DE3605203A1 - Continuously variable torque-splitting compound power-shift transmission with range changes - Google Patents
Continuously variable torque-splitting compound power-shift transmission with range changesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein stufenlos einstellbares leistungsverzweigendes Verbund-Lastschaltgetriebe mit Gruppenschaltungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a continuously variable power split Composite powershift transmission with group shifts according to the preamble of claim 1.
Solche Getriebe eignen sich für Fahrzeuge. Sie wirken wie stufenlose Getriebe mit einem relativ großen Verstellbereich und erlauben daher den Betrieb der Brennkraftmaschine entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchskurve. Da sie außerdem verhältnismäßig gute Wirkungsgrade haben, läßt sich Kraftstoff einsparen. Da keine Zugkraftunterbrechung erfolgt, weisen sie auch ein überlegenes Beschleunigungsverhalten auf. Ihre automatische Betriebsweise trägt zum Komfort des Fahrens bei.Such gears are suitable for vehicles. They look like continuously variable transmission with a relatively large adjustment range and therefore allow the operation of the internal combustion engine along the minimum fuel consumption curve. Since they are also proportionate have good efficiencies, fuel can save on. Since there is no interruption in traction, they point also a superior acceleration behavior. Your automatic Operating mode contributes to the comfort of driving.
Die deutsche Patentschrift 31 47 447 C2 und die europäische Anmeldung mit der Nr. 8 21 10 563.2 zeigen mit Fig. 1 ein hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigung. Die An- und Abtriebswellen 1; 2 liegen in dieser Figur koaxial. Die Stegwelle s stellt die Koppelwelle E und die Hohradwelle 2″ die Koppelwelle A dar. Die Koppelwelle E treibt den 1., 3. und R-Gang und die Koppelwelle A den 2. und 4. Gang des nachgeordneten Schaltgetriebes. Soll nun die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht und der Gesamtverstellbereich auch noch erweitert werden, wie das bei Nutzfahrzeugen im Vergleich zu Personenkraftwagen der Fall ist, muß entweder das Stellgetriebe, hier das hydrostatische Getriebe mit den Verdrängermaschinen a, b vergrößert oder aber die Anzahl der Gänge im Schaltgetriebe erhöht werden. Erstere Maßnahme führt zu größeren hydrostatischen Leistungsflüssen und damit auch zu schlechteren Wirkungsgraden und im allgemeinen auch zu mehr Gewicht und Bauraum. Die Erhöhung der Anzahl der Gänge ist daher von Vorteil. Nach Fig. 1 der erwähnten Schriften würde man bei einem 8-Gang-Schaltgetriebe zusätzlich 8 Räder und zwei weitere Doppelkupplungen und bei einem 12-Gang-Schaltgetriebe sogar zusätzlich 16 Räder und vier weitere Doppelkupplungen benötigen. The German patent 31 47 447 C2 and the European application No. 8 21 10 563.2 show with FIG. 1 a hydrostatic-mechanical adjusting coupling gear with power branching on the input side. The input and output shafts 1; 2 are coaxial in this figure. The web shaft s, the coupling shaft E and the Hohradwelle 2 "represents the coupling shaft A. The coupling shaft E drives the 1st, 3rd and reverse gear and the coupling shaft A 2nd and 4th gear of the downstream transmission. If the output of the internal combustion engine is to be increased and the total adjustment range is to be expanded, as is the case with commercial vehicles in comparison to passenger cars, either the actuating gear, here the hydrostatic gear with the displacement machines a, b , must be increased or the number of gears in the Manual transmission can be increased. The former measure leads to greater hydrostatic power flows and thus also to lower efficiency levels and in general also to more weight and installation space. Increasing the number of gears is therefore an advantage. According to FIG. 1 of the documents mentioned, an 8-speed manual transmission would additionally require 8 wheels and two further double clutches and, in a 12-speed manual transmission, an additional 16 wheels and four further double clutches.
