WO2015071037A1

WO2015071037A1 - Leistungsverzweigte stufenlose getriebevorrichtung

Info

Publication number: WO2015071037A1
Application number: PCT/EP2014/071936
Authority: WO
Inventors: Viktor Warth; Matthias Reisch; Bernhard Sich
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2015-05-21
Also published as: DE102013223246A1

Abstract

Es wird eine leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung (1) beschrieben. Im Bereich eines Variators (8) ist eine Übersetzung (ivar) stufenlos variierbar. Ein erster Leistungspfad (5) und ein zweiter Leistungspfad (6) sind konstruktiv so aufeinander abgestimmt, dass eine Summe aus dem Verhältnis zwischen der stufenlos variierbaren Übersetzung (ivar) des ersten Leistungspfades (5) und der konstanten Übersetzung (ik) des zweiten Leistungspfades (6) und des reziproken Wertes einer Umlaufübersetzung (i1var) im Bereich zwischen der Getriebeeingangswelle (2) und dem ersten Leistungspfad (5) gleich eins einstellbar und eine Gesamtübersetzung (ig) der Getriebevorrichtung (1) gleich null darstellbar ist.

Description

Leistunqsverzweiqte stufenlose Getriebevorrichtunq

Die Erfindung betrifft eine leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Aus der Praxis bekannte Antriebsstränge, die mit Handschaltgetrieben oder Automatgetrieben ausgeführt sind, werden zunehmend mit sogenannten Start-Stopp- Funktionen betrieben, um eine als Verbrennungsmotor ausgeführte Antriebsmaschine im Fahrzeugstillstand zur Senkung eines Kraftstoffverbrauches in gewünschtem Umfang abschalten zu können und bei einer Wiederanfahrt des Fahrzeuges mit der erforderlichen Spontanität wieder zuschalten zu können. Das Prinzip der Abschaltung des Motors wird auf einen Segelbetrieb eines Fahrzeuges übertragen, während dem die Antriebsmaschine bei Fahrzeuggeschwindigkeiten größer Null zur Senkung des Kraftstoffverbrauches abgeschaltet wird. Um Schleppverluste im Segelbetrieb im Bereich der abgeschalteten Antriebsmaschine zu vermeiden, wird die Antriebsmaschine bzw. der Verbrennungsmotor bekannterweise entweder durch einen mechanischen Freilauf im Getriebe oder durch das Öffnen einer Kupplung vom Getriebe und damit vom Abtrieb abgekoppelt.

Wird der Segelbetrieb verlassen, wird der Motor entweder durch einen Anlasser, wie einen Ritzelstarter oder dergleichen, oder eine Kupplung hochgeschleppt, was zu einer erhöhten Beanspruchung des Anlassers bzw. zu einem erhöhten Verschleiß im Bereich der Kupplung führt

Derartige Fahrzeugantriebsstränge sind auch mit sogenannten leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtungen bzw. Mehrbereichsgetrieben ausgebildet. Diese sind oftmals mit zwei oder mehr Fahrbereichen ausgebildet, um einen beschränkten Spreizungsbereich eines Variators zu erweitern. Durch die Leistungsverzweigung wird versucht, eine Belastung eines Variators zu verringern, um eine Lebensdauer der Getriebevorrichtungen zu verlängern.

Nachteilhafterweise sind die Beanspruchungen eines Anlassers bzw. der Verschleiß im Bereich einer Kupplung, die unter anderem zur Darstellung einer Start- Stopp-Funktion verwendet werden, mit leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtungen in eingangsgekoppelter Anordnung mit einem Summiergetriebe, mittels dem eine sogenannte Geared-Neutral-Funktion darstellbar ist, bei der bei rotierendem Antrieb ein stillstehender Abtrieb möglich ist, nicht in gewünschtem Umfang reduzierbar.

Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtungen sind unter anderem aus der DE 101 21 042 C1 , der DE 101 54 928 A1 oder auch aus der

DE 102 48 400 A1 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher ein möglichst verbrauchsgünstiger Segelbetrieb eines Fahrzeuges darstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung mit einem Verteilergetriebe zum Verteilen eines an einer Getriebeeingangswelle anliegenden Drehmomentes zwischen einem einen Variator aufweisenden ersten Leistungspfad ist im Bereich des Variators eine Übersetzung des ersten Leistungspfades stufenlos variierbar. Im Bereich des zweiten Leistungspfades ist wenigstens eine konstante Übersetzung darstellbar. Die beiden Leistungspfade stehen über eine mechanische Kopplung mit einer Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung.

