WO2009047035A1 - Getriebevorrichtung mit einem variator - Google Patents

Getriebevorrichtung mit einem variator Download PDF

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WO2009047035A1
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shaft
transmission
variator
planetary gear
transmission device
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Walter Fischer
Jürgen POHLENZ
Gerhard Bailly
Tobias Weber
Thomas Ratzmann
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Definitions

  • the invention relates to a transmission device with a variator for stepless variation of a transmission and secondary power split according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • the power branching gear is designed with a power-splitting planetary gear, wherein a shaft of the planetary gear is operatively connected to a first shaft of the variator and an adjustable pump can be driven via this.
  • Another shaft of the planetary gear is connected via a gear stage with a second shaft of the variator, which in turn is operatively connected to a hydraulic motor of the variator.
  • the third shaft of the planetary gear is connected to a transmission input of the power split transmission, which is in communication with a drive device.
  • the second shaft of the variator is designed with several fixed wheels, which mesh with several arranged on a countershaft idler gears, the idler gears for displaying different driving ranges or transmission ranges for forward travel and at least one driving range for reverse drive via switching elements rotatably connected to the countershaft.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a transmission device, by means of which in synchronous operating conditions of a work machine synchronous driving range change can be carried out and has a structurally simple structure.
  • the transmission device is formed with a variator for infinitely varying a ratio and secondary power split, wherein a Plantetengethebe beautiful is provided for power split.
  • a first shaft of the planetary gear device is connected to the transmission input, a second shaft of the planetary gear device is coupled to a first shaft of the variator and a third shaft of the planetary gear device is coupled to a second shaft of the variator.
  • at least a first switching element and a second switching element are provided for switching between a first gear range and a second gear range, within which the translation via the variator is in each case continuously variable.
  • the two translation regions overlap and the second shaft of the planetary gearset is for displaying the first gear range via the first switching element with the transmission output and the third shaft of the planetary gear device is connectable to the representation of the second transmission range via the second switching element with the transmission output.
  • the ratio +1 representable, so that it rotates in the block and a switch between the first switching element and the second switching element without speed difference is feasible ,
  • This means that the changeover between the first travel range and the second drive range in the transmission device can be represented synchronously and without impairment of a work process of a work machine embodied with the transmission device according to the invention.
  • the transmission device according to the invention which is designed with a single, simple planetary gear and a variator, a structurally simple structure and a low number of components, so that the transmission device can be mounted with little effort, is inexpensive to produce and characterized by a low space requirement is.
  • An advantageous and characterized by a compact design development of the transmission device is designed with a parallel to the second shaft of the variator countershaft, which is in operative connection with the transmission output.
  • At least one idler gear is in each case non-rotatable with the second shaft via the two shifting elements ZF FRIEDRICHSHAFEN AG file 001367
  • the variator and the third shaft of the planetary gear unit connectable, which in turn is operatively connected to a gear of the countershaft.
  • the two switching elements are arranged on the third shaft of the planetary gear device or the second shaft of the variator.
  • the second shaft of the planetary gear device in one embodiment of the transmission device via a transmission device with operatively connected to the first shaft of the variator over which a high ratio can be displayed between the first shaft of the variator and the second shaft of the planetary gear device.
  • a reversal of direction between the transmission input and the transmission output by means of a valve device of a hydraulic circuit of the designed as a hydrostatic variator can be displayed, via which a conveying direction in the hydraulic circuit can be switched.
  • another embodiment of the transmission device according to the invention is formed between the third shaft of the planetary gear device and the transmission output with a plurality of gear pairings which can be engaged via further shift elements, wherein in a further development of the transmission device at least one of the gear pairings is equipped with an intermediate gear for the representation of a rotational gear.
  • a further advantageous embodiment of the transmission device according to the invention is formed with a third switching element, via which the second shaft of the planetary gear device can be coupled to the transmission output in order to display a third transmission range which overlaps with the second transmission range.
  • the transmission device according to the invention is formed with the third switching element or not, the respective embodiment being particularly advantageous ZF FRIEDRICHSHAFEN AG file 001367
  • the switching elements are formed in a further advantageous embodiment of the transmission device as frictional load switching elements.
  • Fig. 1 is a highly schematic representation of a vehicle drive train with a wheel scheme of a first embodiment of the transmission device according to the invention
  • FIG. 2 shows a vehicle drive train with a second embodiment of the transmission device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a vehicle drive train with a third embodiment of the transmission device according to the invention
  • FIG. 5 shows a vehicle drive train with a fifth embodiment of the transmission device according to the invention.
  • a vehicle drive train 1 with a prime mover 2, a transmission device 3 and an output 4 is shown very schematically.
  • the transmission device 3 is designed with a variator 5 configured as a hydrostatic device for steplessly varying a ratio of the transmission device 3.
  • a torque provided by the drive machine 2 is introduced into the transmission device 3 in the region of a transmission input 6 and directed out of the transmission device 3 in the direction of the drive 4 in the region of a transmission output 7.
  • the torque applied in the region of the transmission input 6 is introduced into a planetary gear device 8 via a first shaft 9, which is embodied here as a planetary web.
  • a so-called power branching of the torque of the engine 2 is performed, wherein a portion of the torque is divided over a presently formed as a ring gear second shaft 10 of the planetary gear device 8 and designed as a sun gear third shaft 11 of the planetary gear device 8.
  • the second shaft 10 of the planetary gear device 8 is coupled to a first shaft 12 of the variator 5 and the third shaft 11 of the planetary gear device 8 is coupled to a second shaft 13 of the variator 5.
  • the transmission device 3 with two switching elements 14, 15 is formed.
  • the ratio of the transmission device 3 via the variator 5 is continuously variable, wherein the ring gear 10 of the planetary gear device 8 via the first switching element 14 with a rotatable on the second shaft 13th ZF FRIEDRICHSHAFEN AG file 001367
  • the variator 5 arranged idler gear 16 is connectable.
  • the third wave or the sun gear of the planetary gear device 8 with the idler gear 16 rotatably connected.
  • the idler gear 16 meshes with a non-rotatably connected to a countershaft 17 gear 18, which in turn is in operative connection with the transmission output 7.
  • the two via the switching elements 14 and 15 in the transmission device 3 insertable translation areas overlap.
  • the third shaft 11 of the planetary gear device 8 is connected via the second switching element 15 to the transmission output 7, wherein during the Alternating between the transmission ranges, the ratio in the range of the variator 5 is set to a value at which the ring gear 10 and the sun gear 11 of the planetary gear device 8 rotate at the same speed.
  • the variator 5 or the hydrostatic unit is designed with a pump and a motor in Schrägachsenbauart, which are positively coupled via a common pivot member and thus has a simple and inexpensive control over only one adjusting mechanism.
  • a setting angle of the common pivoting part between the motor and the pump of the variator 5 which is pivotable between 0 ° to about 45 °, the rotational speeds of the first shaft 12 and the second shaft 13 of the variator 5 change in the end positions of the pivoting part respectively between shaft standstill and maximum speed.
