WO2014094771A1 - Mehrbereich-cvt - Google Patents

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WO2014094771A1
WO2014094771A1 PCT/DE2013/200375 DE2013200375W WO2014094771A1 WO 2014094771 A1 WO2014094771 A1 WO 2014094771A1 DE 2013200375 W DE2013200375 W DE 2013200375W WO 2014094771 A1 WO2014094771 A1 WO 2014094771A1
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WO
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range
switching
variator
stage
clutch
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PCT/DE2013/200375
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Inventor
Bernhard Walter
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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Priority to JP2015548212A priority patent/JP6498124B2/ja
Priority to DE112013006077.9T priority patent/DE112013006077A5/de
Priority to CN201380066848.8A priority patent/CN104870863B/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/021—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings toothed gearing combined with continuous variable friction gearing
    • F16H37/022—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings toothed gearing combined with continuous variable friction gearing the toothed gearing having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H37/021—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings toothed gearing combined with continuous variable friction gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H37/021—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings toothed gearing combined with continuous variable friction gearing
    • F16H2037/025—CVT's in which the ratio coverage is used more than once to produce the overall transmission ratio coverage, e.g. by shift to end of range, then change ratio in sub-transmission and shift CVT through range once again

Definitions

  • the invention relates to a multi-range CVT with a continuously variable variator and at least two switching stages for displaying at least two operating ranges with continuously variable transmission.
  • CVT refers to a continuously variable transmission, the letters CVT standing for continuously variable transmission.
  • the object of the invention is to simplify the construction and / or operation of a multi-range CVT with a continuously variable variator and at least two switching stages for displaying at least two operating ranges with continuously variable transmission.
  • the object is achieved in a multi-range CVT with a continuously variable variator and at least two switching stages for displaying at least two operating ranges with infinitely variable transmission through at least one of the variator bridging Vietnamese tellnebebsh with a specific translation to represent a range change between the operating ranges.
  • the direct pass stage is arranged parallel to a variator branch.
  • a preferred embodiment of the multi-range CVT is characterized in that a translation of the direct-drive stage is selected such that an overall transmission ratio via a direct-drive branch is the same as the overall transmission ratio via a variator branch.
  • a further preferred exemplary embodiment of the multi-range CVT is characterized in that the direct-drive stage comprises a through-drive clutch and is connected between a variator input and one of the switching stages.
  • the direct-drive stage includes, for example, a gear that is directly or indirectly coupled to a variator input shaft. Another gear of Metro mantriebstress is advantageously coupled to a gear of one of the switching stages.
  • the through-drive coupling is advantageously connected between the two gears of the through-drive stage.
  • Another preferred embodiment of the multi-range CVT is characterized in that the through-drive coupling is designed as a dog clutch.
  • the dog clutch is robust and inexpensive to produce.
  • a further preferred embodiment of the multi-range CVT is characterized in that the direct-drive stage is connected between a power-shift clutch device and a first shift-over stage, which represents a first operating range.
  • the power-shift clutch device comprises at least one load-shifting clutch that can be switched under load.
  • the power-shift clutch device comprises two load-shifting clutches which can be shifted under load.
  • a further preferred embodiment of the multi-range CVT is characterized in that a switching clutch is arranged between the first switching stage and a second switching stage, which constitutes a second operating range.
  • the switching clutch advantageously has a neutral position in which no torque is transmitted via the switching stages. In a first switching position of the switching clutch, the torque transmission takes place in the first operating range. In a second switching position of the switching clutch, the torque is transmitted via the second switching stage.
  • Another preferred embodiment of the multi-range CVT is characterized in that the switching clutch is designed as a dog clutch. The dog clutch is robust and inexpensive to produce.
  • a further preferred embodiment of the multi-range CVT is characterized in that the power-shift clutch device is designed as a double clutch for forward shifting and reverse shifting.
  • the power-shift clutch device is advantageously connected between a transmission input shaft and the variator input shaft.
  • the abovementioned object is alternatively or additionally achieved by switching over between the variator branch and the direct cross-stage branch in a range change point under full load without interruption of traction.
