WO2008155070A1 - Getriebebaueinheit, insbesondere mehrbereichsgetriebe - Google Patents

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WO2008155070A1
WO2008155070A1 PCT/EP2008/004765 EP2008004765W WO2008155070A1 WO 2008155070 A1 WO2008155070 A1 WO 2008155070A1 EP 2008004765 W EP2008004765 W EP 2008004765W WO 2008155070 A1 WO2008155070 A1 WO 2008155070A1
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shaft
transmission
gear set
transmission unit
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Dieter Glöckler
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Gloeckler Dieter
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    • F16H2037/0866—Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
    • F16H2037/0873—Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft with switching, e.g. to change ranges

Definitions

  • Transmission unit in particular multi-range transmission
  • the invention relates to a transmission assembly, in particular a multi-range transmission, in detail with the features of the preamble of claim 1.
  • the embodiment according to the document DE 197 55 612 A1 comprises a transmission input shaft, a coupled to the transmission input shaft and the transmission output shaft continuously variable transmission in the form of a traction mechanism, which has an input and an output, wherein the input is rotatably connected to the transmission input shaft, a fixed Translation stage and a superposition gear with a first input stage, which is rotatably connected to the output of the continuously variable transmission. Further, a second input stage is provided, which is selectively connectable by means of a first clutch via the fixed gear ratio with the transmission input shaft and an output stage which is rotatably coupled to the transmission output shaft.
  • the fixed gear ratio stage on the drive side is rotatably coupled to the transmission input shaft and with respect to the fixed gear stage on the output side, the first clutch arranged such that either the second input stage of the superposition gear output side with the fixed transmission gear combines.
  • the stepless transmission is directly coupled to the transmission input and thus the drive shaft and thus always to the speed of the drive machine.
  • a relief of the superposition gear in a range of higher speeds of the output shaft or lower ratios of the continuously variable transmission is achieved in that a second clutch is provided which optionally connect the first input stage with the output stage of the superposition gear 2.
  • the stepless transmission can transmit only a maximum allowable torque depending on its dimensions, otherwise at very high loads inadmissible large slip conditions are observed, which lead to increased wear on the traction device. Due to the direct coupling of the continuously variable transmission to the transmission input but this is always exposed to prevailing at the transmission input ratios. That is, the input of the CVT is applied to the speed at the transmission input and thus the prime mover.
  • the gear unit is also designed as a superposition gear unit.
  • This includes a transmission input and a transmission output, further arranged between the transmission input and transmission output and coupled to a four-shaft planetary gear superposition gearbox. Between the first superposition gearing and the second superposition gearing, a continuously variable transmission in the form of a traction mechanism transmission is also interposed.
  • Each planetary gear includes a sun gear, a ring gear, planetary gears and a bridge. The individual waves are formed by the sun gear, ring gear or bridge of the respective superposition gearing.
  • the transmission input is thereby rotatably connected to a first shaft of the first superposition gearing and a first shaft of the second superposition gearing.
  • the transmission output is rotatably connected to a second shaft of the first superposition gearing and a second shaft of the second superposition gearing.
  • Planetary gear takes place by coupling the first and second shafts of the first and second superposition gear.
  • the individual waves take on the function of inputs and outputs depending on the BethebsSullivan.
  • means for changing the transmission ratio are provided on the traction mechanism. It shows one of the two
  • the double-barreled design offers the advantage that, in the case of an increase in rotational speed caused by this, coupled to the continuously variable transmission output, in particular ring gear, this planetary gear corresponding to the design of the other planetary reduction due to the coupled with the continuously variable transmission output of the other planetary gear, particular ring gear causes. According to this embodiment, however, it is not possible to operate the continuously variable transmission over the entire operating range several times at maximum rotational speed.
  • Planetary gear three spur gears, two clutch devices and a Variable transmission.
  • the output shaft is optionally connected by means of the two coupling devices with the sun or Hohlradwelle.
  • the invention has for its object to provide a multi-range transmission comprising a mechanical and a continuously variable transmission part, in particular in the form of a traction mechanism and planetary gear sets, which is characterized on the one hand by a high overall spread and further by a relatively simple and space-saving construction in the axial direction. Furthermore, a very high discharge in the second operating range with a large proportion of time, which corresponds to the operating range which is outside the starting range and corresponds to the main operating range when used in vehicles, must be considered. Furthermore, with the coupling structure according to the invention also a geared neutral should be possible, so that under certain circumstances can be dispensed with additional means for realizing the reverse drive.
  • the transmission module in particular the multi-range transmission, comprising at least one input and at least one output, further comprising a disposed between the input and the output continuously variable transmission part and a mechanical transmission part, wherein the mechanical transmission part comprises a four-shaft planetary gear consisting of a first planetary gear set and a second planetary gear set consists, each comprising a first, second and third wave, the first waves of both planetary gear sets are connected to the input and the other waves of the respective planetary gear respectively indirectly rotatably connected to the continuously variable transmission and to the output A connected or connectable.
  • the mechanical transmission part comprises a four-shaft planetary gear consisting of a first planetary gear set and a second planetary gear set consists, each comprising a first, second and third wave, the first waves of both planetary gear sets are connected to the input and the other waves of the respective planetary gear respectively indirectly rotatably connected to the continuously variable transmission and to the output A connected or connectable.
  • the continuously variable transmission is thus arranged with respect to the power flow between the superposition gear and the output.
  • the first shaft of the first planetary gear is preferably non-rotatably connected to the input.
  • Coupling devices K1 and K2 which are selectively and alternately actuated, can be connected together to form a four-shaft planetary gear set.
  • the first clutch device K1 is arranged between the first shaft of the second planetary gear set and the input, and the second clutch device K2 between the output and in each case one shaft of the first and second planetary gear sets, the second shaft of the second planetary gear set and the third shaft of the first planetary gear set being non-rotatable with each other are connected and the second shaft of the second planetary gear set and the third shaft of the first planetary gear set are each formed by the ring gears of the two planetary gear sets.
  • the solution according to the invention makes possible a gear construction which is characterized by a compact axial length.
  • the two planetary gear sets are arranged spatially close to each other.
  • the described transmission configuration with a corresponding design in particular the second planetary gear set and a geared neutral can be realized, which can be dispensed in a particularly advantageous manner to a separate arrangement for the realization of a reverse gear.
  • both Ring gears summarized in an integral unit or it is only provided a common ring gear.
  • the diameter and the design are the same for both. It is also conceivable, however, according to the design of the first and second planetary gear to execute the ring gears with different diameters, so that the structural unit is then characterized by at least two sections of different diameters.
  • the first shafts of the first and the second planetary gear set are rotatably coupled together with the clutch device K1 closed and are also connected to the input of the gear unit.
  • the first waves are each formed by the bridge.
  • the second shaft of the first planetary gear set and the second shaft of the second planetary gear set are connected to the continuously variable transmission part, wherein the second shaft of the second planetary gear set is additionally selectively connectable with the transmission output A via the second clutch device K2.
  • the third shaft of the first planetary gear set is connectable via the second clutch device K2 to the output and further connected to the continuously variable transmission.