Erfindungsgemäß sind der erste Leistungspfad und der zweite Leistungspfad konstruktiv so aufeinander abgestimmt, dass eine Summe aus dem Verhältnis zwischen der stufenlos variierbaren Übersetzung des ersten Leistungspfades und der konstanten Übersetzung des zweiten Leistungspfades und des reziproken Wertes einer Umlaufübersetzung im Bereich zwischen der Getriebeeingangswelle und dem ersten Leistungspfad gleich eins einstellbar und eine Gesamtübersetzung der Getriebevorrichtung gleich null darstellbar ist Die leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung stellt ein leistungsverzweigtes Mehrbereichsgetriebe in ausgangsgekoppelter Anordnung mit einem Verteilergetriebe und einem Variator dar, bei der durch geeignete Wahl der konstanten Übersetzung im zweiten Leistungspfad und der Umlaufübersetzung zwischen der Getriebeeingangswelle und dem ersten Leistungspfad durch entsprechende Verstellung des Variators eine Drehzahl der Getriebeeingangswelle von im Wesentlichen gleich Null bei gleichzeitig rotierendem Abtrieb, d.h. einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle größer Null, darstellbar ist. Damit ist auf einfache Art und Weise eine Reduzierung von Schleppmomenten im Bereich einer mit der Getriebeeingangswelle gekoppelten Antriebsmaschine während eines Segelbetriebs, während dem die Antriebsmaschine abgeschaltet ist, reduzierbar, ohne die Antriebsmaschine hierfür vom restlichen Antriebsstrang eines Fahrzeuges, beispielsweise über eine Kupplung oder dergleichen, abkoppeln zu müssen. Zusätzlich ist ein Wiederstart einer Antriebsmaschine nach Beendigung des Segelbetriebes ohne einen zusätzlichen Anlasser oder durch Verschleiß behaftetes Schließen einer Trennkupplung auf einfache Art und Weise durch eine gegenläufige Verstellung des Variators und ein damit einhergehendes Anschleppen der Antriebsmaschine auf kosten- und bauraumgünstige Art und Weise bei gleichzeitig geringem Bauteilverschleiß möglich.

Bei einer weiteren bauraumgünstigen und mit geringen Kosten herstellbaren Ausführungsform der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung ist im Bereich des zweiten Leistungspfades wenigstens ein Planetenradsatz vorgesehen, der zur Darstellung mehrerer Übersetzungsbereiche im Bereich von wenigstens zwei Wellen über Schaltelemente mit wenigstens einer Welle des Verteilergetriebes verbindbar ist.

Ist die mit dem Planetenradsatz verbindbare Welle des Verteilergetriebe über ein weiteres Schaltelement mit der Getriebeausgangswelle verbindbar, ist ein Übersetzungsbereich für Rückwärtsfahrt mit geringem Aufwand darstellbar.

Bei einer besonders bauraumgünstigen Ausführungsform der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung sind das Verteilergetriebe, der wenigstens eine Planetenradsatz und der Variator sowie vorzugsweise die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle koaxial zueinander angeordnet. Während der Darstellung eines Übersetzungsbereiches ist bei einer einfach betreibbaren und mit geringem konstruktivem Aufwand ausgeführten Weiterbildung der erfindungsgemäßen leistungsverzweigen stufenlosen Getriebevorrichtung, in dem der gesamte Leistungsfluss zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle über den Variator führbar und die Übersetzung der Getriebevorrichtung ohne Leistungsverzweigung mit geringen Leistungsverlusten stufenlos variierbar ist, das Verteilergetriebe über ein Schaltelement verblockbar, wobei die Spreizung des Übersetzungsbereiches dann vorzugsweise der Spreizung des Variators entspricht.

Ist der Variator als mechanischer Reibradvariator mit wenigstens drei Wellen ausgebildet, ist ein anliegendes Drehmoment mit möglichst geringem Bauraumbedarf im Bereich des Variators in gewünschtem Umfang übertragbar und wandelbar.

Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung steht wenigstens eine Welle des Variators mit der Getriebeeingangswelle in Verbindung, eine weitere Welle des Variators ist mit der Getriebeausgangswelle wirkverbunden und eine zusätzliche Welle des Variators ist drehfest ausgeführt.