Aus der DE-OS 28 02 166 ist es bekannt, Zahnradwechselgetriebe in Gruppenbauweise auszuführen, womit bei vielen Gangstufen eine Reduktion des Bauaufwands, insbesonderes der erforderlichen Zahnradpaare, erzielbar ist. Dieses bekannte Getriebe weist ein Schaltgetriebe mit vier Vorwärts- und einem Rückwärtsgang auf, während für die Gruppenschaltung zwei Gruppengänge in Form eines Nachschaltgetriebes vorgesehen sind. An- und Abtriebswelle sind dabei koaxial angeordnet, die als Doppelkupplungen ausgebildeten Schaltkupplungen im Schaltgetriebe sind auf einer Vorgelegewelle angeordnet, während die Schaltkupplungen der zwei Gruppengänge auf der Abtriebswelle vorgesehen sind. Die zwei antriebsseitigen Zahnräder der Gruppengänge sind dabei fest auf der einzigen Vorgelegewelle des Schaltgetriebes angeordnet. Sowohl die Schaltkupplungen des Schaltgetriebes als auch die Schaltkupplungen der Gruppengänge können mit Synchronisiereinrichtungen versehen sein. - Dieses bekannte Getriebe erlaubt kein Schalten unter Last und auch keine stufenlose Einstellung der Abtriebsdrehzahl.From DE-OS 28 02 166 it is known to change gear to be carried out in a group construction, with which at many gears a reduction in the construction effort, in particular the necessary Gear pairs can be achieved. This known transmission has one Manual transmission with four forward and one reverse gear, while for group switching two group courses in the form of one Rear transmission are provided. Input and output shaft are arranged coaxially, designed as double clutches Clutches in the manual transmission are on a countershaft arranged while the clutches of the two group gears are provided on the output shaft. The two drive side Gears of the group gears are fixed on the single countershaft arranged of the gearbox. Both the clutches of the gearbox and the clutches the group corridors can be equipped with synchronization devices be. - This known transmission does not allow shifting under load and also no continuous adjustment of the output speed.
Aus der DE-OS 29 04 019 ist weiterhin ein stufenlos einstellbares, leistungsverzweigendes Verbund-Lastschaltgetriebe bekannt, das weitgehend der gattungsgemäßen Art entspricht. Dieses Getriebe weist 6-Vorwärts- und einen Rückwärtsgang auf. Für die 6 Vorwärtsgänge sind 6 Zahnradpaarungen mittels 9 Zahnrädern vorgesehen, was - bei der Auslegung auf 6 Vorwärtsgänge - sowohl gegenüber dem in der DE-PS 31 47 447 vorgeschlagenen, als auch gegenüber dem erfindungsgemäßen Konzept eine Verringerung um 3 Zahnräder ermöglicht. Allerdings sind hierfür 10 Schaltkupplungen vorzusehen, wohingegen beim Konzept nach der DE-PS 31 47 447 und der Erfindung jeweils nur 6 Schaltkupplungen vorzusehen wären.From DE-OS 29 04 019 a continuously adjustable, power-split compound powershift transmission known, which largely corresponds to the generic type. This Transmission has 6 forward and one reverse gear. For the 6 forward gears are 6 gear pairs by means of 9 gears provided what - when designed for 6 forward gears - both compared to that proposed in DE-PS 31 47 447, as a reduction compared to the inventive concept enabled by 3 gears. However, there are 10 clutches for this to be provided, whereas with the concept after the DE-PS 31 47 447 and the invention each have only 6 clutches would have to be provided.
Die Reduzierung der schaltbaren Zahnräder gegenüber der DE-PS 31 47 447 ist dabei deshalb möglich, weil für den ersten und zweiten Gang schon eine Art Gruppenschaltung vorgesehen ist, und zwar in Form einer Vorschaltstufe, wobei für den ersten und zweiten Gang die Zahnräder des dritten bzw. vierten Ganges mitbenutzt werden. The reduction of switchable gears compared to the DE-PS 31 47 447 is therefore possible because for the first and second gear a kind of group connection is already provided, namely in the form of a ballast, whereby for the first and second gear shared the gears of the third and fourth gear will.