  • Coupling devices K1, K2 comprises a first coupling part, which is connected to the corresponding shafts of the planetary gear and an output part.
  • the coupling between the planetary gear and the continuously variable transmission does not take place directly, but preferably via gear ratios over which an over- as well as reduction can be achieved, the ratio can also be 1: 1.
  • the gear ratios are performed in the simplest case as Stirnradmen each with even or odd number of intermeshing spur gears, wherein a spur gear is rotatably connected to a respective shaft of the planetary, preferably a structural unit with this forms.
  • the continuously variable transmission is preferably a traction mechanism. It may be a positive or positive traction mechanism. In the simplest case, this will comprise two disc arrangements, over which a traction means, for example in the form of a belt or push belt, runs, which works with adhesion. Other versions are conceivable.
  • Gear associated with appropriate means can be designed mechanically, hydraulically, electro-pneumatically depending on the design of the continuously variable transmission. Other possibilities are also conceivable.
  • gear associated with appropriate means can be designed mechanically, hydraulically, electro-pneumatically depending on the design of the continuously variable transmission. Other possibilities are also conceivable.
  • When designed as a traction mechanism means for adjusting the Variatorabstandes or the running radius for the traction means are provided on the individual disc assemblies.
  • the transmission input is preferably coaxial, but may also be concentric with the individual elements, continuously variable transmission, mechanical transmission part. Furthermore, between the input and the output coaxial or
  • the transmission according to the invention is by the two coupling devices, which are selectively switchable, wherein the operation is usually carried out alternately, but will be done to avoid interruption of traction preferably at synchronism superimposed, by two operating ranges characterized, a first operating range, which is associated with the first clutch device and describes the starting range and a second operating range, which corresponds to the operating range that is used outside the starting range.
  • the design of the individual operating areas follows through the design of the planetary gear sets, in particular the design of the sun gears.
  • the spread in the second driving range can be varied. Preferably, this is chosen to be very small.
  • the inventive design it is possible that on the one hand a very high overall spread for both driving ranges is achieved together and also in both driving ranges or operating areas, a relief of the continuously variable transmission part is achieved, especially in the second driving range.
  • the speed and the torque are infinitely variable.
  • the first planetary gear set is characterized by a stationary ratio of 1: 1, 62, that is, the sun gear is 1, 62 times smaller than the ring gear.
  • the following translation ranges are conceivable, but the enumeration is not exhaustive: 1: 1, 62 to 1: 2.5.
  • the solution according to the invention can be used both for vehicles and for stationary applications, for example in wind turbines etc.
  • FIG. 1 illustrates a simplified schematic representation of the invention
  • This comprises at least one input E and at least one output A.
  • the input E is at least indirectly coupled with a drive machine, not shown here, which may be an internal combustion engine or another drive unit.
  • the output A is at least indirectly coupled with other elements for power transmission, such as wave strands, etc., especially in use in vehicles.
  • the transmission module 1 comprises a first continuously variable transmission part 3 and a second mechanical transmission part 4. Both transmission parts 3, 4 are arranged between input E and output A.
  • the continuously variable transmission part 3 is free from a direct coupling with the input E.
  • the coupling of the continuously variable transmission part 3 with the input E and the output A takes place via the coupling with the mechanical transmission part 4.
  • the mechanical transmission part 4 comprises two planetary gear sets 5 and 6, which are arranged coaxially with each other and viewed in the axial direction in the direction of power flow from the input E to the output A side by side.
  • the planetary gear sets 5 and 6 are designed as a three-shaft planetary gear, which are interconnected according to the invention to a four-shaft planetary gear, said interconnectivity is required to realize the individual operating areas.
  • Each of the planetary gear sets 5 and 6 comprises a first shaft 5.1 or 6.1, a second shaft 5.2, 6.2 and a third shaft 5.3 or 6.3.
  • the first waves 5.1 and 6.1 are at least indirectly connectable to the input E.
  • the coupling of the planetary gear set 5, in particular the first shaft 5.1, directly against rotation with the input E, while the first shaft 6.1 of the second planetary gear set 6 via a first clutch device K1 rotatably connected to the input E is connected.
  • the second shafts 5.2 and 6.2 are each connected via a translation stage 17, 20 with the continuously variable transmission part 3 indirectly rotatably.
  • the third shaft 5.3 of the first planetary gear set 5 and the third shaft 6.3 of the second planetary gear set 6 are rotatably connected to the output A.
  • the third shaft 6.3 of the second planetary gear set 6 is preferably connected directly to the output A, while the third shaft 5.3 of the first planetary gear set 5 is connected via a second clutch device K2 rotatably connected to the output A can be connected.
  • the rotationally fixed connection between the first shaft 5.1 of the first planetary gearset 5 and the first shaft 6.1 of the second planetary gearset 6 is also effected.
  • the third clutch 5.3 of the first planetary gearset 5 is connected to the third shaft via the second clutch device K2 6.3 of the second planetary gear set 6.
  • the third shaft 5.3 of the first planetary gear set 5 and the second shaft 6.2 of the second planetary gear set are further rotatably coupled together, preferably these are designed as one-piece unit.
  • the individual shafts, first shaft 5.1, 6.1, second shaft 5.2, 6.2 and third shaft 5.3 and 6.3, respectively designed as a sun gear, planet carrier or ring gear. 1 illustrates a particularly advantageous embodiment with a high functional concentration and low number of components and low axial space, by means of which a multi-range transmission 2 can be achieved, which allows a very strong relief of the continuously variable transmission part 3 in both driving ranges, especially in the second driving range.
  • first shaft 5.1 of the first planetary gear set 5 from the web 9.1 the second shaft 5.2 of the sun gear 7.1 and the third wave of the ring gear 8.1 are formed.
  • the individual shafts 6.1 to 6.3 of the second planetary gearset 6 are formed as follows: first shaft 6.1 from the web 9.2, second shaft 6.2 from the ring gear 8.2 and third shaft 6.3 from the sun gear 7.2.
  • the stepless transmission part 3 here preferably comprises a traction mechanism 10, in particular a belt transmission 11.
  • This comprises a traction means 12, which via transmission elements 13 and 14 with the mechanical
  • Transmission part 4 is coupled.
  • the transmission elements 13 and 14 are formed here as disc assemblies 15 and 16 which guide the traction means 12 on a diameter, wherein by adjusting the disc spacing of the effective diameter of the respective transmission element 13 or 14 for the traction means 12 is variable and thereby an adjustment of the transmittable torque he follows.
  • the two switchable coupling devices K1 and K2 are preferably designed in the form of frictional coupling devices. In the simplest case, these are designed in disk construction, in particular lamellar construction. These can work with slippage. However, synchronously switchable coupling devices are also conceivable. Each of the coupling devices K1 and K2 can be used for an operating range. In a first operating range, the coupling device K1 is actuated.
  • the power transmission takes place from the input E to the output A via the first planetary gear set 5, in particular the web 9.1, to the sun gear 7.1 and from this via the coupling with the belt drive on this.