  • the first operating range can be steplessly stepless to the final translation of the variator. Since no differential speeds are advantageous in this point, the direct Ahmedstnsstsstenzweig can be switched on the through-drive clutch. Thereafter, the switching clutch may be opened to the first switching stage. The full power transmission then takes place via the direct pass stage branch. The Variatorzweig can be adjusted to the correct translation for a change in the second operating range. Subsequently, the switching clutch for displaying the second operating range can be closed to the second switching stage. Finally, the through-drive coupling is opened in order to enable a continuous travel across the Variatorzweig in the second operating range.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that a Variatorüber GmbH before opening a variator associated coupling element for load transfer to the Vietnamese betriebshave is slightly adjusted direction Underdrive.
  • a special variator transmission control for load removal at the variator branch can be represented particularly advantageously.
  • FIG. 1 shows a simplified sectional illustration of a multi-region
  • CVTs and Figure 2 is a Cartesian coordinate diagram illustrating a range change between two operating ranges in which the CVT transmission of Figure 1 can be operated.
  • FIG. 1 shows in simplified form a multi-region CVT according to the invention.
  • the multi-range CVT 1 is particularly well suited for commercial vehicle applications, since these vehicles are driven at low speeds but large output-side torque.
  • the multi-range CVT 1 is used for example in tractors.
  • the multi-range CVT 1 provides a cost-effective improvement of the circuit between the operating ranges. In particular, a full load circuit between the two operating ranges is made possible.
  • the multi-range CVT 1 includes an input shaft 3 that is associated with a load coupling device 5.
  • the load coupling device 5 is designed as a double clutch with two partial clutches 7, 8.
  • the partial clutch 7 allows a forward driving operation of a vehicle equipped with the multi-range CVT 1, in particular commercial vehicle.
  • the partial clutch 8 allows a reverse drive.
  • the partial clutches 7, 8 each comprise a clutch disc, which are rotatably connected to different transmission shafts.
  • the input-side load coupling device 5 is followed by a variator 22 with a variator input shaft 20.
  • the variator 22 is designed as a conical-pulley transmission 24 with an input-side pulley set 25 and an output-side pulley set 26.
  • the two pulley sets 25, 26 are coupled together by a belt 28, such as a chain.
  • the input shaft 3 is connected via the closed part clutch 7 and a shaft 31 rotatably connected to a gear stage 35.
  • a gear of the gear stage 35 is rotatably connected to the Vario- Toreingangswelle 20.
  • the input shaft 3 rotatably connected to a gear stage 36 is connected.
  • a gear of the gear stage 36 is rotatably connected to the Variator input shaft 20.
  • the variator 22 includes a Variatorausgangswelle 38 which is rotatably connected to a translation stage 39.
  • the Variatorausgangswelle 38 is coupled to a switching gear 40.
  • the switching gear 40 comprises two switching stages 41, 42.
  • the switching stage 41 serves to display a first operating range in which the multi-range CVT 1 can be operated steplessly via the variator 22.
  • the switching stage 42 serves to display a second operating range in which the multi-range CVT 1 can be operated steplessly via the variator 22.
  • the first operating range allows relatively low driving speeds.
  • the second operating range allows relatively high speeds.
  • a switching clutch 45 is arranged between the two switching stages 41 and 42.
  • the switching clutch 45 is designed as a dog clutch and is in the switching position shown in Figure 1 in its neutral position.
  • a double arrow 46 is indicated that the variator output shaft 38 via the translation stage 39 either with the switching circuit 41 or with the switching circuit 42 is firmly connected.
  • An output shaft 48 of the change-over gear 40 or of the multi-range CVT 1 is coupled via a differential gear or differential 50 with two axle shafts 51, 52.
  • the two axle shafts 51, 52 serve to drive two drive wheels (not shown) of a drive axle of the commercial vehicle, which is preferably designed as a tractor.
  • the switching of the multi-range CVT 1, which is designed in particular as a dual-range CVT takes place with the aid of a direct drive stage 60.