Als Gruppengang für den ersten und zweiten Gang sind dabei die Zahnradpaare 47/41 bzw. 39/41 anzusehen, wobei die ineinandergreifenden Nabenhülsen der Zahnräder 41 und 42 im miteinandergekuppelten Zustand eine Art Vorgelegewelle bilden. Die im Sinne des Erfindunsgegenstandes andere Vorgelegewelle wird dabei jeweils durch die direkt (also ohne weitere Übersetzungsstufe, d. h. mit der Gruppenübersetzung i = 1) mit der Ausgangswelle zu verbindenden Naben der Zahnräder 42, 48 gebildet. Weiterhin weist dieses Getriebe auch schon das Merkmal des Anspruchs 7 auf, daß das stufenlose Stellgetriebe des Koppelgetriebes über Schaltkupplungen mit den Zahnrädern des Koppelgetriebes verbindbar ist.The gear pairs 47/41 and 39/41 are to be regarded as a group gear for the first and second gear, the intermeshing hub sleeves of the gear wheels 41 and 42 forming a type of countershaft in the coupled state. The countershaft, which is different in the sense of the subject matter of the invention, is formed in each case by the hubs of the gear wheels 42, 48 which are to be connected directly (that is to say without a further transmission stage, ie with the group transmission i = 1) to the output shaft. Furthermore, this transmission also already has the feature of claim 7 that the continuously variable transmission of the coupling transmission can be connected to the gear wheels of the coupling transmission by means of clutches.
Aus Fig. 5 und 6 der DE-OS 22 27 718 ist es bekannt, bei einem stufenlos einstellbaren, leistungsverzweigenden Verbund-Lastschaltgetriebe der gattungsgemäßen Art, aber ohne ein den Koppelwellen zugeordnetes Schaltgetriebe mit einer Ganggruppe, ein Reduktionsgetriebe in Planetenbauweise nachzuschalten, das für den Abtrieb der einen Koppelwelle (Hohlrad 34) der Wirkung nach wie zwei Gruppengänge arbeitet, denn diese eine Koppelwelle ist dort so mit dem Planetenreduktionsgetriebe verbindbar, daß in einem ersten Fahrbereich eine Reduktion der Abtriebswellendrehzahl gegenüber der Koppelwellendrehzahl erfolgt, während in einem dritten Fahrbereich das Reduktionsgetriebe in Blockumlauf geschaltet wird, wodurch die Abtriebswellendrehzahl gleich der Koppelwellendrehzahl wird. - Diese Schaltungsweise des Reduktionsgetriebes mit der einen Koppelwelle entspricht z. B. der Schaltungsweise im 4. und 8. Gang des Ausführungsbeispiels Fig. 7 der Erfindung.From Fig. 5 and 6 of DE-OS 22 27 718 it is known, adjustable steplessly in a, power-splitting composite powershift transmission of the generic type, but nachzuschalten without the coupling shafts associated gearbox with a gear group, a reduction gear of a planetary design, which for the Output of a coupling shaft (ring gear 34 ) works like two group gears, because this coupling shaft can be connected to the planetary reduction gear in such a way that the output shaft speed is reduced compared to the coupling shaft speed in a first driving range, while in a third driving range the reduction gear in Block circulation is switched, whereby the output shaft speed is equal to the coupling shaft speed. - This switching mode of the reduction gear with a coupling shaft corresponds to z. B. the switching mode in 4th and 8th gear of the embodiment Fig. 7 of the invention.