  • the variator is formed with independently adjustable units.
  • the directions of rotation of the shafts 12 and 13 of the variator 5 are such that during forward travel of the trained with the vehicle drive train 1 vehicle and a pivoting of the pivoting part of the variator 5 in the region of the two switching elements 14 and 15 of the synchronous ratio change required synchronous operation is adjustable, wherein the directions of rotation of the two shafts 12 and 13 of the variator 5 are basically in opposite directions.
  • the transmission device 3 is formed with a single, simple planetary gear and a variator 5, which is arranged in the manner described above between two shafts 10 and 11 of the planetary gear device 8, as large as possible, stepless driving range with synchronous switching between the two switching elements fourteenth and 15 to be able to represent.
  • a start from the vehicle standstill power split feasible ZF FRIEDRICHSHAFEN AG file 001367
  • the pivoting part of the variator 5 is pivoted such that the first shaft 12 of the variator 5 is blocked by variatorinterne states and the second shaft 13 of the variator 5 can rotate freely without power transmission, the countershaft 17 and the transmission output 7 with closed first switching element 14 are blocked and how downforce 4 stand still.
  • the first shaft of the variator 12 begins to rotate and the second shaft 13 of the variator 5 begins to absorb power.
  • the torque applied via the ring gear 10 of the planetary gear device 8, which is now supported in the region of the variator 5 is transmitted via the idler gear 16 and the gear 18 to the countershaft 17 and thus the transmission output 7, thus producing the output 4 or the vehicle running with the vehicle drive train 1 begins to roll.
  • the first switching element 14 remains closed in the entire first gear range or driving range of the transmission device 3.
  • an increasing displacement angle of the swiveling part of the variator 5 during the starting process of the vehicle causes a translation with the value in the area of the planetary gear device 8 between the sun gear 11 and the ring gear 10 in a predefined operating point of the variator 5 +1.
  • the ring gear 10 and the sun gear 11 then have the same speed and the planetary gear device 8 circulates in the block.
  • a switching between the two switching elements 14 and 15 without speed difference can be carried out.
  • the transmission device 10 is provided between the first shaft 10 of the planetary gear device 8 or the ring gear and the first shaft 12 of the variator 5.
  • the transmission device 10 is a high ratio between the first shaft 12 of the variator 5 and the ring gear 10 of the planetary gear device 8 can be displayed, which by the arrangement of the transmission device 19, the synchronization point in the region of the two switching elements 14 and 15 only at a displacement angle of the pivot member significantly larger than half the total swing angle is reached.
  • the pivot angle of the variator 5 is reduced to increase the output shaft speed or the rotational speed of the countershaft 17.
  • the highest speed of the countershaft 17 and the transmission output 7 is achieved when the ring gear 10 of the planetary gear device 8 is blocked by the variator 5 when the second switching element 15 is closed.
  • the sun gear 11 of the planetary gear device 8 is driven without power transmission in the region of the variator 5, since the entire torque of the drive machine 2 is guided via the second switching element 15 in the direction of the output 4.
  • the transmission device 3 is to be executed in a manner not shown with a device by means of which the hydraulic conveying direction in the range of the variator 5 switchable with the vehicle stationary is. It is conceivable that the hydraulic circuit of the variator 5 is carried out with a valve device known from DE 10 2006 025 348 A1. ZF FRIEDRICHSHAFEN AG file 001367
  • a second embodiment of the transmission device 3 is shown, which differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the region between the sun gear 11 of the planetary gear device 8 and the transmission output 7 by further sets of wheels 20 to 2On and these respectively associated switching elements 21 to 21 n differs to provide additional translation ranges that are insertable by power shift operations in the transmission device 3.
  • the reference numeral 20 and 21 each trailing letter n is in each case representative of the arbitrary integer number of additional gear pairs and switching elements of the transmission device 3, which varies depending on the particular application.
  • the transmission device 3 is to be designed with additional gear ratios when a vehicle running with the vehicle drivetrain 1 is to be operated at higher end speeds.
  • gear changes in the transmission device 3 between the first switching element 14 or the second switching element 15 and the third switching element 21 and the other switching elements 21 n only in non-synchronous operating state of the transmission device 3 can be carried out. Nevertheless, when changing between the first transmission range or the second transmission range and the third or the nth transmission range, it is possible to reduce the speed difference to be bridged by adjusting the ratio of the variator 5 during the switching process.
  • the ring gear 10 of the planetary gear device 8 in addition to the first switching element 14 and the idler gear 16 and the gear 18 via a further switching element 22 with the countershaft 17 can be brought into operative connection.
  • Ring gear 10 of the planetary gear device 9 connectable.
  • the idler gear 23 meshes with an intermediate gear 24, which in turn is in engagement with a fixed gear 25 of the countershaft 17.
  • a wheel set with the intermediate gear 24 via the further switching element 22 between the ring gear 10 of the planetary gear device 8 and the transmission output 7 in power flow of the transmission device 3 can be switched.
  • the switching between the first switching element 14, the second switching element 15 or the additional switching element 21 and the further switching element 22 is carried out in each case at low rotational speeds of the output 4 or at standstill of the output 4.
  • the circuits each represent reversing circuits, by means of which in each case a reverse travel of a vehicle executed with the vehicle drive train 1 according to FIG. 3 vehicle is made possible.
  • a loose wheel 26 can be connected in a rotationally fixed manner to the sun gear 11 of the planetary gear device 8, which meshes with a further fixed wheel 27 of the countershaft and is not an integral unit formed with the idler gear 16.
  • the translation range changes, during which each is switched between the first switching element 14 and the second switching element 15 are synchronized by appropriate operation of the variator 5, d. H. Without speed difference in the field of switching elements 14 and 15, feasible.
  • FIGS. 4 and 5 each show a fourth and a fifth exemplary embodiment of the transmission device 3, which basically have the same structure and differ from the exemplary embodiments of the transmission device 3 illustrated in FIGS. 1 to 3 in that the transmission devices 3 in accordance with FIG. 4 and FIG. 5, two synchronous range changes can be carried out in each case.
  • the transmission devices 3 according to FIG. 4 and FIG. 5 are designed with the two switching elements 14 and 15 as well as with a third switching element 28.
  • the second shaft or the ring gear 10 of the planetary gear device 8 is connected in the closed state of the first switching element 14 to the transmission output 7, wherein a rotatably mounted on the countershaft 17 idler gear 29, which rotatably with the Ring gear 10 operatively connected fixed gear 30 meshes, in the closed state of the first switching element 14 rotatably connected to the countershaft 17 is connected.
  • the variator 5 is adjusted to its first extreme position in which the speed of the first shaft 12 of the Variator 5, which is connected to a motor device of the variator 5, equal to zero.