  • the coupling takes place via a translation stage 17, which in the simplest case directly from a rotatably coupled to the sun gear 7.1 element or the sun gear 7.1 itself is formed and another rotatably coupled to a transmission element 14 of the traction mechanism 10, this example of a Spur gear 18 is formed, which meshes with the non-rotatably coupled to the sun gear 7.1 spur gear 19. It is also conceivable here to use other transmission elements than a spur gear, but preferably a spur gear is used, which guarantees a fixed gear ratio.
  • Planetenradsatzes indirectly rotatably coupled to the traction mechanism 10, in particular the transmission element 13 in the form of disc assembly 15.
  • This coupling is preferably via a translation stage 20, which here by a rotatably with the formed as a one-piece ring gear shafts 6.2, 5.3, coupled spur gear 21 and a rotatable with the
  • Disk assembly 15 coupled spur gear 22 is formed.
  • the translation stage 20 is designed as a spur gear.
  • the translation can be done with a fixed ratio of 1: 1 or with a translation or reduction.
  • the power transmission in the first operating range is then via the traction means 12, the translation stage 20 to the ring gear 8.1 and 8.2 and over Coupling of the first shaft 5.1 of the first planetary gear set 5 with the first shaft 6.1 of the second planetary gearset 6 on this, with the third shaft 6.3, in particular the sun gear 7.2 and thus the output A is driven by the corresponding conditions in the second planetary gear 6.
  • With synchronicity between the rotational speed of the ring gear 8.2 and the sun gear 7.2 of the second planetary gear set 6 is carried out a release of the first clutch device K1 and a closing of the second clutch device K2.
  • Coupling device K2 is bridged, transmitted to the output A.
  • an adjustment takes place in parallel on the variator disks of the disk arrangements 15 and 16, so that the transmission ratio changes in the continuously variable transmission part 3.
  • the speed adjustment at the output A and thus the third shaft 6.3 in the form of the sun gear 7.2 of the second planetary gear set 6 follows the speed adjustment at the ring gear 8.2.
  • the rotational speeds of the two webs 9.1, 9.2 of the two planetary gear sets 5 and 6 is identical due to the fixed coupling. If the continuously variable transmission 3, in particular the traction mechanism 10, adjusted to its minimum translation, so the output speed increases with a zero speed passage to the coupling point of both planetary gear sets 5, 6, wherein the driving range switching without additional synchronization by closing the second clutch means K2 and opening the first Coupling device K1 at speed equality between sun gear 7.2 and ring gear 8.2 is done.
  • the second planetary gear stage 6 is bridged in the coupling point by the coupling device K2. All shafts 6.1, 6.2 and 6.3 of this stage and thus also the output are with the speed adjustment of the ring gear shaft 5.3 of the first planetary gear 5 towards in terms of magnitude greater speeds in the adjustment of the variator, in particular the disc assemblies 15 and 16 applied to their maximum translation.
  • the transmission structure is designed such that it greatly relieves the second driving range, which generally corresponds to the main area of use when used in vehicles and which is characterized by a greater proportion of time (approximately 80%) than the first driving range.
  • a stand ratio of, for example, 1, 62 is the power component, which flows through the variator at maximum overdrive ratio only 10%.
  • the four-shaft planetary gear has a common ring gear with the same size and identical number of teeth. As a result, on the one hand the effort for the production can be significantly reduced and the transmission does not build up very large in the axial and radial directions.
  • gearbox with appropriate design and geared-neutral-capable, that is, it can be done turning over zero.
  • a reversing gear set is recommended for reversing in order not to burden the gear unit in the first driving range too much.
  • Possible translations of the second planetary gear set are characterized by a stand translation in the range of 1: 1, 7 to 1: 3.
  • the spread ⁇ about 6 to geared neutral and reversing direction.
  • the described transmission structure is characterized by a small number of components and requires only a small space in the axial direction. Furthermore, these types of transmission structures are also hybrid capable. In this case, these at least one operable as a generator electric machine is assigned, which can be used both for starting and recuperation of the braking energy.
  • All components of the transmission structure are arranged coaxially with each other, that is continuously variable transmission, planetary gear 5 and second planetary gear 6 and Input E and output A are arranged coaxially with each other.
  • the transmission structure shown in FIG. 1 further includes a starting clutch 23, which is arranged between the input and an engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebebaueinheit (1), insbesondere Mehrbereichsgetriebe (2), umfassend einen Eingang (E) und einen Ausgang (A) und einen zwischen diesen angeordneten stufenlosen Getriebeteil (3) und einen mechanischen Getriebeteil, (4) umfassend zwei dreiwellige Planetenradsätze (5,6), die jeweils eine erste (5.1,6.1), zweite (5.2,6.2) und dritte Welle (5.3, 6.3) umfassen, wobei die ersten Wellen beider Planetenradsätze mit dem Eingang verbindbar sind und zumindest eine zweite oder dritte Welle des jeweiligen Planetenradsatzes drehfest mit dem Ausgang (A) verbindbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze über zwei schaltbare Kupplungseinrichtungen (K1, K2), die wahlweise und wechselweise betätigbar sind, zu einem vierwelligen Planetenradsatz zusammenschaltbar sind und die erste Kupplungseinrichtung (K1) zwischen der ersten Welle (6.1) des zweiten Planetenradsatzes (6) und dem Eingang angeordnet ist und die zweite Kupplungseinrichtung (K2) zwischen dem Ausgang und jeweils einer Welle des ersten und zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist, wobei die zweite Welle (6.2) des zweiten Planetenradsatzes und die dritte Welle (5.3) des ersten Planetenradsatzes (5) drehfest miteinander verbunden sind.

Description

Getriebebaueinheit, insbesondere Mehrbereichsgetriebe
Die Erfindung betrifft eine Getriebebaueinheit, insbesondere ein Mehrbereichsgetriebe, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Getriebeanordnungen in Form von Leistungsverzweigungsgetrieben in Form von Überlagerungsgetrieben sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Stellvertretend wird auf nachfolgende Druckschriften verwiesen:
1. EP 1333194
2. DE 19755612 A1
3. EP 1061287 A2
4. DE 4308761 A1
5. DE 887457 C
6. DE 102004022204 B3
Die Ausführung gemäß der Druckschrift DE 197 55 612 A1 umfasst eine Getriebeeingangswelle, ein mit der Getriebeeingangswelle und mit der Getriebeausgangswelle gekoppeltes stufenloses Übersetzungsgetriebe in Form eines Zugmittelgetriebes, welches einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, eine feste Übersetzungsstufe sowie ein Überlagerungsgetriebe mit einer ersten Eingangsstufe, welche mit dem Ausgang 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. Das stufenlose Getriebe ist direkt mit dem Getriebeeingang und damit der Antriebswelle und somit immer an die Drehzahl der Antriebsmaschine gekoppelt. Eine Entlastung des Überlagerungsgetriebes in einem Bereich höherer Drehzahlen der Abtriebswelle beziehungsweise niedrigerer Übersetzungsverhältnisse des stufenlosen Übersetzungsgetriebes wird dadurch erzielt, dass eine zweite Kupplung vorgesehen wird, welche wahlweise die erste Eingangsstufe mit der Ausgangsstufe des Überlagerungsgetriebes verbinde2. Dadurch wird eine starre Verbindung zwischen Ausgangswelle des stufenlosen Übersetzungsgetriebes und der Abtriebswelle geschaffen, wodurch das gesamte Überlagerungsgetriebe im Drehmomentfluss überbrückt ist. Das stufenlose Übersetzungsgetriebe kann in Abhängigkeit seiner Dimensionierung nur ein maximal zulässiges Moment übertragen, ansonsten sind bei sehr hohen Belastungen unzulässig große Schlupfzustände zu beobachten, die zu einem erhöhten Verschleiß am Zugmittel führen. Aufgrund der direkten Kopplung des stufenlosen Getriebes an den Getriebeeingang ist dieser jedoch immer den am Getriebeeingang vorherrschenden Verhältnissen ausgesetzt. Das heißt, der Eingang des CVT wird mit der Drehzahl am Getriebeeingang und damit der Antriebsmaschine beaufschlagt.