Die Erfindung der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 geht von der Aufgabenstellung aus, den für die Erhöhung der Gangzahl festgestellten Aufwand zu reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter anderem durch den kennzeichnenden Teil des 1. Anspruches gelöst. Hier heißt es in P 35 12 523.3-12: "dadurch gekennzeichnet, daß für den letzten Gang innerhalb der Ganggruppe eine Vorgelegewelle (19) und für die übrigen Gänge der Ganggruppe eine andere Vorgelegewelle (18) vorhanden ist, wobei diese beiden Vorgelegewellen (18, 19) über eine Schaltkupplung (S 3) miteinander verbindbar sind und wobei diese Vorgelegewellen Antriebswellen verschiedener Gruppengänge darstellen, und daß in bekannter Weise diejenigen Schaltkupplungen Synchronisiereinrichtungen aufweisen, die die jeweils leerlaufende Rädergruppe ansynchronisieren müssen."The invention of patent application P 35 12 523.3-12 is based on the task of reducing the effort found for increasing the number of gears. This object is achieved, inter alia, by the characterizing part of claim 1. P 35 12 523.3-12 states: "characterized in that there is a countershaft ( 19 ) for the last gear within the gear group and another countershaft ( 18 ) for the other gears in the gear group, these two countershafts ( 18 , 19 ) can be connected to one another via a clutch ( S 3 ) and these countershafts represent drive shafts of different group gears, and that in a known manner those clutch clutches have synchronization devices which have to synchronize the idling gear group. "
Die Zusatzerfindung stellt sich die Aufgabe, den Aufwand des Getriebes nach Fig. 1 der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 zu verkleinern. Insbesondere soll die Hohlwelle 18 verkürzt werden.The additional invention has the task of reducing the effort of the transmission according to FIG. 1 of patent application P 35 12 523.3-12. In particular, the hollow shaft 18 is to be shortened.
Diese Aufgabe wird - ausgehend von einem Stand der Technik nach der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 - durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This task is based on a state of the art the patent application P 35 12 523.3-12 - by the in the mark of the features listed solved.
Aus der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 geht hervor, daß das stufenlos einstellbare, leistungsverzweigende Koppelgetriebe in bekannter Weise aus den Planetenradstufen I und II besteht, die zu einem vierwelligen Umlaufgetriebe gekoppelt sind. Mit den Bezeichnungen ϕ für Einzelstellverhältnis, i 0 für Standübersetzung und z für Zähnezahlen sowie den Indizes 1 für Sonnrad, 2 für Hohlrad gelten die Beziehungen From the patent application P 35 12 523.3-12 it emerges that the continuously adjustable, power-branching coupling gear consists in a known manner of the planetary gear stages I and II , which are coupled to form a four-shaft epicyclic gear. The relationships apply with the designations ϕ for the individual position ratio, i 0 for the gear ratio and z for the number of teeth, and the indices 1 for the sun gear and 2 for the ring gear
Die Gleichungen treffen für Anschluß des stufenlosen Stellgetriebes, z. B. des hydrostatischen Getriebes, an die Antriebswelle an zu. Sie machen deutlich, daß bei kleinen Einzelstellverhältnissen ϕ die Standübersetzungen groß werden. Sie lassen sich dann nur noch durch die Verwendung von gestuften Planetenrädern realisieren. Solche Planetenradstufen bauen aber groß im Durchmesser und daher auch schwer.The equations meet for connecting the continuously variable transmission, z. B. of the hydrostatic transmission, to the drive shaft on to. They make it clear that the stand ratios become large with small individual positioning ratios ϕ . You can then only be realized by using stepped planet gears. However, such planetary gear stages are large in diameter and therefore heavy.
Die Zusatzerfindung stellt sich daher die weitere Aufgabe, bei kleinen Werten für ϕ den Durchmesser des für das stufenlos einstellbare, leistungsverzweigende Koppelgetriebe benötigten vierwelligen Umlaufgetriebes zu verkleinern. The additional invention therefore has the further task of reducing the diameter of the four-shaft epicyclic gear required for the continuously variable, power-branching coupling gear when the values for ϕ are small.
Diese Aufgabe wird - ausgehend von einem Stand der Technik nach der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 - entweder durch die im Kennzeichen des Anspruches 2 oder durch die im Kennzeichen des Anspruches 3 aufgeführten Merkmale gelöst.This task is based on a state of the art the patent application P 35 12 523.3-12 - either by the im Characteristic of claim 2 or by the in the characteristic of Claim 3 features solved.
Für das Konzept nach Anspruch 2 mit Anschluß des stufenlosen Stellgetriebes an die Antriebswelle an gelten für die Standübersetzungen die Beziehungen For the concept of claim 2 with connection of the continuously variable transmission, the parking relationships apply to the drive shaft on the stationary ratios
Eine Standübersetzung darf frei gewählt werden.A stand translation can be chosen freely.