  • the connected via the transmission device 19 with the first shaft 12 of the variator 5 ring gear 10 is also stationary in this operating condition. If there is a corresponding requirement for a starting operation of the vehicle drive train 1 formed vehicle, the variator 5 is pivoted from the latter first extreme position via a preferably common yoke and the speed or the engine speed of the engine of the variator increases. This simultaneously leads to the speed of the output 4 of the vehicle running with the transmission device 3 increasing and the vehicle being started up.
  • the variator 5 For continuously increasing the vehicle speed, the variator 5 is moved from its first extreme position to its second extreme position, and the first transmission region of the transmission device 3 is steplessly passed completely through.
  • the speed of the motor of the variator 5 increases increasingly in the direction of its maximum value, while the speed of the ZF FRIEDRICHSHAFEN AG file 001367
  • the third switching element 28 is disposed on the countershaft 7 to a rotatably mounted on the countershaft 7 idler gear 31 which meshes with a non-rotatably connected to the ring gear 10 fixed gear 32 in the closed state rotatably connected to the countershaft 7 to connect.
  • Variator 5 is arranged and connects a rotatably mounted on the second shaft 13 of the variator 5 idler gear 33 in the closed state with the ring gear 10 of the planetary gear device 8.
  • the idler gear 33 meshes with a non-rotatably connected to the countershaft 17 fixed gear 34, whereby an operative connection between the ring gear 10 and the transmission output 7 is given in the closed state of the third switching element 28.
  • two synchronous range changes can be represented by a planetary gear set with only two output shafts that can be produced cost-effectively and has a simple design.
  • the fourth and the fifth embodiment of the transmission device 3 each represent a comparison with the embodiments shown in Fig. 1 to Fig. 3 of the transmission device 3 extended system, depending on the particular application, one or two synchronous area changes are feasible when the transmission device 3 has the required structure.
  • the transmission device 3 for implementing a modular principle is ideally designed such that depending on the requirement for a two- or three-speed transmission with one or two synchronous range changes, the third switching element 28 is provided or the transmission device 3 is performed without the third switching element 28.
  • the switching elements 14, 15, 21 to 21 n, 22 and 28 of the embodiments of the transmission device 3 shown in the drawing are all designed as frictional multi-plate clutches or frictional switching elements to represent the to be carried out in the transmission device 3 change between the transmission areas without interruption of traction , ZF FRIEDRICHSHAFEN AG file 001367
  • the transmission device according to the invention is deviating from the embodiments shown in the drawing and explained in more detail in the above description also executable with other variators, via which the transmission of power from the drive machine 2 in the direction of the output 4 is continuously transferable and variable.
  • the transmission device 3 according to the invention can also be implemented with other suitable embodiments of a variator, such as a looping variator, a Reibradvariator, two cooperatively connected electric motors and the like, wherein in the field of agricultural machinery, the execution of a variator is preferred as Hydrostat issued this variant has the highest power density.

Abstract

Es wird eine Getriebevorrichtung (3) mit einem Variator (5) zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung und mit sekundärer Leistungsverzweigung beschrieben. Zur Leistungsverzweigung ist eine Planetengetriebeeinrichtung (8) vorgesehen, wobei eine erste Welle (9) der Planetengetriebeeinrichtung (8) mit dem Getriebeeingang (6), eine zweite Welle der Planetengetriebeeinrichtung (8) mit einer ersten Welle (12) des Variators (5) und eine dritte Welle (11) der Planetengetriebeeinrichtung (8) mit einer zweiten Welle (13) des Variators (5) gekoppelt ist. Zum Umschalten zwischen einem ersten Übersetzungsbereich und einem zweiten Übersetzungsbereich sind wenigstens ein erstes Schaltelement (14) und ein zweites Schaltelement (15) vorgesehen. Innerhalb der Übersetzungsbereiche ist die Übersetzung über den Variator (5) jeweils stufenlos veränderbar. Erfindungsgemäß überlappen sich die beiden Übersetzungsbereiche und die zweite Welle (10) der Planetengetriebeeinrichtung (8) ist zur Darstellung des ersten Übersetzungsbereiches über das erste Schalelement (14) mit dem Getriebeausgang (7) und die dritte Welle (11) der Planetengetriebeeinrichtung (8) ist zur Darstellung des zweiten Übersetzungsbereiches über das zweite Schaltelement (15) mit dem Getriebeausgang (7) verbindbar.

Description

ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
Friedrichshafen 2008-06-23
Getriebevorrichtunq mit einem Variator
Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit einem Variator zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung und mit sekundärer Leistungsverzweigung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der DE 10 2006 025 348 A1 ist ein Leistungsverzweigungsgethebe mit einem als Hydrostateinrichtung ausgebildeten Variator bekannt. Das Leis- tungsverzweigungsgetriebe ist mit einem leistungsverzweigenden Planetengetriebe ausgeführt, wobei eine Welle des Planetengetriebes mit einer ersten Welle des Variators wirkverbunden ist und hierüber eine verstellbare Pumpe antreibbar ist. Eine weitere Welle des Plantetengetriebes ist über eine Zahnradstufe mit einer zweiten Welle des Variators verbunden, die wiederum mit einem Hydromotor des Variators wirkverbunden ist. Die dritte Welle des Planetengetriebes ist mit einem Getriebeeingang des Leistungsverzweigungsgetrie- bes verbunden, der mit einer Antriebseinrichtung in Verbindung steht.
Zusätzlich ist die zweite Welle des Variators mit mehreren Festrädern ausgeführt, welche mit mehreren auf einer Vorgelegewelle angeordneten Losrädern kämmen, wobei die Losräder zur Darstellung verschiedener Fahrbereiche bzw. Übersetzungsbereiche für Vorwärtsfahrt und wenigstens eines Fahrbereiches für Rückwärtsfahrt über Schaltelemente drehfest mit der Vorgelegewelle verbindbar sind.
Die Wechsel zwischen den Fahrbereichen sind nachteilhafterweise nicht synchron durchführbar, womit zur Vermeidung einer Unterbrechung der Zugkraft auf jeden Fall während eines Fahrbereichswechsels eine Lastschaltung mit einer Korrektur der Übersetzung im Bereich der Hydrostateinrichtung durchzuführen ist. Während solcher Schaltungen treten unter Umständen unerwünschterweise einen Arbeitsablauf einer mit dem vorbeschriebenen Leis- ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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tungsverzweigungsgetriebe ausgeführten Arbeitsmaschine störende Reaktionsmomente im Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine auf, die im Betrieb von einer Bedienperson der Arbeitsmaschine als Ruck wahrnehmbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchem in kritischen Be- triebszuständen einer Arbeitsmaschine synchrone Fahrbereichswechsel durchführbar sind und das einen konstruktiv einfachen Aufbau aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ist mit einem Variator zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung und mit sekundärer Leistungsverzweigung ausgebildet, wobei eine Plantetengethebeeinrichtung zur Leistungsverzweigung vorgesehen ist. Eine erste Welle der Plantetengetriebeeinrichtung ist mit dem Getriebeeingang, eine zweite Welle der Planetengetriebeeinrichtung ist mit einer ersten Welle des Variators und eine dritte Welle der Plantetengetriebeeinrichtung ist mit einer zweiten Welle des Variators gekoppelt. Darüber hinaus sind wenigstens ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement zum Umschalten zwischen einem ersten Übersetzungsbereich und einem zweiten Übersetzungsbereich vorgesehen, innerhalb welchen die Übersetzung über den Variator jeweils stufenlos veränderbar ist.