  • the direct-drive stage 60 comprises a drive gear 61 which, via the gear stage 35, is rotationally fixed to the variator input shaft 20 connected is.
  • the direct-drive stage 60 comprises a through-drive gear 62, which is non-rotatably connected to the switching stage 41 of the change-over gear 40.
  • the two drive gears 61, 62 are rotatably connected to each other with the interposition of a drive coupling 65 via a drive shaft 68.
  • the through drive coupling 65 is designed as a dog clutch.
  • the drive-through clutch 65 is shown in its open switching position. When the drive clutch 65 is open, no torque is transmitted from the drive gear 61 to the drive gear 62.
  • An arrow 69 indicates that the through-drive coupling 65 can connect the two through-gear wheels 61, 62 rotatably to one another via the through-drive shaft 68.
  • the closed through-drive coupling 65 serves to represent a through-drive branch which is connected in parallel to a variator branch. With the aid of the through-drive coupling 65 designed as a claw coupling, the direct through-drive stage 60 can be switched on or off.
  • the direct drive stage 60 ratio is selected so that the total transmission ratio across the direct-drive stage branch, also referred to as the direct-drive branch, is the same as the overall transmission ratio across the variator branch in a range break point. This makes it possible, under full load without interrupting traction in the area switching point between the direct fürgangstress 60 and the Variatorzweig using the clutches designed as clutches 45, 65 to turn.
  • FIG. 2 shows a Cartesian coordinate diagram with an x-axis 71 and a y-axis 72.
  • the variator ratio is plotted on the x-axis 71.
  • On the y-axis 72 the travel speed of a commercial vehicle equipped with the multi-range CVT is plotted in kilometers per hour.
  • the utility vehicle is preferably a tractor operated in a main work area 74 between four and twelve kilometers per hour.
  • a curve 75 the first operating range of the tractor is indicated, which allows the representation of low speeds.
  • a curve 76 of the second operating range of the tractor is indicated, which allows higher speeds.
  • a point 77 is located at an upper end of the curve 75.
  • a point 78 is indicated at a lower end of the curve 76.
  • the variator branch can be adjusted to the correct ratio for the change to the second operating range 76.
  • the switching clutch 45 can be closed in the second operating range, which is represented by the second switching stage 42.
  • the through-drive clutch 65 of the direct Ahmedgangssrasenzweigs be opened to allow a continuous travel over the Variatorzweig in the second operating region 76.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrbereich-CVT mit einem stufenlos verstellbaren Variator und mindestens zwei Umschaltstufen zur Darstellung von mindestens zwei Betriebsbereichen mit stufenloser Übersetzung. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch mindestens eine den Variator überbrückende Direktdurchtriebsstufe mit einer speziellen Übersetzung zur Darstellung eines Bereichswechsels zwischen den Betriebsbereichen.

Description

Mehrbereich-CVT
Die Erfindung betrifft ein Mehrbereich-CVT mit einem stufenlos verstellbaren Variator und mindestens zwei Umschaltstufen zur Darstellung von mindestens zwei Betriebsbereichen mit stufenloser Übersetzung. Mit CVT wird ein stufenloses Getriebe bezeichnet, wobei die Buchstaben CVT für continuously variable transmission stehen.
Um den Übersetzungsbereich des Gesamtgetriebes, also dessen Spreizung zu erhöhen, ist es aus der EP 2 169 277 bekannt, dem CVT eine Planetensatzschaltung nachzuordnen. Dieser Planetensatz enthält eine Zweibereichsschaltung und eine Rückwärtsschaltung. Dieser abtriebsseitige Planetensatz muss bei größeren Eingangsdrehmomenten wie z. B. für Nutzfahrzeuganwendungen sehr groß dimensioniert werden. Dies bedeutet insbesondere in dem Bereich, in dem die Planeten umwälzen, einen relativ schlechten Wirkungsgrad.