Aus der Druckschrift EP 1 333 194 ist eine Getriebebaueinheit vorbekannt, welche hinsichtlich ihres Aufbaus derart modifiziert wurde, dass die Belastung des Zugmittelgetriebes erheblich reduziert und damit die Übertragbarkeit höherer Leistungen über dieses gesichert werden konnte. Bei dieser Ausführung ist die Getriebebaueinheit ebenfalls als Überlagerungsgetriebeeinheit ausgeführt. Diese umfasst einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang, ferner zwei zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang angeordnete und miteinander zu einem vierwelligen Planetengetriebe gekoppelte Überlagerungsgetriebe. Zwischen dem ersten Überlagerungsgetriebe und dem zweiten Überlagerungsgetriebe ist ferner ein stufenloses Getriebe in Form eines Zugmittelgetriebes zwischengeschaltet. Jedes Planetengetriebe umfasst ein Sonnenrad, ein Hohlrad, Planetenräder und einen Steg. Die einzelnen Wellen werden dabei vom Sonnenrad, Hohlrad oder Steg des jeweiligen Überlagerungsgetriebes gebildet. Der Getriebeeingang ist dabei mit einer ersten Welle des ersten Überlagerungsgetriebes und einer ersten Welle des zweiten Überlagerungsgetriebes drehfest verbunden. Der Getriebeausgang ist mit einer zweiten Welle des ersten Überlagerungsgetriebes und einer zweiten Welle des zweiten Überlagerungsgetriebes drehfest verbunden. Die Kopplung der beiden dreiwelligen Planetengetriebe zu einem vierwelligen
Planetengetriebe erfolgt dabei durch Kopplung der ersten und zweiten Wellen vom ersten und zweiten Überlagerungsgetriebe. Die einzelnen Wellen übernehmen dabei je nach Bethebszustand die Funktion von Eingängen und Ausgängen. Ferner sind Mittel zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses am Zugmittelgetriebe vorgesehen. Dabei weist eines der beiden
Überlagerungsgetriebe - erstes oder zweites Überlagerungsgetriebe - paarweise miteinander kämmende Planetenräder zwischen Sonnenrad und Hohlrad auf. Diese sind am Steg drehbar gelagert. Aufgrund dessen wird für einen Teilbereich des Gesamtbetriebsbereiches garantiert, dass das CVT mit maximaler Umlaufgeschwindigkeit arbeitet, wobei auch ein Wechsel bezüglich des Übersetzungsverhältnisses an den einzelnen Scheiben bei maximaler Motordrehzahl stattfinden kann, das heißt ein über Null drehen möglich ist und somit mit dem erfindungsgemäßen Getriebe neben einem Geared-Neutral auch eine Drehrichtungsänderung zu realisieren ist. Die doppelläufige Ausführung bietet den Vorteil, dass bei einer durch diese bedingte Vergrößerung der Drehzahl am mit dem stufenlosen Getriebe gekoppelten Ausgang, insbesondere Hohlrad, dieses Planetengetriebes eine entsprechend der Auslegung des anderen Planetengetriebes bedingte Verringerung am mit dem stufenlosen Getriebe gekoppelten Ausgang des jeweils anderen Planetengetriebes, insbesondere Hohlrad bewirkt. Nach dieser Ausführung ist es jedoch nicht möglich, das stufenlose Getriebe über den gesamten Betriebsbereich mehrmals mit maximaler Umlaufgeschwindigkeit arbeiten zu lassen.
Eine weitere Ausführung eines Mehrbereichsgetriebes ist aus der Druckschrift DE 10 2004 022 204 B3 vorbekannt. Diese umfasst lediglich eine einfache
Planetenradstufe, drei Stirnradstufen, zwei Kupplungseinrichtungen und ein Umschlingungsgetriebe. Die Abtriebswelle ist mittels der beiden Kupplungseinrichtungen optional mit der Sonnen- oder Hohlradwelle verbunden.
Die weiteren Druckschriften offenbaren ebenfalls Mehrbereichsgetriebe, bei welchen zwei dreiwellige Planetenradsätze zu einem vierwelligen zusammengefasst wurden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrbereichsgetriebe, umfassend einen mechanischen und einen stufenlosen Getriebeteil, insbesondere in Form eines Zugmittelgetriebes und Planetenradsätzen zu schaffen, welches zum einen durch eine hohe Gesamtspreizung charakterisiert ist und ferner durch einen relativ einfachen und in axialer Richtung platzsparenden Aufbau. Ferner ist auf eine sehr hohe Entlastung im zweiten Betriebsbereich mit großem Zeitanteil abzustellen, der dem Betriebsbereich entspricht, der außerhalb des Anfahrbereiches liegt und beim Einsatz in Fahrzeugen dem Hauptbetriebsbereich entspricht. Des Weiteren soll die mit der erfindungsgemäßen Koppelstruktur auch ein Geared-Neutral möglich sein, so dass unter Umständen auch auf zusätzliche Mittel zur Realisierung der Rückwärtsfahrt verzichtet werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Getriebebaueinheit, insbesondere das Mehrbereichsgetriebe, umfasst zumindest einen Eingang und wenigstens einen Ausgang, ferner einen zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordneten stufenlosen Getriebeteil und einen mechanischen Getriebeteil, wobei der mechanische Getriebeteil ein vierwelliges Planetenradgetriebe umfasst, das aus einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz besteht, umfassend jeweils eine erste, zweite und dritte Welle, wobei die ersten Wellen beider Planetenradsätze mit dem Eingang verbindbar sind und die weiteren Wellen des jeweiligen Planetenradsatzes jeweils mittelbar drehfest mit dem stufenlosen Getriebe verbunden und mit dem Ausgang A verbunden oder verbindbar sind. In allen Betriebsbereichen besteht dadurch keine direkte Kopplung zwischen der Getriebeeingangswelle und dem stufenlosen Getriebe, insbesondere der jeweils als Eingang des stufenlosen Getriebes bei Ausführung als Umschlingungsgetriebe fungierenden Scheibenanordnung, sondern diese wird über das erste Überlagerungsgetriebe realisiert. Das stufenlose Getriebe ist somit bezogen auf den Kraftfluss zwischen dem Überlagerungsgetriebe und dem Ausgang angeordnet. Die erste Welle des ersten Planetenradgetriebes ist vorzugsweise drehfest mit dem Eingang verbunden.