Erfindungsgemäß überlappen sich die beiden Übersetzungsbereiche und die zweite Welle des Plantetenradsatzes ist zur Darstellung des ersten Übersetzungsbereiches über das erste Schaltelement mit dem Getriebeausgang und die dritte Welle der Planetengetriebeeinrichtung ist zur Darstellung des zweiten Übersetzungsbereiches über das zweite Schaltelement mit dem Getriebeausgang verbindbar. ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Bei der Getriebevorrichtung nach der Erfindung ist über eine geeignete Betätigung des Variators zwischen der zweiten Welle und der dritten Welle der Planetengetriebeeinrichtung die Übersetzung +1 darstellbar, so dass dieser im Block umläuft und eine Umschaltung zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement ohne Drehzahldifferenz durchführbar ist. Das bedeutet, dass die Umschaltung zwischen dem ersten Fahrbereich und dem zweiten Fahrbereich in der Getriebevorrichtung synchron und ohne Beeinträchtigung eines Arbeitsablaufes einer mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführten Arbeitsmaschine darstellbar ist.
Darüber hinaus ist ein Anfahren einer Arbeitsmaschine aus dem Stillstand leistungsverzweigt möglich, wodurch eine Belastung des Variators auf einfache Art und Weise im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Getriebeeinrichtungen, bei welchen ein Anfahrmoment während des Anfahrens einer Arbeitsmaschine vollständig über den Variator geführt wird, reduziert ist.
Zudem weist die Getriebevorrichtung nach der Erfindung, das mit einem einzigen, einfachen Planetengetriebe und einem Variator ausgeführt ist, einen konstruktiv einfachen Aufbau sowie eine geringe Bauteilanzahl auf, so dass die Getriebevorrichtung mit geringem Aufwand montierbar ist, kostengünstig herstellbar ist und durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet ist.
Eine vorteilhafte und durch eine kompakte Bauart gekennzeichnete Weiterbildung der Getriebevorrichtung ist mit einer zur zweiten Welle des Variators parallel angeordneten Vorgelegewelle ausgeführt, die mit dem Getriebeausgang in Wirkverbindung steht.
Über die beiden Schaltelemente ist bei einer weiteren durch eine geringe Bauteilanzahl gekennzeichnete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung jeweils wenigstens ein Losrad drehfest mit der zweiten Welle ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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des Variators und der dritten Welle der Planetengetriebeeinheit verbindbar, welches wiederum mit einem Zahnrad der Vorgelegewelle wirkverbunden ist.
Bei einer ebenfalls durch einen einfachen Aufbau gekennzeichneten und eine kompakte Bauart aufweisenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sind die beiden Schaltelemente auf der dritten Welle der Planetengetriebeeinrichtung oder der zweiten Welle des Variators angeordnet.
Um eine Belastung des Variators auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise zu reduzieren und die über die Getriebevorrichtung nach der Erfindung übertragbare Leistung im Vergleich zu herkömmlich ausgebildeten Getriebevorrichtungen steigern zu können, ist die zweite Welle der Planetengetriebeeinrichtung bei einer Ausführungsform der Getriebevorrichtung über eine Getriebeeinrichtung mit der ersten Welle des Variators wirkverbunden, über die zwischen der ersten Welle des Variators und der zweiten Welle der Planetengetriebeeinrichtung eine hohe Übersetzung darstellbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist eine Drehrichtungsumkehr zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang mittels einer Ventileinrichtung eines hydraulischen Kreislaufes des als Hydrostateinrichtung ausgebildeten Variators darstellbar, über welche eine Förderrichtung im hydraulischen Kreislauf umschaltbar ist.
Zur Darstellung weiterer Übersetzungsbereiche ist eine weitere Ausführungsform der Getriebevorrichtung nach der Erfindung zwischen der dritten Welle der Planetengetriebeeinrichtung und dem Getriebeausgang mit mehreren über weitere Schaltelemente zuschaltbaren Zahnradpaarungen ausgebildet, wobei bei einer Weiterbildung der Getriebevorrichtung wenigstens eine der Zahnradpaarungen mit einem Zwischenrad zur Darstellung einer Drehrich- ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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tungsumkehr zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang ausgeführt ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist mit einem dritten Schaltelement ausgebildet, über welches zur Darstellung eines dritten Übersetzungsbereiches, der sich mit dem zweiten Übersetzungsbereich überlappt, die zweite Welle der Planetengetriebeeinrichtung mit dem Getriebeausgang koppelbar ist. Damit ist sowohl der Bereichswechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Übersetzungsbereich als auch der Bereichswechsel zwischen dem zweiten Übersetzungsbereich und dem dritten Übersetzungsbereich der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung synchron, d. h. ohne Differenzdrehzahlen im Bereich des ersten Schaltelementes und des zweiten Schaltelementes bzw. zwischen dem zweiten Schaltelement und dem dritten Schaltelement, mit einem kostengünstig herstellbaren und konstruktiv einfach ausgeführten Planetenradsatz mit lediglich zwei Abtriebswellen durchführbar.
Damit besteht auch auf einfache Art und Weise in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles die Möglichkeit, ein sogenanntes Baukastenprinzip zu verwirklichen und die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung zur Darstellung eines synchronen Bereichswechsels lediglich mit dem ersten und dem zweiten Schaltelement auszuführen und die Getriebevorrichtung zur Darstellung von zwei synchronen Bereichswechseln zusätzlich mit dem dritten Schaltelement auszubilden, ohne den grundsätzlichen Aufbau der Getriebevorrichtung ändern zu müssen.
Das bedeutet, dass die Getriebevorrichtung nach der Erfindung in Abhängigkeit der Anforderung, ob mit der Getriebevorrichtung ein oder zwei synchrone Bereichswechsel durchzuführen sind, mit dem dritten Schaltelement ausgebildet wird oder nicht, wobei die jeweilige Ausführung bei besonders ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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kostengünstigen Lösungen ohne aufwändige konstruktive Änderungen des grundsätzlichen Aufbaus der Getriebevorrichtung realisierbar ist.