Weiterhin ist es aus der DE 102 61 990 A1 bekannt, ein Mehrbereich-CVT mit festen zuschaltbaren Gängen z. B. zum Anfahren oder für Höchstgeschwindigkeit vorzusehen, wobei jedoch bei Betrieb dieser festen Übersetzungen der Variator abgekoppelt ist. Demzufolge gibt es nur einen stufenlosen Bereich, es können nicht alle Fahrbereiche stufenlos gefahren werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau und/oder den Betrieb eines Mehrbereich-CVTs mit einem stufenlos verstellbaren Variator und mindestens zwei Umschaltstufen zur Darstellung von mindestens zwei Betriebsbereichen mit stufenloser Übersetzung zu vereinfachen.
Die Aufgabe ist bei einem Mehrbereich-CVT mit einem stufenlos verstellbaren Variator und mindestens zwei Umschaltstufen zur Darstellung von mindestens zwei Betriebsbereichen mit stufenloser Übersetzung durch mindestens eine den Variator überbrückende Direktdurchtnebsstufe mit einer speziellen Übersetzung zur Darstellung eines Bereichswechsels zwischen den Betriebsbereichen gelöst. Die Direktdurchtriebsstufe ist parallel zu einem Variatorzweig angeordnet. Mit Hilfe der Direktdurchtriebsstufe wird besonders vorteilhaft ein Umschalten zwischen den Betriebsbereichen ohne unerwünschte Zugkraftunterbrechungen ermöglicht. Das Umschalten zwischen den Betriebsbereichen kann besonders vorteilhaft auch unter Volllast, zum Beispiel beim Anfahren mit einem schwer beladenen Fahrzeug am Hang erfolgen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mehrbereich-CVTs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung der Direktdurchtriebsstufe so gewählt ist, dass eine Gesamtgetriebeübersetzung über einen Direktdurchtriebszweig die gleiche ist wie die Gesamtgetriebeübersetzung über einen Variatorzweig. Dadurch ist es möglich mit Hilfe geeigneter Kupplungen auch unter Volllast ohne Zugkraftunterbrechung in einem Betriebswechselpunkt oder Bereichswechselpunkt zwischen der Direktdurchtriebsstufe und dem Variatorzweig zu schalten.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mehrbereich-CVTs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Direktdurchtriebsstufe eine Durchtriebskupplung umfasst und zwischen einen Variatoreingang und eine der Umschaltstufen geschaltet ist. Die Direktdurchtriebsstufe umfasst zum Beispiel ein Zahnrad, das direkt oder indirekt mit einer Variatoreingangswelle gekoppelt ist. Ein weiteres Zahnrad der Direktdurchtriebsstufe ist vorteilhaft mit einem Zahnrad einer der Umschaltstufen gekoppelt. Die Durchtriebskupplung ist vorteilhaft zwischen die beiden Zahnräder der Durchtriebsstufe geschaltet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mehrbereich-CVTs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtriebskupplung als Klauenkupplung ausgeführt ist. Die Klauenkupplung ist robust und kostengünstig herstellbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mehrbereich-CVTs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Direktdurchtriebsstufe zwischen eine Lastschaltkupplungseinrichtung und eine erste Umschaltstufe geschaltet ist, die einen ersten Betriebsbereich darstellt. Die Lastschaltkupplungseinrichtung umfasst mindestens eine unter Last schaltbare Lastschaltkupplung. Besonders vorteilhaft umfasst die Lastschaltkupplungseinrichtung zwei unter Last schaltbare Lastschaltkupplungen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mehrbereich-CVTs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltkupplung zwischen der ersten Umschaltstufe und einer zweiten Umschaltstufe angeordnet ist, die einen zweiten Betriebsbereich darstellt. Die Umschaltkupplung weist vorteilhaft eine Neutralstellung auf, in der keine Drehmomentübertragung über die Umschaltstufen erfolgt. In einer ersten Schaltstellung der Umschaltkupplung erfolgt die Drehmomentübertragung in dem ersten Betriebsbereich. In einer zweiten Schaltstellung der Umschaltkupplung erfolgt die Drehmomentübertragung über die zweite Umschaltstufe. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mehrbereich-CVTs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltkupplung als Klauenkupplung ausgeführt ist. Die Klauenkupplung ist robust und kostengünstig herstellbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mehrbereich-CVTs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lastschaltkupplungseinrichtung als Doppelkupplung für Vorwärtsschaltung und Rückwärtsschaltung ausgeführt ist. Die Lastschaltkupplungseinrichtung ist vorteilhaft zwischen eine Getriebeeingangswelle und die Variatoreingangswelle geschaltet.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Mehrbereich-CVTs ist die o- ben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass in einem Bereichswechselpunkt unter Volllast ohne Zugkraftunterbrechung zwischen dem Variatorzweig und dem Direktdurchtnebsstufenzweig umgeschaltet wird. In dem ersten Betriebsbereich kann bis zur Endübersetzung des Variators stufenlos gefahren werden. Da in diesem Punkt vorteilhaft keine Differenzdrehzahlen vorliegen, kann der Direktdurchtnebsstufenzweig über die Durchtriebskupplung zugeschaltet werden. Danach kann die Umschaltkupplung zu der ersten Umschaltstufe geöffnet werden. Die volle Kraftübertragung erfolgt dann über den Direktdurchtnebsstufenzweig. Der Variatorzweig kann so auf die richtige Übersetzung für einen Wechsel in den zweiten Betriebsbereich verstellt werden. Anschließend kann die Umschaltkupplung zur Darstellung des zweiten Betriebsbereichs zu der zweiten Umschaltstufe geschlossen werden. Schließlich wird die Durchtriebskupplung geöffnet, um ein stufenloses Weiterfahren über den Variatorzweig im zweiten Betriebsbereich zu ermöglichen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Variatorübersetzung vor dem Öffnen eines dem Variator zugeordneten Kupplungselements zur Lastübergabe auf die Direktdurchtriebsstufe leicht Richtung Underdrive verstellt wird. Dadurch kann besonders vorteilhaft eine spezielle Variatorübersetzungsregelung zur Lastwegnahme am Variatorzweig dargestellt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Mehrbereich-
CVTs und Figur 2 ein kartesisches Koordinatendiagramm zur Veranschaulichung eines Bereichswechsels zwischen zwei Betriebsbereichen, in denen das CVT-Getriebe aus Figur 1 betrieben werden kann.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrbereich-CVT vereinfacht im Schnitt dargestellt. Das Mehrbereich-CVT 1 ist insbesondere für Nutzfahrzeuganwendungen sehr gut geeignet, da diese Fahrzeuge mit niedrigen Drehzahlen aber großen abtriebsseitigen Momenten gefahren werden. Das Mehrbereich-CVT 1 wird zum Beispiel in Traktoren eingesetzt.
Herkömmliche Mehrbereich-CVTs haben unter anderem den Nachteil, dass es bei einem Bereichswechsel zwischen zwei Betriebsbereichen zu einer Unterbrechung des Kraftflusses kommt. Die Zugkraftunterbrechung erschwert zudem das Umschalten beim Anfahren eines schwer beladenen Fahrzeugs am Hang. Durch das erfindungsgemäße Mehrbereich-CVT 1 wird eine kostengünstige Verbesserung der Schaltung zwischen den Betriebsbereichen geschaffen. Dabei wird insbesondere eine Volllastschaltung zwischen den beiden Betriebsbereichen ermöglicht.
Das Mehrbereich-CVT 1 umfasst eine Eingangswelle 3, die einer Lastkupplungseinrichtung 5 zugeordnet ist. Die Lastkupplungseinrichtung 5 ist als Doppelkupplung mit zwei Teilkupplungen 7, 8 ausgeführt. Die Teilkupplung 7 ermöglicht einen Vorwärtsfahrbetrieb eines mit dem Mehrbereich-CVT 1 ausgestatteten Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs. Die Teilkupplung 8 ermöglicht einen Rückwärtsfahrbetrieb. Die Teilkupplungen 7, 8 umfassen jeweils eine Kupplungsscheibe, die drehfest mit unterschiedlichen Getriebewellen verbunden sind.