Erfindungsgemäß sind die Planetenradsätze über zwei schaltbare
Kupplungseinrichtungen K1 und K2, die wahlweise und wechselweise betätigbar sind, zu einem vierwelligen Planetenradsatz zusammenschaltbar. Die erste Kupplungseinrichtung K1 ist zwischen der ersten Welle des zweiten Planetenradsatzes und dem Eingang angeordnet und die zweite Kupplungseinrichtung K2 zwischen dem Ausgang und jeweils einer Welle des ersten und zweiten Planetenradsatzes, wobei die zweite Welle des zweiten Planetenradsatzes und die dritte Welle des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden sind und die zweite Welle des zweiten Planetenradsatzes und die dritte Welle des ersten Planetenradsatzes jeweils von den Hohlrädern der beiden Planetenradsätze gebildet werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen Getriebeaufbau, der durch eine kompakte axiale Länge charakterisiert ist. Die beiden Planetenradsätze sind räumlich nah beieinander angeordnet. Ferner kann mit der beschriebenen Getriebekonfiguration bei entsprechender Auslegung, insbesondere des zweiten Planetenradsatzes auch ein Geared -Neutral realisiert werden, wodurch in besonders vorteilhafter Weise auf eine separate Anordnung zur Realisierung eines Rückwärtsganges verzichtet werden kann.
Ferner sind durch die erfindungsgemäße Ausführung der Kopplung der beiden Hohlräder der Planetenradsätze miteinander diese in axialer Richtung räumlich nah beieinander angeordnet. Gemäß einer Vorteilhaften Ausführung werden beide Hohlräder in einer integralen Baueinheit zusammengefasst beziehungsweise es wird lediglich ein gemeinsames Hohlrad vorgesehen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist bei Ausführung der Hohlräder als integrale Baueinheit der Durchmesser und die Auslegung für beide die gleiche. Denkbar ist jedoch auch, entsprechend der Auslegung von erstem und zweiten Planetenradsatz die Hohlräder mit unterschiedlichem Durchmesser auszuführen, so dass die bauliche Einheit dann durch zumindest zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers charakterisiert ist.
Die ersten Wellen des ersten und des zweiten Planetenradsatzes sind bei geschlossener Kupplungseinrichtung K1 drehfest miteinander gekoppelt und sind ferner mit dem Eingang der Getriebebaueinheit verbunden. Die ersten Wellen werden dabei jeweils vom Steg gebildet. Die zweite Welle des ersten Planetenradsatzes und die zweite Welle des zweiten Planetenradsatzes sind mit dem stufenlosen Getriebeteil verbunden, wobei die zweite Welle des zweiten Planetenradsatzes zusätzlich mit dem Getriebeausgang A über die zweite Kupplungseinrichtung K2 wahlweise verbindbar ist. Die dritte Welle des ersten Planetenradsatzes ist über die zweite Kupplungseinrichtung K2 mit dem Ausgang verbindbar und ferner mit dem stufenlosen Getriebe verbunden. Jede der
Kupplungseinrichtungen K1 , K2 umfasst einen ersten Kupplungsteil, der mit den entsprechenden Wellen des Planetengetriebes verbunden ist und einen Ausgangsteil.
Die Kopplung zwischen den Planetenradgetrieben und dem stufenlosen Getriebe erfolgt dabei nicht direkt, sondern vorzugsweise über Übersetzungsstufen, über die eine Über- als auch Untersetzung erzielt werden kann, wobei die Übersetzung auch 1 :1 betragen kann. Die Übersetzungsstufen sind im einfachsten Fall als Stirnradstufen jeweils mit gerader oder ungerader Anzahl der miteinander kämmenden Stirnräder ausgeführt, wobei ein Stirnrad jeweils mit einer Welle der Planetenradsätze drehfest verbunden ist, vorzugsweise eine bauliche Einheit mit dieser bildet. Bei dem stufenlosen Getriebe handelt es sich vorzugsweise um ein Zugmittelgetriebe. Dabei kann es sich um ein kraft- oder formschlüssiges Zugmittelgetriebe handeln. Im einfachsten Fall wird dieses zwei Scheibenanordnungen umfassen, über die ein Zugmittel, beispielsweise in Form eines Riemens oder Schubgliederbandes läuft, welches mit Kraftschluss arbeitet. Andere Ausführungen sind denkbar. Ferner ist es denkbar, anstatt des Zugmittelgetriebes ein mechanisches stufenloses Getriebe in Form eines Toroidgetriebes einzusetzen oder aber auch ein elektrisches Getriebe, welches beispielsweise aus zwei als Generator und/oder Motor betreibbaren elektrischen Maschinen besteht, die über einen Spannungszwischenkreis miteinander gekoppelt sind.
Zur Verstellung des übertragbaren Leistungsanteils über das stufenlose Getriebe beziehungsweise zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung sind dem stufenlosen
Getriebe entsprechende Mittel zugeordnet. Diese können je nach Ausführung des stufenlosen Getriebes mechanisch, hydraulisch, elektro-pneumatisch ausgeführt sein. Andere Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar. Bei Ausführung als Zugmittelgetriebe sind Mittel zur Verstellung des Variatorabstandes beziehungsweise des Laufradius für das Zugmittel an den einzelnen Scheibenanordnungen vorgesehen.
Der Getriebeeingang ist vorzugsweise koaxial, kann aber auch konzentrisch zu den einzelnen Elementen, stufenloses Getriebe, mechanischer Getriebeteil sein. Ferner kann zwischen dem Eingang und dem Ausgang Koaxialität oder
Exzentrizität bestehen. Dies hängt im einzelnen vom konkreten Aufbau und der Konfiguration des Getriebes ab.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist durch die zwei Kupplungseinrichtungen, welche wahlweise schaltbar sind, wobei die Betätigung in der Regel wechselweise erfolgen wird, jedoch zur Vermeidung von Zugkraftunterbrechung vorzugsweise bei Synchronität überlagernd erfolgen wird, durch zwei Betriebsbereiche charakterisiert, einen ersten Betriebsbereich, welcher der ersten Kupplungseinrichtung zugeordnet ist und den Anfahrbereich beschreibt und einen zweiten Betriebsbereich, der dem Betriebsbereich entspricht, der außerhalb des Anfahrbereiches genutzt wird. Die Auslegung der einzelnen Betriebsbereiche folgt durch die Auslegung der Planetenradsätze, insbesondere die Auslegung der Sonnenräder. Durch Variation der Dimensionierung des Sonnenrades des ersten Planetenradsatzes kann die Spreizung im zweiten Fahrbereich variiert werden. Vorzugsweise wird diese sehr klein gewählt. Durch die erfindungsgemäße Ausführung ist es dabei möglich, dass zum einen eine sehr hohe Gesamtspreizung für beide Fahrbereiche zusammen erzielt wird und ferner in beiden Fahrbereichen beziehungsweise Betriebsbereichen eine Entlastung des stufenlosen Getriebeteils erreicht wird, insbesondere im zweiten Fahrbereich. In jedem der einzelnen Betriebsbereiche sind die Drehzahl und das Drehmoment stufenlos wandelbar.