Um einen angeforderten Wechsel zwischen den Übersetzungsbereichen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung als Lastschaltung ausführen zu können, sind die Schaltelemente bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Getriebevorrichtung als reibschlüssige Lastschaltelemente ausgebildet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zu Gunsten der Übersichtlichkeit in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einem Räderschema eines ersten Ausführungsbeispieles der Getriebevorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Fahrzeugantriebsstrang mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
Fig. 3 einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
Fig. 4 einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung; und ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Fig. 5 einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeugantriebsstrang 1 mit einer Antriebsmaschine 2, einer Getriebevorrichtung 3 und einem Abtrieb 4 stark schematisiert dargestellt. Die Getriebevorrichtung 3 ist mit einem als Hydrostateinrichtung ausgebildeten Variator 5 zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung der Getriebevorrichtung 3 ausgeführt. Ein von der Antriebsmaschine 2 zur Verfügung gestelltes Drehmoment wird im Bereich eines Getriebeeingangs 6 in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet und im Bereich eines Getriebeausgangs 7 aus der Getriebevorrichtung 3 in Richtung des Antriebs 4 geleitet.
Getriebeeingangsseitig wird das im Bereich des Getriebeeingangs 6 anliegende Drehmoment in eine Planetengetriebeeinrichtung 8 über eine vorliegend als Planetensteg ausgeführte erste Welle 9 eingeleitet. Im Bereich der Planetengetriebeeinrichtung 8 wird eine so genannte Leistungsverzweigung des Drehmomentes der Antriebsmaschine 2 durchgeführt, wobei ein Teil des Drehmomentes über eine vorliegend als Hohlrad ausgebildete zweite Welle 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 und eine als Sonnenrad ausgeführte dritte Welle 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 aufgeteilt wird. Die zweite Welle 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 ist mit einer ersten Welle 12 des Variators 5 und die dritte Welle 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 ist mit einer zweiten Welle 13 des Variators 5 gekoppelt.
Zum Umschalten zwischen einem ersten Übersetzungsbereich und einem zweiten Übersetzungsbereich ist die Getriebevorrichtung 3 mit zwei Schaltelementen 14, 15 ausgebildet. Innerhalb der beiden Übersetzungsbereiche ist die Übersetzung der Getriebevorrichtung 3 über den Variator 5 jeweils stufenlos veränderbar, wobei das Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 über das erste Schaltelement 14 mit einem drehbar auf der zweiten Welle 13 ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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des Variators 5 angeordneten Losrad 16 verbindbar ist. Über das zweite Schaltelement 15 ist die dritte Welle bzw. das Sonnenrad der Planetengetriebeeinrichtung 8 mit dem Losrad 16 drehfest verbindbar. Das Losrad 16 kämmt mit einem drehfest mit einer Vorgelegewelle 17 verbundenen Zahnrad 18, die wiederum mit dem Getriebeausgang 7 in Wirkverbindung steht.
Zwischen dem Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 und der ersten Welle 12 des Variators 5 ist eine vorliegend als Stirnradverzahnung ausgeführte Getriebeeinrichtung 19 vorgesehen, mittels welcher das vom Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 in Richtung des Variators 5 geführte Drehmoment reduziert und die Drehzahl der ersten Welle 12 des Variators 5 gegenüber der Drehzahl des Hohlrades 10 angehoben wird.
Die beiden über die Schaltelemente 14 und 15 in der Getriebevorrichtung 3 einlegbaren Übersetzungsbereiche überlappen sich. Zur Darstellung des ersten Übersetzungsbereiches wird die zweite Welle 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 über das erste Schaltelement 14 mit dem Getriebeausgang 7 und zur Darstellung des zweiten Übersetzungsbereiches wird die dritte Welle 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 über das zweite Schaltelement 15 mit dem Getriebeausgang 7 verbunden, wobei während des Wechsels zwischen den Übersetzungsbereichen die Übersetzung im Bereich des Variators 5 auf einen Wert eingestellt wird, zu dem das Hohlrad 10 und das Sonnenrad 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 mit der selben Drehzahl umlaufen.
In diesem Synchronpunkt der Getriebevorrichtung 3 wird dann jeweils das zugeschaltete Schaltelement 14 oder 15 aus seinem geschlossenen Betriebszustand in seinen geöffneten Betriebszustand überführt, während das jeweils abgeschaltete Schaltelement 15 oder 14 aus seinem geöffneten in seinen geschlossenen Betriebszustand überführt wird, wobei beim Umschalten zwischen den beiden Schaltelementen 14 und 15 keine Drehzahldifferenz zu überwinden ist. ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Der Variator 5 bzw. die Hydrostateinheit ist mit einer Pumpe und einem Motor in Schrägachsenbauart ausgeführt, die über ein gemeinsames Schwenkteil zwangsgekoppelt sind und weist somit eine einfache sowie kostengünstige Ansteuerung über nur einen Verstellmechanismus auf. In Abhängigkeit eines Stellwinkels des gemeinsamen Schwenkteiles zwischen dem Motor und der Pumpe des Variators 5, welches zwischen 0° bis ca. 45° verschwenkbar ist, wechseln die Drehzahlen der ersten Welle 12 und der zweiten Welle 13 des Variators 5 in den Endlagen des Schwenkteils jeweils zwischen Wellenstillstand und maximaler Drehzahl.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Variator mit voneinander unabhängig einstellbaren Einheiten ausgebildet ist.
Grundsätzlich sind die Drehrichtungen der Wellen 12 und 13 des Variators 5 derart, dass bei Vorwärtsfahrt des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgebildeten Fahrzeuges und einer Verschwenkung des Schwenkteils des Variators 5 im Bereich der beiden Schaltelemente 14 und 15 der für den synchronen Übersetzungswechsel erforderliche Synchronlauf einstellbar ist, wobei die Drehrichtungen der beiden Wellen 12 und 13 des Variators 5 grundsätzlich gegensinnig sind.
Die Getriebevorrichtung 3 ist mit einem einzigen, einfachen Planetengetriebe und einem Variator 5 ausgebildet, der in der vorbeschriebenen Art und Weise zwischen zwei Wellen 10 und 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 angeordnet ist, um einen möglichst großen, stufenlosen Fahrbereich bei synchroner Umschaltung zwischen den beiden Schaltelementen 14 und 15 darstellen zu können. Darüber hinaus ist mit der Getriebevorrichtung 3 ein Anfahren aus dem Fahrzeugstillstand leistungsverzweigt durchführbar. ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Im Fahrzeugstillstand wird das Schwenkteil des Variators 5 derart verschwenkt, dass die erste Welle 12 des Variators 5 durch variatorinterne Zustände blockiert ist und die zweite Welle 13 des Variators 5 ohne Leistungsübertragung frei drehen kann, wobei die Vorgelegewelle 17 sowie der Getriebeausgang 7 bei geschlossenem ersten Schaltelement 14 blockiert sind und wie Abtrieb 4 stillstehen.
Wird das Schwenkteil des Variators 5 aus der vorgenannten Stellung verschwenkt, beginnt die erste Welle des Variators 12 zu drehen und die zweite Welle 13 des Variators 5 beginnt Leistung aufzunehmen. Im Bereich des ersten Schaltelementes 14 wird das über das Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 anliegende Drehmoment, welches nunmehr im Bereich des Variators 5 abgestützt wird, über das Losrad 16 und das Zahnrad 18 auf die Vorgelegewelle 17 und somit den Getriebeausgang 7 übertragen, womit der Abtrieb 4 bzw. das mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführte Fahrzeug zu rollen beginnt. Das erste Schaltelement 14 bleibt im gesamten ersten Übersetzungsbereich bzw. Fahrbereich der Getriebevorrichtung 3 geschlossen.
