkten wird die Leistungsauf­ teilung von der Ansteuerung des Hydrostaten bestimmt und somit die Abtriebsdrehzahl stufenlos geregelt. Derartige Getriebe werden u. a. für Traktoren und Arbeitsmaschinen verwendet. Numerous gears are known in which a Hydrostat with a pump and with a hydromotor the stu forms an infinitely variable power branch. Is the mechani cal power branch interrupted by a clutch, see above the hydraulic power branch transfers the entire lei stung. If the hydrostat is set to zero, it transmits the mechanical power branch the total power. Two The power consumption is between these two operating points division determined by the control of the hydrostatic and thus the output speed is continuously regulated. Such Gearboxes are a. for tractors and work machines used.  

Bei anderen Getrieben der eingangs genannten Art bil­ det ein mechanisch stufenloses Getriebe, z. B. ein Variator als Umschlingungsgetriebe den stufenlos regelbaren Lei­ stungszweig. Da diese Getriebe nicht auf die Drehzahl Null verstellt werden können, eigenen sie sich nur mit einer Anfahrkupplung für einen Fahrantrieb mit Brennkraftmaschi­ ne.In other transmissions of the type mentioned bil det a mechanically continuously variable transmission, for. B. a variator as a belt transmission, the continuously adjustable Lei branch. Because this gearbox is not at zero speed can only be adjusted with one Starting clutch for a traction drive with internal combustion engine no

Grundsätzlich gilt für beide Getriebearten, daß der Aufwand und die Größe des stufenlos regelbaren Leistungs­ zweigs um so größer ist je höher das zu übertragende Drehmoment und je größer der Wandlungsbereich ist. Um den Variator klein zu halten, wird der Gesamtübersetzungsbe­ reich des Getriebes durch schaltbare Getriebestufen in meh­ rere Vorwärts- und Rückwärtsfahrbereiche unterteilt. In jedem Fahrbereich durchfährt der Variator seinen gesamten Verstellbereich vom Maximum zum Minimum oder umgekehrt. In den Endstellungen erreichen die zu schaltenden Schaltele­ mente des Getriebes Synchrondrehzahlen, so daß ruckfrei und ohne Lastunterbrechung geschaltet werden kann.Basically applies to both types of gearbox that the Effort and the size of the continuously variable power branch, the larger the higher that is to be transmitted Torque and the larger the conversion range. To the Keeping the variator small is the overall translation factor range of the transmission through switchable gear stages in meh divided forward and reverse driving ranges. In the variator traverses its entire range Adjustment range from maximum to minimum or vice versa. In the switching positions to be switched reach the end positions elements of the gearbox synchronous speeds, so that smooth and can be switched without load interruption.

Der Schaltungsaufwand wächst jedoch mit der Anzahl der Schaltstufen, da hiermit auch die Anzahl der Schaltelemente zunimmt. In der Regel verwendet man kraftschlüssige Schal­ telemente in Form von nassen Lamellenkupplungen oder Lamel­ lenbremsen, die von hydraulischen Betätigungseinrichtungen mit Kolben und zahlreichen Dichtelementen geschaltet wer­ den. Ihre Leerlaufverluste sind relativ groß, weil das Öl zwischen den Lamellen Schleppmomente verursacht.However, the amount of circuitry increases with the number of Switching stages, since this also means the number of switching elements increases. As a rule, non-positive scarf is used telemente in the form of wet multi-plate clutches or lamella len brakes by hydraulic actuators with pistons and numerous sealing elements the. Your idle losses are relatively large because of the oil caused drag moments between the slats.

In der älteren deutschen Patentanmeldung 196 21 200.6 vom 25.05.96 der Anmelderin wurde bereits ein Getriebe mit einem stufenlos regelbaren Leistungszweig und einem Summie­ rungsgetriebe sowie Schaltelementen vorgeschlagen, wobei das Primärkegelscheibenpaar eines Variators auf einer Vor­ gelegewelle angeordnet ist und über eine ins Schnelle über­ setzende Eingangskonstante mit einer Antriebswelle ange­ trieben wird, während das Sekundärkegelscheibenpaar des Variators mit einem Sonnenrad eines ersten Planetensatzes des Summierungsgetriebes in trieblicher Verbindung steht; das Summierungsgetriebe weist dabei vier Planetenträger auf, über die ein mechanisches leistungsverzweigtes Getrie­ be mit vier Vorwärts-Fahrbereichen und zwei Rückwärts- Fahrbereichen bei gleichzeitig kleinem Variator geschaffen wird.In the older German patent application 196 21 200.6 from 25.05.96 of the applicant has already been a gear a continuously variable power branch and a summie  tion gear and switching elements proposed, wherein the primary cone pulley pair of a variator on a front lay shaft is arranged and a quick over setting input constant with a drive shaft is driven while the secondary cone pulley pair of Variators with a sun gear of a first planetary gear set the summation gear is in driving connection; the summation gear has four planet carriers on, via a mechanical power split transmission be with four forward driving ranges and two reverse Driving areas created with a small variator becomes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein derar­ tiges Getriebe mit einem stufenlos regelbaren Leistungs­ zweig weiter zu vereinfachen und dadurch die Herstellungs­ kosten zu senken.The object of the present invention is a derar transmission with an infinitely variable output branch to further simplify and thereby the manufacturing cut costs.