Sind im Bereich der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung wenigstens drei Übersetzungsbereiche für Vorwärtsfahrt und ein Übersetzungsbereich für Rückwärtsfahrt mittels genau vier Schaltelementen darstellbar, wobei zur Darstellung der Übersetzungsbereiche jeweils eines der Schaltelemente geschlossen ist und die anderen Schaltelemente geöffnet sind und für einen Wechsel der Übersetzungsbereiche jeweils ein geschlossenes Schaltelement zu öffnen und jeweils ein geöffnetes Schaltelement zu schließen ist, ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung auf bauraum- und kostengünstige Art und Weise mit einem Schaltelementgrad gleich 1 ausgeführt, der zudem einen Betrieb der Getriebevorrichtung mit geringem Steuer- und Regelaufwand ermöglicht.

Um Wechsel zwischen den Übersetzungsbereichen möglichst komfortabel darstellen zu können, sind der Variator, das Verteilergetriebe und der wenigstens eine Planetenradsatz bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung so aufeinander abgestimmt, dass Wechsel zwischen den Übersetzungsbereichen synchron durchführbar sind. Dabei bietet eine zumindest annähernd synchrone Bereichsumschaltung die Möglichkeit, die Schaltelemente als schleppmomentarme Schaltelemente, wie Klauenschaltelemente, auszuführen.

Ist im Bereich des Variators ein negativer Übersetzungsbereich einstellbar, ist dem Variator bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung zur Anpassung des variablen Übersetzungsbereiches ein vor- oder nachgeschalteter zusätzlicher Planetenradsatz zur Drehzahlumkehr zugeordnet, wobei eine Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes mit der drehfesten Welle des Variators und wenigstens eine weitere Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes mit der Welle des Variators gekoppelt ist, die mit der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung stehen.

Um die Spreizung des Variators in gewünschtem Umfang an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall mit geringem Aufwand anpassen zu können, steht die Welle des Variators bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung über den zusätzlichen Planetenradsatz mit der Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung.

Ist ein Reibrad des Variators zumindest bereichsweise wenigstens annähernd kegelförmig ausgeführt, ist ein anliegendes Drehmoment mit möglichst geringem Bauraumbedarf des Variators in gewünschtem Umfang übertragbar und wandelbar. Dabei besteht die Möglichkeit, dass das Reibrad zumindest bereichsweise mit einer geraden, einer konvexen und/oder einer konkaven Außenhülle eines geraden Kreiskegels, eines elliptischen Paraboloids und/oder eines ein- oder zweischaligen Hyperboloids ausgeführt ist.

Bei einer Ausgestaltung des Variators einem Planetenradsatz entsprechend mit einem Reibflächen aufweisenden Hohlrad, dem als Planetenrad ausgebildeten Reibrad und einem ebenfalls Reibflächen aufweisenden Sonnenrad, wobei das zumindest bereichsweise kegelförmig ausgeführte Planetenrad mit seinen kegelförmi- gen Bereichen jeweils mit den kegelförmig ausgeführten Reibflächen des Sonnenrades und des Hohlrades reibschlüssig in Wirkverbindung steht, ist die leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung auf einfache Art und Weise mit einer kompakten Bauweise kostengünstig herstellbar, mit der ein Fahrzeug verbrauchsgünstig betreibbar ist.

Ist das Planetenrad als Doppelkegelstumpf ausgebildet, wobei jeweils ein Radius der Kegelstumpfbereiche des Planetenrades von den einander zugewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche in Richtung der voneinander abgewandten Bereiche der Kegelstumpfbereiche stetig zu- oder stetig abnimmt und das Hohlrad sowie das Sonnenrad geteilt ausgebildet sind, und wobei jeweils ein erster Teil des Hohlrades und des Sonnenrades jeweils mit ihren kegeligen Reibflächen am ersten Kegelstumpfbereich des Planetenrades anliegen, während ein zweiter Teil des Hohlrades und des Sonnenrades jeweils mit ihren kegeligen Reibflächen am zweiten Kegelstumpfbereich des Planetenrades anliegen, ist die Übersetzung im Bereich des Variators vorteilhafterweise durch Spreizen der Teile des Hohlrades oder des Sonnenrades bei gleichzeitig geringen Biegemomentbelastungen im Bereich des Planetenrades variierbar.

Hierfür sind die Teile des Hohlrades und des Sonnenrades bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung zum Variieren der Übersetzung des Variators in axialer Erstreckung des Planetenrades aufeinander zu- oder voneinander wegbewegbar ausgebildet, wobei das Planetenrad in Bezug auf das Hohlrad und das Sonnenrad in radialer Richtung sowie gegenüber einem Planetensteg verschiebbar ist, in dem das Planetenrad drehbar gelagert ist.

Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Getriebeschema der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;

Fig. 2 ein Schaltschema der Getriebevorrichtung gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 ein Räderschema der erfindungsgemäßen stufenlosen leistungsverzweigten Getriebevorrichtung gemäß Fig. 1 ;

Fig. 4 ein Räderschema einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen stufenlosen leistungsverzweigten Getriebevorrichtung mit lediglich zwei Planetenradsätzen;

Fig. 5 eine schematisierte Einzeldarstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Variators der Getriebevorrichtung gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 4; und

Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Variators der Getriebevorrichtung gemäß Fig. 1 bzw. gemäß Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer leistungsverzweigten stufenlosen Getriebevorrichtung 1 , die im Bereich einer Getriebeeingangswelle 2 über ein Anfahrelement 3 mit Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Antriebsmaschine 4 in Wirkverbindung steht. Die Antriebsmaschine 4 ist vorliegend als Brennkraftmaschine, vorzugsweise als Dieselbrennkraftmaschine, ausgebildet und kann in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles auch als Benzinmotor ausgeführt sein.

Ein von der Antriebsmaschine 4 zur Verfügung stehendes und im Bereich der Getriebeeingangswelle 2 anliegendes Drehmoment ist über einen ersten Leistungspfad 5 und einen zweiten Leistungspfad 6 führbar, wobei im ersten Leistungspfad 5 ein Variator 8 zum Variieren der Übersetzung ivar des ersten Leistungspfades 5 und im zweiten Leistungspfad 6 mechanische Übersetzungskomponenten 10 zur Darstellung einer konstanten Übersetzung ik vorgesehen sind, womit die Gesamtübersetzung der Getriebevorrichtung 1 über den Variator 8 in gewünschtem Umfang stufenlos veränderbar ist. Die jeweils über die beiden Leistungspfade 5 und 6 geführten Anteile des getriebeeingangsseitig im Bereich der Getriebeeingangswelle 2 anliegenden Drehmomentes werden im Bereich eines Verteilergetriebes 9 zwischen den Leistungspfaden 5 und 6 aufgeteilt und in Richtung der Getriebeausgangswelle 7 geführt. Die beiden Leistungspfade 5 und 6 stehen über eine mechanische Kopplung 9A mit der Getriebeausgangswelle 7 in Wirkverbindung. Im Bereich der mechanischen Kopplung 9A wird das über die Getriebevorrichtung 1 von der Getriebeeingangswelle 2 in Richtung der Getriebeausgangswelle 7 geführte Drehmoment wieder aufsummiert.

In der Getriebevorrichtung 1 sind vorliegend drei Übersetzungsbereiche V1 bis V3 für Vorwärtsfahrt und ein Übersetzungsbereich R für Rückwärtsfahrt darstellbar, wobei das Verteilergetriebe 9, die vorzugsweise als Planetenradsatz ausgeführte mechanische Übersetzungskomponente 10 und der Variator 8 hierfür im Bereich von Wellen 1 1 , 12, 13 und 14 miteinander in Wirkverbindung stehen und zur Darstellung der drei Übersetzungsbereiche V1 bis V3 für Vorwärtsfahrt sowie des einen Übersetzungsbereiches R für Rückwärtsfahrt im Bereich weiterer Wellen 15, 16, 14, 13, 1 1 , 12, 18 über Schaltelemente S1 bis S3 und SR miteinander koppelbar sind. Eine Übersetzung der Getriebevorrichtung 1 ist innerhalb der Übersetzungsbereiche V1 bis V3 und R über den Variator 8 jeweils stufenlos variierbar.

Der Variator 8 ist als mechanischer Reibradvariator mit wenigstens drei Wellen 12, 13 und 17 ausgebildet. Um die Spreizung des Variators 8 in gewünschtem Umfang an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall anpassen zu können, ist der Variator 8 im Bereich der Welle 13 im ersten Leistungspfad 5 mit einem zusätzlichen Planetenradsatz 19 im Bereich einer Welle 20 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 verbunden. Eine weitere Welle 21 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 ist über die Koppelstelle 9A mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden.