Ausgehend von letztbeschriebenem Betriebszustand der Getriebevorrichtung 3 führt ein zunehmender Verstellwinkel des Schwenkteils des Variators 5 während des Anfahrvorganges des Fahrzeuges dazu, dass sich im Bereich der Planetengetriebeeinrichtung 8 zwischen dem Sonnenrad 11 und dem Hohlrad 10 in einem vordefinierten Betriebspunkt des Variators 5 eine Übersetzung mit dem Wert +1 einstellt. Das Hohlrad 10 und das Sonnenrad 11 weisen dann dieselbe Drehzahl auf und die Planetengetriebeeinrichtung 8 läuft im Block um. In diesem Betriebszustand der Getriebevorrichtung 3 ist eine Umschaltung zwischen den beiden Schaltelemente 14 und 15 ohne Drehzahldifferenz durchführbar.
Damit der Verstellbereich des Variators 5 im ersten Übersetzungsbereich und im zweiten Übersetzungsbereich möglichst mehrfach ausnutzbar ist und ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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um die über die Getriebevorrichtung 3 übertragbare Leistung auf konstruktiv einfache Art und Weise steigern zu können, ist zwischen der ersten Welle 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 bzw. dem Hohlrad und der ersten Welle 12 des Variators 5 die Getriebeeinrichtung 10 vorgesehen. Mittels der Getriebeeinrichtung 10 ist eine hohe Übersetzung zwischen der ersten Welle 12 des Variators 5 und dem Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 darstellbar, womit durch die Anordnung der Getriebeeinrichtung 19 der Synchronpunkt im Bereich der beiden Schaltelemente 14 und 15 erst bei einem Verstellwinkel des Schwenkteiles deutlich größer als der halbe Gesamtschwenkwinkel erreicht wird.
Nach dem Umschalten vom ersten Schaltelement 14 in Richtung des zweiten Schaltelementes 15 wird der Schwenkwinkel des Variators 5 zur Steigerung der Abtriebswellendrehzahl bzw. der Drehzahl der Vorgelegewelle 17 reduziert. Die höchste Drehzahl der Vorgelegewelle 17 bzw. des Getriebeausgangs 7 wird erreicht, wenn bei geschlossenem zweitem Schaltelement 15 das Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 durch den Variator 5 blockiert ist. In diesem Betriebszustand der Getriebevorrichtung 3 wird das Sonnenrad 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 ohne Leistungsübertragung im Bereich des Variators 5 angetrieben, da das gesamte Drehmoment der Antriebsmaschine 2 über das zweite Schaltelement 15 in Richtung des Abtriebs 4 geführt wird.
Um mit der Getriebevorrichtung 3 auch einen Übersetzungsbereich für Rückwärtsfahrt ohne zusätzliche mechanische Bauteile zur Verfügung stellen zu können, ist die Getriebevorrichtung 3 in nicht näher dargestellter Art und Weise mit einer Einrichtung auszuführen, mittels welcher die hydraulische Förderrichtung im Bereich des Variators 5 bei stillstehendem Fahrzeug umschaltbar ist. Dabei ist es denkbar, dass der hydraulische Kreislauf des Variators 5 mit einer aus der DE 10 2006 025 348 A1 bekannten Ventileinrichtung ausgeführt wird. ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 3 gezeigt, welches sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich zwischen dem Sonnenrad 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 und dem Getriebeausgang 7 durch weitere Radsätze 20 bis 2On sowie diesen jeweils zugeordneten Schaltelementen 21 bis 21 n unterscheidet, um zusätzliche Übersetzungsbereiche zur Verfügung zu stellen, die durch Lastschaltvorgänge in der Getriebevorrichtung 3 einlegbar sind. Der den Bezugszeichen 20 und 21 jeweils nachgestellte Buchstabe n steht jeweils stellvertretend für die beliebige ganzzahlige Anzahl der zusätzlichen Zahnradpaarungen und Schaltelemente der Getriebevorrichtung 3, welche in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles variiert. Die Getriebevorrichtung 3 ist mit zusätzlichen Übersetzungsbereichen auszuführen, wenn ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug mit höheren Endgeschwindigkeiten betrieben werden soll.
Grundsätzlich sind Übersetzungswechsel in der Getriebevorrichtung 3 zwischen dem ersten Schaltelement 14 oder dem zweiten Schaltelement 15 und dem dritten Schaltelement 21 bzw. den weiteren Schaltelementen 21 n nur in nicht synchronem Betriebszustand der Getriebevorrichtung 3 durchführbar. Dennoch besteht bei Wechseln zwischen dem ersten Übersetzungsbereich oder dem zweiten Übersetzungsbereich und dem dritten oder dem n-ten Übersetzungsbereich jeweils die Möglichkeit, während des Umschaltvorganges die zu überbrückende Drehzahldifferenz durch Anpassung der Übersetzung des Variators 5 zu reduzieren.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 3 ist das Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 neben dem ersten Schaltelement 14 und das Losrad 16 und das Zahnrad 18 über ein weiteres Schaltelement 22 mit der Vorgelegewelle 17 in Wirkverbindung bringbar. Dabei ist ein auf dem Sonnenrad 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 drehbar angeordnetes Losrad 23 über das weitere Schaltelement 22 drehfest mit dem ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 9 verbindbar. Das Losrad 23 kämmt mit einem Zwischenrad 24, welches wiederum in Eingriff mit einem Festrad 25 der Vorgelegewelle 17 steht.
Damit ist ein Radsatz mit dem Zwischenrad 24 über das weitere Schaltelement 22 zwischen dem Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 und dem Getriebeausgang 7 in Kraftfluss der Getriebevorrichtung 3 zuschaltbar. Die Umschaltung zwischen dem ersten Schaltelement 14, dem zweiten Schaltelement 15 oder dem zusätzlichen Schaltelement 21 und dem weiteren Schaltelement 22 wird jeweils bei kleinen Drehzahlen des Abtriebs 4 oder im Stillstand des Abtriebs 4 durchgeführt. Die Schaltungen stellen jeweils Reversier- schaltungen dar, mittels welchen jeweils eine Rückwärtsfahrt eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß Fig. 3 ausgeführten Fahrzeuges ermöglicht wird.
Über das zweite Schaltelement 15 ist im Gegensatz zu den Ausfüh- rungsbespielen der Getriebevorrichtung 3 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ein Losrad 26 drehfest mit dem Sonnenrad 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 verbindbar, welches mit einem weiteren Festrad 27 der Vorgelegewelle kämmt und keine integrale Einheit mit dem Losrad 16 ausbildet. Die Übersetzungsbereichswechsel, während welchen jeweils zwischen dem ersten Schaltelement 14 und dem zweiten Schaltelement 15 umgeschaltet wird, sind durch entsprechende Betätigung des Variators 5 synchron, d. h. ohne Drehzahldifferenz im Bereich der Schaltelemente 14 und 15, durchführbar.