Vorzugsweise werden folgende Übersetzungen für die Auslegung der Planetenradsätze gewählt. Der erste Planetenradsatz ist dabei durch eine Standübersetzung von 1 : 1 ,62 charakterisiert, das heißt, das Sonnenrad ist 1 ,62- mal kleiner als das Hohlrad. Des Weiteren sind folgende Übersetzungsbereiche denkbar, wobei die Aufzählung jedoch nicht abschließend ist: 1 :1 ,62 bis 1 :2,5.
Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl für Fahrzeuge einsetzbar als auch für stationäre Anwendungen, beispielsweise in Windkraftanlagen etc.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand einer Figur erläutert. Darin ist eine besonders vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch nicht auf die Ausführung in Figur 1 beschränkt. Andere Modifikationen der Getriebekonfiguration sind möglich.
Die Figur 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den
Grundaufbau einer erfindungsgemäß ausgeführten Getriebebaueinheit 1 in Form eines Mehrbereichsgetriebes 2. Dieses umfasst zumindest einen Eingang E und wenigstens einen Ausgang A. Der Eingang E ist dabei wenigstens mittelbar mit einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine koppelbar, bei der es sich um eine Verbrennungskraftmaschine oder eine andere Antriebseinheit handeln kann. Der Ausgang A ist wenigstens mittelbar mit weiteren Elementen zur Leistungsübertragung gekoppelt, beispielsweise Wellensträngen etc., insbesondere im Einsatz bei Fahrzeugen.
Die Getriebebaueinheit 1 umfasst einen ersten stufenlosen Getriebeteil 3 und einen zweiten mechanischen Getriebeteil 4. Beide Getriebeteile 3, 4 sind zwischen Eingang E und Ausgang A angeordnet. Der stufenlose Getriebeteil 3 ist dabei frei von einer direkten Kopplung mit dem Eingang E. Die Kopplung des stufenlosen Getriebeteils 3 mit dem Eingang E und dem Ausgang A erfolgt jeweils über die Kopplung mit dem mechanischen Getriebeteil 4. Der mechanische Getriebeteil 4 umfasst zwei Planetenradsätze 5 und 6, die koaxial zueinander und in axialer Richtung in Kraftflussrichtung vom Eingang E zum Ausgang A betrachtet nebeneinander angeordnet sind. Die Planetenradsätze 5 und 6 sind als dreiwellige Planetengetriebe ausgeführt, die erfindungsgemäß zu einem vierwelligen Planetengetriebe zusammenschaltbar sind, wobei diese Zusammenschaltbarkeit zur Realisierung der einzelnen Betriebsbereiche erforderlich ist. Jeder der Planetenradsätze 5 und 6 umfasst eine erste Welle 5.1 beziehungsweise 6.1 , eine zweite Welle 5.2, 6.2 und eine dritte Welle 5.3 beziehungsweise 6.3. Die ersten Wellen 5.1 und 6.1 sind dabei wenigstens mittelbar mit dem Eingang E verbindbar. Vorzugsweise erfolgt die Kopplung des Planetenradsatzes 5, insbesondere der ersten Welle 5.1 , direkt drehfest mit dem Eingang E, während die erste Welle 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 über eine erste Kupplungseinrichtung K1 drehfest mit dem Eingang E verbindbar ist. Die zweiten Wellen 5.2 und 6.2 sind jeweils über eine Übersetzungsstufe 17, 20 mit dem stufenlosen Getriebeteil 3 mittelbar drehfest verbunden. Die dritte Welle 5.3 des ersten Planetenradsatzes 5 und die dritte Welle 6.3 des zweiten Planetenradsatzes 6 sind mit dem Ausgang A drehfest verbindbar. Dabei ist die dritte Welle 6.3 des zweiten Planetenradsatzes 6 vorzugsweise direkt drehfest mit dem Ausgang A verbunden, während die dritte Welle 5.3 des ersten Planetenradsatzes 5 über eine zweite Kupplungseinrichtung K2 drehfest mit dem Ausgang A verbindbar ist. Über die erste Kupplungseinrichtung K1 erfolgt dabei auch die drehfeste Verbindung zwischen der ersten Welle 5.1 des ersten Planetenradsatzes 5 mit der ersten Welle 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6. Über die zweite Kupplungseinrichtung K2 erfolgt die Kopplung der dritten Welle 5.3 des ersten Planetenradsatzes 5 mit der dritten Welle 6.3 des zweiten Planetenradsatzes 6. Erfindungsgemäß sind ferner die dritte Welle 5.3 des ersten Planetenradsatzes 5 und die zweite Welle 6.2 des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander gekoppelt, vorzugsweise werden diese als einteilige Baueinheit ausgeführt. Dabei sind die einzelnen Wellen, erste Welle 5.1 , 6.1 , zweite Welle 5.2, 6.2 beziehungsweise dritte Welle 5.3 und 6.3, jeweils als Sonnenrad, Planetenträger oder Hohlrad ausgeführt. Die Figur 1 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausführung mit einer hohen Funktionskonzentration und geringer Bauteilanzahl und geringem axialem Bauraum, mittels welchem ein Mehrbereichsgetriebe 2 erzielt werden kann, das in beiden Fahrbereichen, insbesondere im zweiten Fahrbereich eine sehr starke Entlastung des stufenlosen Getriebeteils 3 ermöglicht. Dabei werden die erste Welle 5.1 des ersten Planetenradsatzes 5 vom Steg 9.1 , die zweite Welle 5.2 vom Sonnenrad 7.1 und die dritte Welle vom Hohlrad 8.1 gebildet. Die einzelnen Wellen 6.1 bis 6.3 des zweiten Planetenradsatzes 6 werden wie folgt gebildet: erste Welle 6.1 vom Steg 9.2, zweite Welle 6.2 vom Hohlrad 8.2 und dritte Welle 6.3 vom Sonnenrad 7.2.