Um die Getriebevorrichtung 1 zumindest in radialer Richtung bauraumgünstig ausführen zu können, sind das Verteilergetriebe 9, der wenigstens eine weitere Planetenradsatz 10, der Variator 8 und der zusätzliche Planetenradsatz 19 in der später näher beschriebenen Art und Weise und damit auch die Getriebeeingangswelle 2 sowie die Getriebeausgangswelle 7 koaxial zueinander angeordnet.

Die Getriebevorrichtung 1 stellt ein leistungsverzweigtes Mehrbereichsgetriebe in ausgangsgekoppelter Anordnung dar, bei dem durch geeignete Wahl der konstanten Übersetzung ik und einer Umlaufübersetzung M var zwischen der Getriebeeingangswelle 2 und dem ersten Leistungspfad 5 durch entsprechende Übersetzungsverstellung im Bereich des Variators 8 ein stehender Antrieb bei gleichzeitig rotierendem Abtrieb darstellbar ist und eine Drehzahl n1 der Getriebeeingangswelle 2 gleich Null und eine Drehzahl n2 der Getriebeausgangswelle 7 größer Null ist. Damit ist auf einfache Art und Weise während eines Segelbetriebes eines Fahrzeuges eine Schleppmomentreduzierung bei abgeschalteter Antriebsmaschine 4 erzielbar, ohne die Antriebsmaschine 4 hierfür von der Getriebeeingangswelle 2 abkoppeln zu müssen. Durch eine gegenläufige Verstellung des Variators 8 ist ein Anschleppen der Antriebsmaschine 4 ohne Verwendung einer Kupplung, eines Anlassers oder eines Elektromotors möglich.

Fig. 2 zeigt ein tabellarisches Schaltschema der Getriebevorrichtung 1 . Aus dem Schaltschema geht hervor, dass zur Darstellung des ersten Übersetzungsbereiches V1 für Vorwärtsfahrt das Schaltelement S1 zu schließen ist, während die anderen Schaltelemente S2, S3 und SR in geöffnetem Betriebszustand vorliegen. Liegt eine entsprechende Anforderung zur Darstellung des zweiten Übersetzungsbereiches V2 für Vorwärtsfahrt vor, ist das erste Schaltelement S1 bei aktuell eingelegtem ersten Übersetzungsbereich V1 für Vorwärtsfahrt zu öffnen und das zweite Schaltelement S2 zu schließen, während das dritte Schaltelement S3 und das Schaltelement SR in geöffnetem Betriebszustand belassen werden. Soll ausgehend vom zwei- ten Übersetzungsbereich V2 für Vorwärtsfahrt der dritte Übersetzungsbereich V3 für Vorwärtsfahrt in der Getriebevorrichtung 1 eingelegt werden, ist hierfür das zweite Schaltelement S2 zu öffnen und das dritte Schaltelement S3 zu schließen, während das erste Schaltelement S1 und das Schaltelement SR in geöffnetem Betriebszustand belassen werden. Liegt wiederum eine entsprechende Anforderung zur Darstellung des Übersetzungsbereiches R für Rückwärtsfahrt vor, ist das Schaltelement SR zu schließen, während die Schaltelemente S1 bis S3 in geöffnetem Betriebszustand zu überführen bzw. zu halten sind.

Bei eingelegtem zweiten Übersetzungsbereich V2 für Vorwärtsfahrt wird das gesamte über die Getriebeeingangswelle 2 in die Getriebevorrichtung 1 eingeleitete Drehmoment über den Variator 8 in Richtung der Getriebeausgangswelle 7 ohne Leistungsverzweigung geführt, womit der zweite Übersetzungsbereich V2 einen sogenannten Direktfahrbereich darstellt, dessen Spreizung der Spreizung des Variators 8 entspricht.

Um die Schaltelemente S2 und S3 als schleppmomentarme Schaltelemente, z.B. als formschlüssige Schaltelemente, ausführen zu können, sind die jeweils im ersten Leistungspfad angeordneten Baugruppen an die konstante Übersetzung ik des die Bereichswechsel bestimmenden zweiten Leistungspfades 6 angepasst und daher Wechsel im dafür erforderlichen Umfang zwischen den Übersetzungsbereichen V1 bis V3 wenigstens annähernd synchron durchführbar. Die Bereichswechsel zwischen der ersten Übersetzung V1 für Vorwärtsfahrt und der Übersetzung R für Rückwärtsfahrt sind nicht synchron durchführbar, weshalb die Schaltelemente S1 und SR als Reibschaltelemente auszubilden sind.