Ausgehend von einem Getriebe der eingangs näher ge­ nannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Starting from a gearbox closer to the beginning named kind the solution of this task with the in characterizing part of claim 1 specified features; advantageous embodiments are in the subclaims described.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in den beiden Figuren zwei vorteil­ hafte Ausführungsbeispiele eines stufenlosen Getriebes mit einem Variator dargestellt sind; dabei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following the invention with reference to the drawing explained in more detail, two advantages in the two figures sticky embodiments of a continuously variable transmission a variator are shown; there are the same parts provided with the same reference numerals.

Das stufenlose Getriebe weist eine Antriebswelle 12 auf, die mit einer (nicht dargestellten) Antriebsmaschine, z. B. einer Brennkraftmaschine in Verbindung steht und die über ein Zahnradpaar 6, 7 ein Primärkegelscheibenpaar 8 eines Variators antreibt, der ferner ein Sekundärkegel­ scheibenpaar 9 aufweist, wobei die beiden Kegelscheibenpaa­ re über ein Umschlingungsorgan 10, z. B. eine Kette, einen Riemen oder ein Schubgliederband in Wirkverbindung stehen und wobei die Übersetzung des Variators stufenlos verstell­ bar ist, indem die Primärkegelscheiben 8 und/oder die Se­ kundärkegelscheiben 9 entsprechend verstellt werden.The continuously variable transmission has a drive shaft 12 which is connected to a drive machine (not shown), e.g. B. an internal combustion engine in connection and which drives a pair of primary conical disks 8 of a variator via a pair of gears 6 , 7 , which furthermore has a secondary cone pair of disks 9 , the two conical disk pairs re via a looping element 10 , e.g. B. a chain, a belt or a pusher belt are in operative connection and the translation of the variator is infinitely adjustable by the primary cone pulleys 8 and / or the secondary cone pulleys 9 are adjusted accordingly.

Hierzu dienen in der Regel hydraulische Stellorgane, die elektronisch von einem Mikroprozessor angesteuert wer­ den und zwar in Abhängigkeit von Motor-, Fahrzeug- oder Betriebsparametern unter Verwendung von geeigneten Kenngrö­ ßen, Kennfeldern oder Fuzzy-Regeln. Einzelheiten sind hier nicht dargestellt. Der Variator ist dabei der Hauptbestand­ teil des stufenlos regelbaren Leistungszweiges. Die Ein­ gangswelle 12 steht über das Primärkegelscheibenpaar 8 mit der Zapfwelle 2 in Verbindung, die wiederum über ein erstes Schaltelement K1 mit dem Summierungsgetriebe 18 in Wirkein­ griff bringbar ist. Ferner ist die Abtriebswelle 20 des Sekundärkegelscheibenpaars 9 über ein zweites Schaltele­ ment K2 ebenfalls mit dem Summierungsgetriebe 18 in Wir­ keingriff bringbar.This is usually done using hydraulic actuators, which are controlled electronically by a microprocessor, depending on engine, vehicle or operating parameters using suitable parameters, maps or fuzzy rules. Details are not shown here. The variator is the main component of the continuously variable power branch. The one input shaft 12 is connected via the primary conical pulley pair 8 to the PTO shaft 2 , which in turn can be brought into action via a first switching element K1 with the summation gear 18 . Furthermore, the output shaft 20 of the secondary conical pulley pair 9 can also be brought into engagement with the summation gear 18 via a second switching element K2.

Das Summierungsgetriebe 18, das von herkömmlichem Auf­ bau ist und daher hier nicht näher beschrieben wird, weist einen oder mehrere Planetensätze mit Sonnenräder, Planeten, Hohlrädern und Planetenträgern auf, auf denen die Planeten drehbar gelagert sind, wobei letztere mit den Sonnenrädern und den Hohlrädern in an und für sich bekannter Weise käm­ men. Das Summierungsgetriebe 18 steht über seine Abtriebs­ welle 3 mit dem Fahrantrieb des Traktors z. B. über ein Differential 17 in Verbindung; ein Summierungsgetriebe mit vier Planetensätzen, vier Kupplungen und zwei Bremsen ist ausführlich in der eingangs erwähnten, älteren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben.The summation gear 18 , which is of conventional construction and is therefore not described in more detail here, has one or more planetary gears with sun gears, planets, ring gears and planet carriers on which the planets are rotatably mounted, the latter with the sun gears and the ring gears in comb in a manner known per se. The summation gear 18 is on its output shaft 3 with the drive of the tractor z. B. via a differential 17 in connection; a summation gear with four planetary gear sets, four clutches and two brakes is described in detail in the applicant's earlier German patent application mentioned at the beginning.