Der stufenlose Getriebeteil 3 umfasst hier vorzugsweise ein Zugsmittelgetriebe 10, insbesondere ein Umschlingungsgetriebe 11. Dieses umfasst ein Zugmittel 12, welches über Übertragungselemente 13 und 14 mit dem mechanischen
Getriebeteil 4 gekoppelt ist. Die Übertragungselemente 13 und 14 sind hier als Scheibenanordnungen 15 und 16 ausgebildet, die das Zugmittel 12 auf einem Durchmesser führen, wobei durch Verstellung des Scheibenabstandes der Wirkdurchmesser an dem jeweiligen Übertragungselement 13 beziehungsweise 14 für das Zugmittel 12 veränderbar ist und dadurch eine Einstellung des übertragbaren Drehmomentes erfolgt. Die beiden schaltbaren Kupplungseinrichtungen K1 und K2 sind vorzugsweise in Form von reibschlüssigen Kupplungseinrichtungen ausgebildet. Im einfachsten Fall sind diese in Scheibenbauweise, insbesondere Lamellenbauweise, ausgeführt. Diese können mit Schlupf arbeiten. Denkbar sind jedoch auch synchron schaltbare Kupplungseinrichtungen. Jede der Kupplungseinrichtungen K1 und K2 ist dabei für einen Betriebsbereich einsetzbar. In einem ersten Betriebsbereich ist die Kupplungseinrichtung K1 betätigt. Die Leistungsübertragung erfolgt vom Eingang E zum Ausgang A über den ersten Planetenradsatz 5, insbesondere den Steg 9.1 , auf das Sonnenrad 7.1 und von diesem über die Kopplung mit dem Umschlingungsgetriebe auf dieses. Dabei erfolgt die Kopplung über eine Übersetzungsstufe 17, welche im einfachsten Fall direkt von einem drehfest mit dem Sonnenrad 7.1 gekoppelten Element beziehungsweise dem Sonnenrad 7.1 selbst gebildet werden kann und einem weiteren drehfest mit einem Übertragungselement 14 des Zugmittelgetriebes 10 gekoppelt ist, wobei dieses beispielsweise von einem Stirnrad 18 gebildet wird, das mit dem drehfest mit dem Sonnenrad 7.1 gekoppelten Stirnrad 19 kämmt. Denkbar ist es auch, hier andere Übertragungselemente als eine Stirnradstufe einzusetzen, vorzugsweise wird jedoch eine Stirnradstufe genutzt, die ein festes Übersetzungsverhältnis garantiert. In Analogie sind auch die zweite Welle 6.2 des zweiten Planetenradsatzes 6 und die dritte Welle 5.3 des ersten
Planetenradsatzes mittelbar drehfest mit dem Zugmittelgetriebe 10 gekoppelt, insbesondere dem Übertragungselement 13 in Form der Scheibenanordnung 15. Auch diese Kopplung erfolgt vorzugsweise über eine Übersetzungsstufe 20, welche hier von einem drehfest mit den als einteiliges Hohlrad ausgebildeten Wellen 6.2, 5.3, gekoppelten Stirnrad 21 und einem drehfest mit der
Scheibenanordnung 15 gekoppelten Stirnrad 22 gebildet wird. Auch hier ist die Übersetzungsstufe 20 als Stirnradstufe ausgeführt. Dabei kann die Übersetzung mit einer festen Übersetzung von 1 : 1 oder aber mit einer Über- oder Untersetzung erfolgen.
Die Leistungsübertragung im ersten Betriebsbereich erfolgt dann über das Zugmittel 12, die Übersetzungsstufe 20 auf das Hohlrad 8.1 und 8.2 und über die Kopplung der ersten Welle 5.1 des ersten Planetenradsatzes 5 mit der ersten Welle 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 auf dieses, wobei über die entsprechenden Verhältnisse im zweiten Planetenradsatz 6 die dritte Welle 6.3, insbesondere das Sonnenrad 7.2 und damit der Ausgang A angetrieben wird. Bei Synchronität zwischen der Drehzahl des Hohlrades 8.2 und des Sonnenrades 7.2 des zweiten Planeten radsatzes 6 erfolgt ein Lösen der ersten Kupplungseinrichtung K1 und ein Schließen der zweiten Kupplungseinrichtung K2. In diesem Fall wird die Leistung vom Eingang zum Ausgang über den ersten Planetenradsatz 5, das stufenlose Getriebe, insbesondere des Zugmittelgetriebes 10 zum zweiten Planetenradsatz 6, der quasi über die zweite
Kupplungseinrichtung K2 überbrückt ist, zum Ausgang A übertragen. In beiden Betriebsbereichen erfolgt dabei parallel eine Verstellung an den Variatorscheiben der Scheibenanordnungen 15 und 16, so dass sich im stufenlosen Getriebeteil 3 das Übersetzungsverhältnis ändert. Dabei wird in jedem Betriebsbereich vorzugsweise der gesamte Stellbereich an den Variatorscheiben in beiden
Richtungen durchlaufen, das heißt kleiner Durchmesser zu großem Durchmesser und umgekehrt.
Im ersten Betriebsbereich folgt die Drehzahlverstellung am Ausgang A und damit der dritten Welle 6.3 in Form des Sonnenrades 7.2 des zweiten Planetenradsatzes 6 der Drehzahlverstellung am Hohlrad 8.2. Die Drehzahlen der beiden Stege 9.1 , 9.2 der beiden Planetenradsätze 5 und 6 ist aufgrund der festen Kopplung identisch. Wird das stufenlose Getriebe 3, insbesondere das Zugmittelgetriebe 10, zu seiner minimalen Übersetzung hin verstellt, so steigt die Abtriebsdrehzahl mit einem Drehzahlnulldurchgang hin zum Kupplungspunkt beider Planetenradsätze 5, 6, wobei die Fahrbereichsumschaltung ohne zusätzliche Synchronisation durch Schließen der zweiten Kupplungseinrichtung K2 und Öffnen der ersten Kupplungseinrichtung K1 bei Drehzahlgleichheit zwischen Sonnenrad 7.2 und Hohlrad 8.2 erfolgt. Im zweiten Fahrbereich wird die zweite Planetenradstufe 6 im Kupplungspunkt durch die Kupplungseinrichtung K2 überbrückt. Alle Wellen 6.1 , 6.2 und 6.3 dieser Stufe und damit auch der Abtrieb werden mit der Drehzahlverstellung der Hohlradwelle 5.3 der ersten Planetenradstufe 5 hin zu betragsmäßig größeren Drehzahlen bei der Verstellung des Variators, insbesondere der Scheibenanordnungen 15 und 16 zu ihrer maximalen Übersetzung beaufschlagt.
Die Getriebestruktur ist derart ausgelegt, dass sie den zweiten Fahrbereich, welcher beim Einsatz in Fahrzeugen in der Regel dem Hauptnutzungsbereich entspricht und der durch einen größeren Zeitanteil (ca. 80%) charakterisiert ist, als der erste Fahrbereich, sehr stark zu entlasten. Bei einer Standübersetzung von beispielsweise 1 ,62 beträgt der Leistungsanteil, der über den Variator fließt bei maximaler Overdriveübersetzung nur noch 10%. Dadurch weist das stufenlose Getriebe einen sehr guten Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer auf. Das vierwellige Planetengetriebe besitzt ein gemeinsames Hohlrad mit gleicher Größe und identischer Zähnezahl. Dadurch kann zum einen der Aufwand für die Fertigung erheblich reduziert werden und das Getriebe baut in axialer und radialer Richtung nicht sehr groß. Ferner ist das Getriebe bei entsprechender Auslegung auch Geared-Neutral-fähig, das heißt, es kann ein Drehen über Null erfolgen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird jedoch ein Wendeschaltsatz zur Rückwärtsfahrt empfohlen, um die Getriebebaueinheit im ersten Fahrbereich nicht zu sehr zu belasten. Mögliche Übersetzungen des zweiten Planeten radsatzes sind durch eine Standübersetzung im Bereich von 1 :1 ,7 bis 1 :3 charakterisiert. Ferner beträgt die Spreizung φ = ca. 6 bis Geared- Neutral und Drehrichtungsumkehr.