In Fig. 4 und Fig. 5 ist jeweils ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 3 dargestellt, welche grundsätzlich denselben Aufbau aufweisen und sich von den in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispielen der Getriebevorrichtung 3 dadurch unterscheiden, dass mit den Getriebevorrichtungen 3 gemäß Fig. 4 und Fig. 5 jeweils zwei synchrone Bereichswechsel durchführbar sind. ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Hierfür sind die Getriebevorrichtungen 3 gemäß Fig. 4 und Fig. 5 mit den beiden Schaltelementen 14 und 15 sowie mit einem dritten Schaltelement 28 ausgeführt. Zur Darstellung des ersten Übersetzungsbereiches der Getriebevorrichtung 3 wird die zweite Welle bzw. das Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8 in geschlossenem Zustand des ersten Schaltelementes 14 mit dem Getriebeausgang 7 verbunden, wobei ein auf der Vorgelegewelle 17 drehbar angeordnetes Losrad 29, das mit einem drehfest mit dem Hohlrad 10 wirkverbundenen Festrad 30 kämmt, in geschlossenem Zustand des ersten Schaltelementes 14 drehfest mit der Vorgelegewelle 17 verbunden ist.
Ausgehend von einem Betriebszustand des Fahrzeugantriebsstranges 1 , zu dem in der Getriebevorrichtung 3 über das geschlossene erste Schaltelement 14 der erste Übersetzungsbereich eingelegt ist und im Stillstand des Fahrzeuges, ist der Variator 5 in seine erste Extremstellung verstellt, in der die Drehzahl der ersten Welle 12 des Variators 5, welche mit einer Motoreinrichtung des Variators 5 verbunden ist, gleich Null ist. Das über die Getriebeeinrichtung 19 mit der ersten Welle 12 des Variators 5 verbundene Hohlrad 10 steht in diesem Betriebszustand ebenfalls still. Liegt eine entsprechende Anforderung für einen Anfahrvorgang des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgebildeten Fahrzeuges vor, wird der Variator 5 aus der letztgenannten ersten Extremstellung über ein vorzugsweise gemeinsames Joch verschwenkt und die Drehzahl bzw. die Motordrehzahl des Motors des Variators steigt an. Dies führt gleichzeitig dazu, dass die Drehzahl des Abtriebs 4 des mit der Getriebevorrichtung 3 ausgeführten Fahrzeuges ansteigt und das Fahrzeug angefahren wird.
Zur kontinuierlichen Steigerung der Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Variator 5 von seiner ersten Extremstellung in seine zweite Extremstellung verstellt und der erste Übersetzungsbereich der Getriebevorrichtung 3 stufenlos vollständig durchfahren. Dabei steigt die Drehzahl des Motors des Variators 5 zunehmend in Richtung seines Maximalwertes an, während die Drehzahl der ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Pumpe des Variators von ihrem Maximalwert auf Null abgesenkt wird. In der zweiten Extremstellung des Variators 5 stellt sich im Bereich des zweiten Schaltelementes 15 der Synchronpunkt ein, womit das zweite Schaltelement 15 ohne Drehzahldifferenz in seinen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist, während das erste Schaltelement 14 geöffnet wird.
Nach erfolgreichem synchronen Bereichswechsel vom ersten Übersetzungsbereich in den zweiten Übersetzungsbereich und bei Vorliegen einer weiteren Anforderung zur Steigerung der Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Variator 5 ausgehend von seiner zweiten Extremstellung wiederum in Richtung seiner ersten Extremstellung verschwenkt. Dies führt dazu, dass die Drehzahl der zweiten Welle des Variators 13 ansteigt, während die Drehzahl des Hohlrades 10 reduziert wird.
Zu einem vordefinierten Verschwenkwinkel des Jochs des Variators 5, der in Abhängigkeit der Übersetzung der von dem Losrad 29 und dem Festrad 30 ausgebildeten Stirnradverzahnung steht, wird im Bereich des zweiten Schaltelementes 15 und im Bereich des dritten Schaltelementes 28 gleichzeitig der Synchronpunkt erreicht, womit ein zweiter synchroner Bereichswechsel zwischen dem zweiten Übersetzungsbereich und dem dritten Übersetzungsbereich in der Getriebevorrichtung 3 ohne Differenzdrehzahl zwischen dem zweiten Schaltelement 15 und dem dritten Schaltelement 28 durchführbar ist.
Bei der in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsform der Getriebevorrichtung 3 ist das dritte Schaltelement 28 auf der Vorgelegewelle 7 angeordnet, um ein drehbar auf der Vorgelegewelle 7 angeordnetes Losrad 31 , welches mit einem drehfest mit dem Hohlrad 10 verbundenen Festrad 32 kämmt, in geschlossenem Zustand drehfest mit der Vorgelegewelle 7 zu verbinden.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 3 ist das dritte Schaltelement 28 auf der zweiten Welle 13 des ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Variators 5 angeordnet und verbindet ein auf der zweiten Welle 13 des Variators 5 drehbar angeordnetes Losrad 33 im geschlossenen Zustand mit dem Hohlrad 10 der Planetengetriebeeinrichtung 8. Das Losrad 33 kämmt mit einem drehfest mit der Vorgelegewelle 17 verbundenen Festrad 34, womit eine Wirkverbindung zwischen dem Hohlrad 10 und dem Getriebeausgang 7 in geschlossenem Zustand des dritten Schaltelementes 28 gegeben ist.
Sowohl mit der Getriebevorrichtung 3 gemäß Fig. 4 als auch mit der Getriebevorrichtung 3 gemäß Fig. 5 sind jeweils zwei synchrone Bereichswechsel mit einem kostengünstig herstellbaren und konstruktiv einfach ausgeführten Planetenradsatz mit lediglich zwei Abtriebswellen darstellbar.
Grundsätzlich stellen die vierte und die fünfte Ausführungsform der Getriebevorrichtung 3 jeweils ein gegenüber den in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Ausführungsformen der Getriebevorrichtung 3 erweitertes System dar, wobei in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles ein oder zwei synchrone Bereichswechsel durchführbar sind, wenn die Getriebevorrichtung 3 den dafür erforderlichen Aufbau aufweist.
In diesem Zusammenhang ist die Getriebevorrichtung 3 zur Realisierung eines Baukastenprinzips idealerweise derart auszuführen, dass in Abhängigkeit der Anforderung für ein Zwei- oder Dreiganggetriebe mit einem oder zwei synchronen Bereichswechseln das dritte Schaltelement 28 vorgesehen wird oder die Getriebevorrichtung 3 ohne das dritte Schaltelement 28 ausgeführt wird.