Erfindungsgemäß enthält das stufenlose Getriebe nur einen Summierungsplanetensatz, der den ersten verzweigten Drehzahlbereich über das Schaltelement K1 und den zweiten, direkt vom Variator angetriebenen Drehzahlbereich über das Schaltelement K2 erzeugt. Diese zwei Bereiche werden nun über ein Vorgelege 1 im "L"-Bereich untersetzt und mit der Abtriebswelle 3 über eine dem stufenlosen Getriebe zugeord­ nete herkömmliche Synchronisieranordnung 19 verbunden, um so eine Vorwärtsfahrt V bzw. eine Rückwärtsfahrt R des da­ zugehörigen Traktors zu ermöglichen.According to the invention, the continuously variable transmission contains only one summation planetary gear set which generates the first branched speed range via the switching element K1 and the second speed range directly driven by the variator via the switching element K2. These two areas are now reduced by a countershaft 1 in the "L" area and connected to the output shaft 3 via a conventional synchronizing arrangement 19 associated with the continuously variable transmission, so as to enable a forward drive V or a reverse drive R of the associated tractor.

Nach Durchlaufen des zweiten Drehzahlbereiches, der dem zweiten Fahrbereich entspricht, sind die Drehzahlen der Welle des Vorgeleges 1 und der durchgehenden Zapfwelle 2 gleich, so daß das Schaltelement K3 das als Überbrückungs­ kupplung ausgestaltet ist, geschlossen werden und das Schaltelement K2 geöffnet werden kann. Dies bedeutet, daß die Abtriebswelle 3 mit der Zapfwelle 2 über die Synchroni­ sierstufe V der Synchronisieranordnung 19 in starrer Ver­ bindung steht und daß nunmehr der unbelastete Variator 8, 9, 10 zur Grundübersetzung zurückgefahren werden kann. An­ schließend wird der Variator über das Schaltelement K2 und die Synchronisierstufe S direkt mit der Abtriebswelle 3 verbunden, so daß nunmehr der dritte Drehzahlbereich er­ reicht wird und damit der dritte Fahrbereich gefahren wer­ den kann.After passing through the second speed range, which corresponds to the second driving range, the speeds of the shaft of the countershaft 1 and the continuous PTO shaft 2 are the same, so that the switching element K3 which is designed as a lock-up clutch can be closed and the switching element K2 can be opened. This means that the output shaft 3 is connected to the PTO shaft 2 via the synchronizing stage V of the synchronizing arrangement 19 in a rigid connection and that the unloaded variator 8 , 9 , 10 can now be retracted to the basic translation. At closing, the variator is connected directly to the output shaft 3 via the switching element K2 and the synchronizing stage S, so that now the third speed range is sufficient and thus the third driving range can be driven by anyone.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das erste Schaltelement K1, welches der ersten Be­ reichskupplung in Fig. 1 entspricht durch einen Freilauf F ersetzt, so daß der Antrieb im ersten Drehzahlbereich ent­ sprechend dem ersten Fahrbereich über diesen Freilauf F erfolgt. Wird das Ende dieses Fahrbereichs erreicht, so wird das Schaltelement K2 eingeschaltet, wonach sich die innere Welle 4 ständig schneller als das zugehörige Hohl­ rad 5 des Summierungsgetriebes dreht. Die übrigen Drehzahl­ bereiche entsprechend den Fahrbereichen werden gemäß Fig. 1 geschaltet.In the embodiment shown in Fig. 2, the first switching element K1, which corresponds to the first Be clutch in Fig. 1 is replaced by a freewheel F, so that the drive in the first speed range is accordingly the first driving range via this freewheel F. If the end of this range is reached, the switching element K2 is turned on, after which the inner shaft 4 constantly rotates faster than the associated hollow wheel 5 of the summation gear. The remaining speed ranges corresponding to the driving ranges are switched according to FIG. 1.