Hingegen lauten für das Konzept nach Anspruch 3 mit Anschluß des stufenlosen Stellgetriebes an die Antriebswelle an die Gleichungen für die Standübersetzungen In contrast, are for the concept of claim 3 with connection of the continuously variable transmission to the drive shaft to the equations for the stand translations
Hier muß man i 0I oder i 0II vorgeben.Here you have to specify i 0I or i 0II .
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach Anspruch 1. Sie unterscheidet sich zur Fig. 1 der Hauptanmeldung dadurch, daß jetzt der 1. und 3. Gang in ihrer Lage vertauscht sind und sich nur die Räder 8 und 22 auf der Hohlwelle 18 befinden, während die Räder 10, 12, 14 und 17 auf der Vollwelle 19 sitzen. Fig. 10 shows an embodiment according to claim 1. It differs from Fig. 1 of the main application in that now the 1st and 3rd gear are reversed in position and only the wheels 8 and 22 are on the hollow shaft 18 while the wheels 10, 12, 14 and 17 sit on the solid shaft 19 .
In Fig. 10 bilden die Räder 7, 8 den 1. Gang, die Räder 9, 10 den 2. Gang, die Räder 11, 12 den 3. Gang, die Räder 13, 14 den 4. Gang und die Räder 15, 16, 17 den Rückwärtsgang innerhalb der Ganggruppe. Rad 16 ist ein Schieberad. Rad 15 sitzt fest auf der Schiebehülse der Doppel-Schaltzahnkupplung S 1 für den 1. und 3. Gang. Die Doppel- Schaltzahnkupplung S 2 steht für den 2. und 4. Gang zur Verfügung. Die Schaltzahnkupplung mit Synchronisiereinrichtung S 3 verbindet die Vorgelegewelle 18 und 19. Die Vorgelegewelle 19 steht mit den Rädern 20, 21 des 1. Gruppenganges und die Vorgelegewelle 18 mit den Rädern 22, 23 des 2. Gruppenganges in Verbindung. Die Schaltzahnkupplung mit Synchronisiereinrichtung S 4 kann den 1. Gruppengang und die Schaltzahnkupplung mit Synchronisiereinrichtung S 5 den 2. Gruppengang mit der Hauptabtriebswelle ab verbinden.In Fig. 10, the wheels 7, 8 to 1st gear, the wheels 9, 10 to 2nd gear, the wheels 11, 12 the 3rd gear, the wheels 13, 14 to 4th gear and the wheels 16 form 15, , 17 the reverse gear within the gear group. Wheel 16 is a sliding wheel. Wheel 15 is firmly seated on the sliding sleeve of the double shift clutch S 1 for 1st and 3rd gear. The double shift clutch S 2 is available for 2nd and 4th gear. The shift tooth clutch with synchronizing device S 3 connects the countershafts 18 and 19 . The countershaft 19 is connected to the wheels 20, 21 of the 1st group gear and the countershaft 18 is connected to the wheels 22, 23 of the 2nd group gear. The switching gear coupling with synchronizer S 4 can the first group gear and the switching gear coupling with synchronizer S 5 the second group gear with the main output shaft from connecting.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Räder 11, 12 und 15, 16, 17 zusätzlich auf der Hohlwelle 18 anzuordnen. Es befinden sich dann der erste Gang innerhalb der Ganggruppe auf der Vorgelegewelle 18 und der letzte Gang auf der Vorgelegewelle 19, wobei die übrigen Gänge der Ganggruppe sich auf beide Vorgelegewellen verteilen. Alternatively, there is also the possibility of additionally arranging the wheels 11, 12 and 15, 16, 17 on the hollow shaft 18 . The first gear within the gear group is then on the countershaft 18 and the last gear on the countershaft 19 , the other gears of the gear group being distributed over both countershafts.
Als Ausführungsbeispiele für vierwellige Umlaufgetriebe zeigen Bild 11 ein Konzept gemäß Anspruch 2 und Bild 12 ein Konzept gemäß Anspruch 3.As exemplary embodiments for four-shaft epicyclic gears, Figure 11 shows a concept according to claim 2 and Figure 12 shows a concept according to claim 3.
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