Die Schaltelemente 14, 15, 21 bis 21 n, 22 und 28 der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Getriebevorrichtung 3 sind alle als reibschlüssige Lamellenkupplungen bzw. reibschlüssige Schaltelemente ausgeführt, um die in der Getriebevorrichtung 3 durchzuführenden Wechsel zwischen den Übersetzungsbereichen ohne Zugkraftunterbrechung darstellen zu können. ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
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Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ist abweichend von den in der Zeichnung dargestellten und in der vorstehenden Beschreibung näher erläuterten Ausführungsbeispielen auch mit anderen Variatoren ausführbar, über welche die Übertragung der Leistung von der Antriebsmaschine 2 in Richtung des Abtriebs 4 stufenlos übertragbar und variierbar ist. Das bedeutet, dass die Getriebevorrichtung 3 nach der Erfindung auch mit anderen geeigneten Ausführungsformen eines Variators, wie einem Umschlingungsvariator, einem Reibradvariator, zwei miteinander wirkverbundenen Elektromotoren und dergleichen, ausführbar ist, wobei im Bereich von Landmaschinen die Ausführung eines Variators als Hydrostateinrichtung bevorzugt wird, da diese Variante die höchste Leistungsdichte aufweist.
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
Friedrichshafen 2008-06-23
Bezuqszeichen
1 Fahrzeugantriebsstrang
2 Antriebsmaschine
3 Getriebevorrichtung
4 Abtrieb
5 Variator
6 Getriebeeingang
7 Getriebeausgang
8 Planetengetriebeeinrichtung
9 erste Welle der Planetengetriebeeinrichtung
10 zweite Welle der Planetengetriebeeinrichtung
11 dritte Welle der Planetengetriebeeinrichtung
12 erste Welle des Variators
13 zweite Welle des Variators
14 erstes Schaltelement
15 zweites Schaltelement
16 Losrad
17 Vorgelegewelle
18 Zahnrad
19 Getriebeeinrichtung
20 bis 2On Zahnradpaarung
21 bis 21 n Schaltelement
22 weiteres Schaltelement
23 Losrad
24 Zwischenrad
25 Zahnrad
26 Losrad
27 Festrad
28 drittes Schaltelement ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
Friedrichshafen 2008-06-23
29 Losrad
30 Festrad
31 Losrad
32 Festrad
33 Losrad

Claims

ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367Friedrichshafen 2008-06-23Patentansprüche
1. Getriebevorrichtung (3) mit wenigstens einem Variator (5) zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung und mit sekundärer Leistungsverzeigung, wobei eine Planetengetriebeeinrichtung (8) zur Leistungsverzweigung vorgesehen ist, wobei eine erste Welle (9) der Planetengetriebeeinrichtung (8) mit dem Getriebeeingang (6), eine zweite Welle (10) der Planetengetriebeeinrichtung (8) mit einer ersten Welle (12) des Variators (8) und eine dritte Welle (11) der Planetengetriebeeinrichtung (8) mit einer zweiten Welle (13) des Variators (5) gekoppelt ist, und wobei wenigstens ein erstes Schaltelement (14) und ein zweites Schaltelement (15) zum Umschalten zwischen einem ersten Übersetzungsbereich und einem zweiten Übersetzungsbereich vorgesehen sind, innerhalb welchen die Übersetzung über den Variator (5) jeweils stufenlos veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Übersetzungsbereiche sich überlappen und die zweite Welle (10) der Planetengetriebeeinrichtung (8) zur Darstellung des ersten Übersetzungsbereiches über das erste Schaltelement (14) mit dem Getriebeausgang (7) und die dritte Welle (11) der Planetengetriebeeinrichtung (8) zur Darstellung des zweiten Übersetzungsbereiches über das zweite Schaltelement (15) mit dem Getriebeausgang (7) verbindbar ist.
2. Getriebevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine zur zweiten Welle (13) des Variators parallel angeordnete Vorgelegewelle (17) vorgesehen ist, die mit dem Getriebeausgang (7) in Wirkverbindung steht.
3. Getriebevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die beiden Schaltelemente (14, 15) jeweils wenigstens ein Losrad (16) drehfest mit der zweiten Welle (13) des Variators (5) und ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
Friedrichshafen 2008-06-23
der dritten Welle (11) der Planetengetriebeeinrichtung (8) verbindbar ist, welches mit einem Zahnrad (18) der Vorgelegewelle (17) wirkverbunden ist.
4. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schaltelemente (14, 15) auf der dritten Welle (11) der Planetengetriebeeinrichtung (8) oder der zweiten Welle (13) des Variators (5) angeordnet sind.
5. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (10) der Planetengetriebeeinrichtung (8) über eine Getriebeeinrichtung (19) mit der ersten Welle (12) des Variators (5) in Wirkverbindung steht.
6. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrostateinrichtung (5) wenigstens eine Pumpe und wenigstens einen über einen hydraulischen Kreislauf damit wirkverbundenen Motor umfasst, die beide verstellbar und vorzugsweise als Schrägachseneinheiten ausgeführt sind.
7. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (9) der Planetengetriebeeinrichtung (8) als Planetensteg, die zweite Welle (10) der Planetengetriebeeinrichtung (8) als Hohlrad und die dritte Welle (11) der Planetengetriebeeinrichtung (8) als Sonnenrad ausgeführt ist.
8. Getriebevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (5) als Hydrostateinrichtung ausgebildet ist und eine Pumpe des Variators (5) über die erste Welle (12) des Variators (5) mit dem Hohlrad (10) der Planetengetriebeeinrichtung (8) verbunden ist und zur Darstellung einer Drehzahl gleich Null im Bereich des Getriebeausgangs (7) ein Leis- ZF FRIEDRICHSHAFEN AG Akte 001367
Friedrichshafen 2008-06-23
tungsfluss des Variators (5) gesperrt und die zweite Welle (13) des Variators (5) ohne Leistungsübertragung frei drehbar ist.
9. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehrichtungsumkehr zwischen dem Getriebeeingang (6) und dem Getriebeausgang (7) mittels einer Ventileinrichtung eines hydraulischen Kreislaufes des Variators (5) darstellbar ist, über welche eine Förderrichtung im hydraulischen Kreislauf umschaltbar ist.
10. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Welle (11) der Planetengetriebeeinrichtung (8) und dem Getriebeausgang (7) mehrere über weitere Schaltelemente (21 bis 21 n) zuschaltbare Zahnradpaarungen (20 bis 2On) zur Darstellung weiterer Übersetzungsbereiche vorgesehen sind.
11. Getriebevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Zahnradpaarungen mit einem Zwischenrad (24) zur Darstellung einer Drehrichtungsumkehr zwischen dem Getriebeeingang (6) und dem Getriebeausgang (7) ausgeführt ist.
12. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Schaltelement (28) vorgesehen ist, über welches zur Darstellung eines dritten Übersetzungsbereiches, der sich mit dem zweiten Übersetzungsbereich überlappt, die zweite Welle (10) der Planetengetriebeeinrichtung (8) mit dem Getriebeausgang (7) koppelbar ist.
13. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (14, 15,21 bis 21 n, 22, 28) als reibschlüssige Lastschaltelemente ausgebildet sind.
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