Die beschriebene Getriebestruktur ist durch eine geringe Bauteilanzahl charakterisiert und benötigt in axialer Richtung nur einen geringen Bauraum. Ferner sind diese Arten von Getriebestrukturen auch hybridfähig. In diesem Fall wird diesen zumindest eine als Generator betreibbare elektrische Maschine zugeordnet, die sowohl zum Anfahren als auch Rekuperation der Bremsenergie genutzt werden kann.
Alle Bauteile der Getriebestruktur sind koaxial zueinander angeordnet, das heißt stufenloses Getriebe, Planetenradsatz 5 und zweiter Planetenradsatz 6 sowie Eingang E und Ausgang A sind zueinander koaxial angeordnet. Die in der Figur 1 dargestellte Getriebestruktur beinhaltet ferner noch eine Anfahrkupplung 23, welche zwischen dem Eingang und einer Antriebsmaschine angeordnet ist.
Bezugszeichenliste
1 Getriebebaueinheit
2 Mehrbereichsgetriebe
3 stufenloser Getriebeteil
4 mechanischer Getriebeteil
5 erster Planetenradsatz
5.1 erste Welle
5.2 zweite Welle
5.3 dritte Welle
6 zweiter Planetenradsatz
6.1 erste Welle
6.2 zweite Welle
6.3 dritte Welle
7.1 Sonnenrad
7.2 Sonnenrad
8.1 Hohlrad
8.2 Hohlrad
9.1 Steg
9.2 Steg
10 Zugmittelgetriebe
11 Umschlingungsgetriebe
12 Zugmittel
13 Übertragungselement, Variator
14 Übertragungselement, Variator
15 Scheibenanordnung
16 Scheibenanordnung
17 Übersetzungsstufe
18 Stirnrad
19 Stirnrad
20 Übersetzungsstufe
21 Stirnrad 22 Stirnrad
23 Anfahrkupplung
K1 erste Kupplungseinheit
K2 zweite Kupplungseinheit

Claims

Patentansprüche
1. Getriebebaueinheit (1), insbesondere Mehrbereichsgetriebe (2), umfassend einen Eingang (E) und einen Ausgang (A) und einen zwischen diesen angeordneten stufenlosen Getriebeteil (3) und einen mechanischen
Getriebeteil (4), umfassend zwei dreiwellige Planetenradsätze (5, 6), die jeweils eine erste (5.1 , 6.1), zweite (5.2, 6.2) und dritte Welle (5.3, 6.3) umfassen, wobei die ersten Wellen (5.1 , 6.1) beider Planetenradsätze (5, 6) mit dem Eingang (E) verbindbar sind und die weiteren Wellen (5.2, 5.3, 6.2, 6.3) des jeweiligen Planetenradsatzes (5, 6) wenigstens mittelbar drehfest mit dem stufenlosen Getriebeteil (3) verbunden und mit dem Ausgang (A) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (5, 6) über zwei schaltbare Kupplungseinrichtungen (K1 und K2), die wahlweise und wechselweise betätigbar sind, zu einem vierwelligen Planetenradsatz zusammenschaltbar sind und die erste Kupplungseinrichtung (K1) zwischen der ersten Welle (6.1) des zweiten Planetenradsatzes (6) und dem Eingang (E) angeordnet ist und die zweite Kupplungseinrichtung (K2) zwischen dem Ausgang (A) und jeweils einer Welle (5.3, 6.2) des ersten und zweiten Planetenradsatzes (5, 6) angeordnet ist, wobei die zweite Welle (6.2) des zweiten Planetenradsatzes (6) und die dritte Welle (5.3) des ersten
Planetenradsatzes (5) drehfest miteinander verbunden sind, wobei die zweite Welle (6.2) des zweiten Planetenradsatzes (6) und die dritte Welle (5.3) des ersten Planetenradsatzes (5) jeweils von den Hohlrädern der jeweiligen Planetenradsätze (5, 6) gebildet werden.
2. Getriebebaueinheit (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (6.2) des zweiten Planetenradsatzes (6) und die dritte Welle (5.3) des ersten Planetenradsatzes (5) von einer Welle gebildet werden.
3. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (6.2) des zweiten Planetenradsatzes (6) und die dritte Welle (5.3) des ersten Planetenradsatzes (5) hinsichtlich der Auslegung und Dimensionierung identisch sind.
4. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Wellen (5.1 , 6.1) des ersten und zweiten
Planetenradsatzes (5, 6) jeweils von einem Steg (9.1 , 9.2) der Planeten radsätze (5, 6) gebildet werden.
5. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (5.2) des ersten Planetenradsatzes
(5) von einem Sonnenrad (7.1) des ersten Planeten radsatzes (5) gebildet wird.
6. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (6.3) des zweiten Planeten radsatzes
(6) von einem Sonnenrad (7.2) des zweiten Planetenradsatzes (6) gebildet wird.
7. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung zwischen den zweiten Wellen (5.2 und
6.2) der Planetenradsätze (5, 6) mit dem stufenlosen Getriebeteil (3) über eine Übersetzungsstufe (17, 20) erfolgt.
8. Getriebebaueinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungsstufe (17, 20) eine Stirnradstufe mit zumindest zwei miteinander kämmenden Stirnrädern (18, 19, 21 , 22) umfasst.
9. Getriebebaueinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Planetenradsatz (5, 6) in axialer Richtung räumlich betrachtet hinter den Übersetzungsstufen (17, 20) angeordnet ist.
10. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlose Getriebe (3) als Zugmittelgetriebe (10) ausgeführt ist.
11. Getriebebaueinheit (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittelgetriebe (10) als kraftschlüssiges oder ein formschlüssiges Zugmittelgetriebe ausgeführt ist.
12. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlose Getriebe (3) als mechanisches
Toroidgetriebe ausgebildet ist.
13. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlose Getriebe (3) als elektrisches Getriebe ausgeführt ist.
14. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtungen (K1 , K2) als reibschlüssige Kupplungseinrichtungen ausgeführt sind.
15. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtungen (K1 , K2) als synchron schaltbare Kupplungseinrichtungen ausgeführt sind.
16. Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Realisierung einer Drehrichtungsumkehr, insbesondere ein Wendeschaltsatz vorgesehen sind.
PCT/EP2008/004765 2007-06-20 2008-06-13 Getriebebaueinheit, insbesondere mehrbereichsgetriebe WO2008155070A1 (de)

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US12/665,395 US8287415B2 (en) 2007-06-20 2008-06-13 Transmission unit, particularly multi-range transmission
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