Der eingangsseitigen Lastkupplungseinrichtung 5 ist ein Variator 22 mit einer Variatorein- gangswelle 20 nachgeschaltet. Der Variator 22 ist als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 24 mit einem eingangsseitigen Scheibensatz 25 und einem ausgangsseitigen Scheibensatz 26 ausgeführt. Die beiden Scheibensätze 25, 26 sind durch ein Umschlingungsmittel 28, wie eine Kette, miteinander gekoppelt.
Die Eingangswelle 3 ist über die geschlossene Teilkupplung 7 und eine Welle 31 drehfest mit einer Getriebestufe 35 verbindbar. Ein Zahnrad der Getriebestufe 35 ist drehfest mit der Varia- toreingangswelle 20 verbunden. Über die Teilkupplung 8 und eine Welle 32 ist die Eingangwelle 3 drehfest mit einer Getriebestufe 36 verbindbar. Ein Zahnrad der Getriebestufe 36 ist drehfest mit der Variatoreingangswelle 20 verbunden. Der Variator 22 umfasst eine Variatorausgangswelle 38, die drehfest mit einer Übersetzungsstufe 39 verbunden ist. Über die Übersetzungsstufe 39 ist die Variatorausgangswelle 38 mit einem Umschaltgetriebe 40 gekoppelt. Das Umschaltgetriebe 40 umfasst zwei Umschaltstufen 41 , 42.
Die Umschaltstufe 41 dient zur Darstellung eines ersten Betriebsbereichs, in dem das Mehr- bereich-CVT 1 über den Variator 22 stufenlos betrieben werden kann. Die Umschaltstufe 42 dient zur Darstellung eines zweiten Betriebsbereichs, in dem das Mehrbereich-CVT 1 über den Variator 22 stufenlos betrieben werden kann. Der erste Betriebsbereich ermöglicht relativ geringe Fahrgeschwindigkeiten. Der zweite Betriebsbereich ermöglicht relativ hohe Fahrgeschwindigkeiten.
Zum Umschalten zwischen den beiden Betriebsbereichen ist eine Umschaltkupplung 45 zwischen den beiden Umschaltstufen 41 und 42 angeordnet. Die Umschaltkupplung 45 ist als Klauenkupplung ausgeführt und befindet sich in der in Figur 1 dargestellten Schaltstellung in ihrer Neutralstellung. Durch einen Doppelpfeil 46 ist angedeutet, dass die Variatorausgangswelle 38 über die Übersetzungsstufe 39 entweder mit der Umschaltstufe 41 oder mit der Umschaltstufe 42 fest verbindbar ist.
Eine Ausgangswelle 48 des Umschaltgetriebes 40 beziehungsweise des Mehrbereich-CVTs 1 ist über ein Differentialgetriebe oder Ausgleichsgetriebe 50 mit zwei Achswellen 51 , 52 gekoppelt. Die beiden Achswellen 51 , 52 dienen zum Antrieb von zwei (nicht dargestellt) Antriebsrädern einer Antriebsachse des vorzugsweise als Traktor ausgeführten Nutzfahrzeugs.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung erfolgt das Umschalten des Mehrbereich- CVTs 1 , das insbesondere als Zweibereichs-CVT ausgeführt ist, mit Hilfe einer Direkt- durchtriebsstufe 60. Die Direktdurchtriebsstufe 60 umfasst ein Durchtriebszahnrad 61 , das über die Getriebestufe 35 drehfest mit der Variatoreingangswelle 20 verbunden ist. Darüber hinaus umfasst die Direktdurchtriebsstufe 60 ein Durchtriebszahnrad 62, das drehfest mit der Umschaltstufe 41 des Umschaltgetriebes 40 verbunden ist.