Eine Verflachung der Beschleunigungsrate während der Rücklaufzeit des Variators kann in der Steuerung über eine entsprechende Anpassung der Motordrehzahl der Brennkraftma­ schine korrigiert werden. Da alle Zahnräder, die mit der Welle des Vorgeleges 1 verbunden sind, im dritten Fahrbe­ reich leer laufen, kann das Schaltelement K3 in Form einer Überbrückungskupplung geschlossen bleiben. Dies bedeutet, daß die unbestimmten und möglichen hohen Drehzahlunter­ schiede zwischen Vorgelege 1 und Zapfwelle 2 vermieden wer­ den.A flattening of the acceleration rate during the ramp-down time of the variator can be corrected in the control via a corresponding adaptation of the engine speed of the internal combustion engine. Since all the gears that are connected to the shaft of the countershaft 1 run empty in the third driving region, the switching element K3 can remain closed in the form of a lock-up clutch. This means that the indefinite and possible high speed differences between the countershaft 1 and the PTO shaft 2 are avoided.

Eine Kupplung 11 kann die Zapfwelle 2 über eine Unter­ setzungsstufe mit Zahnrädern 13, 14 mit einem motordreh­ zahlabhängigen Zapfwellenausgang 15 verbinden zum Antrieb eines Hilfsaggregates 16.A clutch 11 can connect the PTO shaft 2 via a step-down gear with gear wheels 13 , 14 to an engine speed-dependent PTO shaft output 15 for driving an auxiliary unit 16 .

Mit der Erfindung wird also der Vorteil erzielt, daß die Anzahl der benötigten Planetensätze bzw. Kupplungen erheblich reduziert ist und daß das Summierungsgetriebe auf eine vereinfachte Vorgelegebauweise mit Synchronisierungen beschränkt ist.With the invention, the advantage is achieved that the number of planetary gear sets or clutches required is significantly reduced and that the summation gear on a simplified lay-up design with synchronizations is limited.

Claims (7)

1. Getriebe mit einem stufenlos regelbaren Leistungs­ zweig und mit einem Summierungsgetriebe, das hydraulisch betätigbare kraftschlüssige Schaltelemente aufweist, wobei ein Primärkegelscheibenpaar eines Variators mit der Ein­ gangswelle für das Getriebe in Verbindung steht und ein Sekundärkegelscheibenpaar mit dem Primärkegelscheibenpaar über ein Umschlingungsorgan verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine mit der Eingangswel­ le (12) in Verbindung stehende Zapfwelle (2) über ein er­ stes Schaltelement (K1) mit dem Summierungsgetriebe (18) in Wirkeingriff bringbar ist, und daß die Abtriebswelle (20) des Sekundärkegelscheibenpaars (9) über ein zweites Schal­ telement (K2) mit dem Summierungsgetriebe (18) in Wirkein­ griff bringbar ist.1.Gearbox with a continuously variable power branch and with a summation gearbox which has hydraulically actuated non-positive switching elements, a primary cone pulley pair of a variator being connected to the input shaft for the gearbox and a secondary cone pulley pair being connected to the primary cone pulley pair via a looping member, thereby ge indicates that a PTO shaft ( 2 ) in connection with the input shaft ( 12 ) can be brought into operative engagement with the summation gear ( 18 ) via a switching element (K1), and that the output shaft ( 20 ) of the pair of secondary cone pulleys ( 9 ) is above a second scarf telement (K2) with the summation gear ( 18 ) can be brought into action. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es ein Vorgelege (1) aufweist, wel­ ches über eine Synchronisieranordnung (19) mit der Ab­ triebswelle (3) in Verbindung steht und wahlweise eine Vor­ wärts- oder Rückwärtsfahrt ermöglicht.2. Transmission according to claim 1, characterized in that it has a countershaft ( 1 ) which wel ches via a synchronizing arrangement ( 19 ) with the drive shaft ( 3 ) in connection and optionally allows a forward or reverse drive. 3. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfwel­ le (2) mit dem Summierungsgetriebe (18) über ein drittes Schaltelement (K3) verbindbar ist.3. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the Zapfwel le ( 2 ) with the summation gear ( 18 ) via a third switching element (K3) can be connected. 4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement ein Freilauf (F) ist. 4. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the first Switching element is a freewheel (F).   5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schaltelement eine Überbrückungskupplung (K3) ist.5. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the third Switching element is a lock-up clutch (K3). 6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Summie­ rungsgetriebe (18) nur einen Planetensatz aufweist.6. Gearbox according to one of the preceding claims, characterized in that the summation gearbox ( 18 ) has only one planetary gear set. 7. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfwel­ le (2) über eine zuschaltbare Kupplung (11) mit einem Zapf­ wellenausgang (15) zum Antrieb eines drehzahlabhängigen Hilfsaggregates (16) in Verbindung steht.7. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the Zapfwel le ( 2 ) via a switchable clutch ( 11 ) with a PTO shaft output ( 15 ) for driving a speed-dependent auxiliary unit ( 16 ) is connected.
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