Die beiden Durchtriebszahnräder 61 , 62 sind unter Zwischenschaltung einer Durchtriebskupplung 65 über eine Durchtriebswelle 68 drehfest miteinander verbindbar. Die Durchtriebskupplung 65 ist als Klauenkupplung ausgeführt. In Figur 1 ist die Durchtriebskupplung 65 in ihrer geöffneten Schaltstellung dargestellt. Bei geöffneter Durchtriebskupplung 65 wird kein Drehmoment von dem Durchtriebszahnrad 61 auf das Durchtriebszahnrad 62 übertragen. Durch einen Pfeil 69 ist angedeutet, dass die Durchtriebskupplung 65 die beiden Durchtriebszahnräder 61 , 62 über die Durchtriebswelle 68 drehfest miteinander verbinden kann. Die geschlossene Durchtriebskupplung 65 dient zur Darstellung eines Durchtriebszweigs, der parallel zu einem Variatorzweig geschaltet ist. Mit Hilfe der als Klauenkupplung ausgeführten Durchtriebskupplung 65 ist die Direkt- durchtriebsstufe 60 zu- beziehungsweise wegschaltbar.
Die Übersetzung der Direktdurchtriebsstufe 60 ist so gewählt, dass die Gesamtgetriebeübersetzung über den Direktdurchtriebsstufenzweig, der auch als Direktdurchtriebszweig bezeichnet wird, die gleiche ist, wie die Gesamtgetriebeübersetzung über den Variatorzweig in einem Bereichswechselpunkt. Dadurch ist es möglich, unter Volllast ohne unter Zugkraftunterbrechung in dem Bereichswechselpunkt zwischen der Direktdurchtriebsstufe 60 und dem Variatorzweig mit Hilfe der als Klauenkupplungen ausgeführten Kupplungen 45, 65 zu schalten.
In Figur 2 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 71 und einer y-Achse 72 dargestellt. Auf der x-Achse 71 ist die Variatorübersetzung aufgetragen. Auf der y-Achse 72 ist die Fahrgeschwindigkeit eines mit dem Mehrbereich-CVT ausgestatteten Nutzfahrzeugs in Kilometern pro Stunde aufgetragen. Bei dem Nutzfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um einen Traktor, der in einem Hauptarbeitsbereich 74 zwischen vier und zwölf Kilometern pro Stunde betrieben wird.
Durch eine Kurve 75 ist der erste Betriebsbereich des Traktors angedeutet, der die Darstellung von niedrigen Geschwindigkeiten ermöglicht. Durch eine Kurve 76 ist der zweite Betriebsbereich des Traktors angedeutet, der höhere Fahrgeschwindigkeiten ermöglicht. Ein Punkt 77 ist an einem oberen Ende der Kurve 75 angeordnet. Ein Punkt 78 ist an einem unteren Ende der Kurve 76 angedeutet.
Durch einen Doppelpfeil 79, der sich parallel zur x-Achse 71 zwischen den Punkten 77, 78 erstreckt, ist eine zugkraftfreie Umschaltung zwischen den beiden Betriebsbereichen 75, 76 angedeutet. Durch eine gestrichelte Verlängerung 80 der Kurve 76 nach unten ist ein theoretisch möglicher Bereich angedeutet, der allerdings nur einen Betrieb mit Teillast erlaubt. Eine Benutzung des Traktors bei Feldarbeit ist in dem theoretisch möglichen Bereich 80 nicht vorgesehen. In dem ersten Betriebsbereich 75 kann bis zum Erreichen einer Endübersetzung des Variators gefahren werden, wie durch den Punkt 77 angedeutet ist. Dann kann der Direktdurchtriebsstu- fenzweig über die als Klauenkupplung ausgeführte Durchtriebskupplung 65 zugeschaltet werden. Das wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass in diesem Punkt an der Durchtriebskupplung 65 keine Differenzdrehzahlen vorherrschen. Danach wird die Umschaltkupp- lung 45 im Variatorzweig geöffnet. Dadurch erfolgt die volle Kraftübertragung beziehungsweise Drehmomentübertragung über den Direktdurchtriebsstufenzweig.
Daraufhin kann der Variatorzweig auf die richtige Übersetzung für den Wechsel in den zweiten Betriebsbereich 76 verstellt werden. Nach dem Verstellen des Variators kann die Umschalt- kupplung 45 in den zweiten Betriebsbereich geschlossen werden, der durch die zweite Umschaltstufe 42 dargestellt wird. Danach kann die Durchtriebskupplung 65 des Direkt- durchtriebsstufenzweigs geöffnet werden, um ein stufenloses Weiterfahren über den Variatorzweig im zweiten Betriebsbereich 76 zu ermöglichen.
Bezüglich Belastung und Lebensdauer des Umschlingungsmittels 28 ist es zudem vorteilhaft, in dem Hauptarbeitsbereich 74 des Traktors nur im ersten Betriebsbereich 75 zu fahren. Der gestrichelte Bereich 80 sollte nicht genutzt beziehungsweise nur bei niedriger Last mit entsprechender Erkennungsstrategie genutzt werden.
Bezuqszeichenliste Mehrbereich-CVT
Eingangswelle
Lastkupplungseinrichtung
Teilkupplung
Teilkupplung
Variatoreingangswelle
Variator
Kegelscheibenumschlingungsgetriebe
Scheibensatz
Scheibensatz
Umschlingungsmittel
Welle
Welle
Getriebestufe
Getriebestufe
Variatorausgangswelle
Übersetzungsstufe
Umschaltgetriebe
Umschaltstufe
Umschaltstufe
Umschaltkupplung
Doppelpfeil
Ausgangswelle
Differentialgetriebe
Achswelle
Achswelle
Direktdurchtriebsstufe
Durchtriebszahnrad
Durchtriebszahnrad
Durchtriebskupplung
Durchtriebswelle
Pfeil 71 x-Achse
72 y-Achse
74 Hauptarbeitsbereich
75 Kurve
76 Kurve
77 Punkt
78 Punkt
79 Doppelpfeil
80 gestrichelter Bereich

Claims

Patentansprüche
1 . Mehrbereich-CVT mit einem stufenlos verstellbaren Variator (22) und mindestens zwei Umschaltstufen (41 ,42) zur Darstellung von mindestens zwei Betriebsbereichen (75,76) mit stufenloser Übersetzung, gekennzeichnet durch mindestens eine den Variator (22) überbrückende Direktdurchtriebsstufe (60) mit einer speziellen Übersetzung zur Darstellung eines Bereichswechsels zwischen den Betriebsbereichen (75,76).
2. Mehrbereich-CVT nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung der Direktdurchtriebsstufe (60) so gewählt ist, dass eine Gesamtgetriebeübersetzung über einen Direktdurchtriebszweig die gleiche ist wie die Gesamtgetriebeübersetzung über einen Variatorzweig.
3. Mehrbereich-CVT nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Direktdurchtriebsstufe (60) eine Durchtriebskupplung (65) umfasst und zwischen einen Variatoreingang und eine der Umschaltstufen (41 ,42) geschaltet ist.
4. Mehrbereich-CVT nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtriebskupplung (65) als Klauenkupplung ausgeführt ist.
5. Mehrbereich-CVT nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Direktdurchtriebsstufe (60) zwischen eine Lastschaltkupplungseinrichtung (5) und eine erste Umschaltstufe (41 ) geschaltet ist, die einen ersten Betriebsbereich (75) darstellt.
6. Mehrbereich-CVT nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalt- kupplung (45) zwischen der ersten Umschaltstufe (41 ) und einer zweiten Umschaltstufe (42) angeordnet ist, die einen zweiten Betriebsbereich (76) darstellt.
7. Mehrbereich-CVT nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltkupp- lung (45) als Klauenkupplung ausgeführt ist.
8. Mehrbereich-CVT nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastschaltkupplungseinrichtung (5) als Doppelkupplung für Vorwärtsschaltung und Rückwärtsschaltung ausgeführt ist.
9. Verfahren zum Betreiben eines Mehrbereich-CVTs (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereichswechselpunkt unter Volllast ohne Zugkraftunterbrechung zwischen dem Variatorzweig und dem Direkt- durchtriebszweig umgeschaltet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variatorübersetzung vor dem Öffnen eines dem Variator (22) zugeordneten Kupplungselements zur Lastübergabe auf die Direktdurchtriebsstufe (60) leicht Richtung Underdrive verstellt wird.
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