Damit die Drehzahl n1 der Getriebeeingangswelle 2 während eines Segelbetriebes in gewünschtem Umfang auf null absenkbar ist, ist bei der Auslegung der Getriebevorrichtung 1 die Umlaufübersetzung M var gemäß nachfolgendem formelmäßigem Zusammenhang (I) zu ermitteln: i1 var = (n1 - nk) / (nvar - Dabei entspricht die Variable nk der Drehzahl der Welle 15 des weiteren Planetenradsatzes 10, während die Variable nvar die Drehzahl der Welle 12 des Variators 8 bzw. der Welle 1 1 des Verteilergetriebes 9 bezeichnet.

Unter Berücksichtigung des formelmäßigen Zusammenhanges (I) in Verbindung mit den Übersetzungen ivar und ik ist die Gesamtübersetzung ig der Getriebevorrichtung 1 gemäß dem formelmäßigen Zusammenhang (II) allgemeingültig bestimmbar. ig = i1 var x (ivar - ik) + ik (II)

Um den Stillstand der Getriebeeingangswelle 2 bei gleichzeitig rotierendem Abtrieb der Getriebevorrichtung 1 darstellen zu können, ist die Übersetzung ig auf null einzustellen. Daraus folgt, dass das Verhältnis zwischen der variablen Übersetzung ivar und der konstanten Übersetzung ik addiert mit dem Reziprokwert der Umlaufübersetzung M var zwischen der Getriebeeingangswelle 2 und dem ersten Leistungszweig 5 gleich 1 ist, wobei dies für den Fahrbereich V1 bis V3 bzw. R gilt, in dem die gesamte Übersetzung ig der Getriebevorrichtung 1 gleich Null sein soll. Daraus ergibt sich folgender formelmäßiger Zusammenhang (III):

(ivar / ik) + (1 / M var) = 1 (III)

Oftmals werden Verteilergetriebe wie das Verteilerplanetengetriebe 9 der Getriebevorrichtung 1 über ihre Standübersetzung iOD charakterisiert bzw. beschrieben. Wird die Standübersetzung iOD anstelle der Umlaufübersetzung i1 var verwendet, ergeben sich sechs voneinander unabhängige Bedingungen zur Erreichung eines stehenden Antriebs bei gleichzeitig rotierendem Antrieb, die für die jeweilige Anbindungsvariante der Wellen 18, 1 1 und 15 des Verteilergetriebes 9 gültig sind. Die Umrechnung zwischen der Umlaufübersetzung M var und der Standübersetzung iOD ist mittels der sogenannten Willis-Gleichung durchführbar.

Ist das Verteilerplanetengetriebe 9 als dreiwelliger Planetenradsatz mit einem Hohlrad, einem Steg und einem Sonnenrad ausgeführt, ist der formelmäßige Zu- sammenhang (III) bei einer Ausführung der Welle 1 1 als Sonne, der Welle 15 als Steg und der Welle 18 als Hohlrad folgendermaßen:

(ivar / ik) + iOD = 1 (IV)

Ist im Unterschied dazu die Welle 18 als Sonne, die Welle 1 1 als Steg und die Welle 15 als Hohlrad ausgeführt, ist der formelmäßige Zusammenhang (III) wie folgt:

(iOD x ik) / ivar - iOD = 1 (V)

Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, die Welle 1 1 als Sonne, die Welle 18 als Steg und die Welle 15 als Hohlrad auszuführen, wobei sich der formelmäßige Zusammenhang (III) dann wie folgt ergibt: iOD x ik / ivar = 1 (VI)

Bei einer Ausgestaltung der Getriebevorrichtung 1 , bei der die Welle 18 als Sonnenrad, die Welle 15 als Steg und die Welle 1 1 als Hohlrad ausgeführt sind, ist der formelmäßige Zusammenhang (III) gleich: iOD - (iOD x ivar) / ik = 1 (VII)

Im Unterschied hierzu ist der formelmäßige Zusammenhang (III) bei einer Ausführung der Welle 15 als Sonne, der Welle 18 als Steg und der Welle 1 1 als Hohlrad wie folgt: iOD x ivar / ik = 1 (VIII)

Bei einer Anbindungsvariante der Wellen des Verteilerplanetengetriebes 9, bei der die Welle 15 als Sonnenrad, die Welle 1 1 als Steg und die Welle 18 als Hohlrad ausgeführt sind, ist die sechste Bedingung gleich:

(ik / ivar) + iOD = 1 (IX) In Fig. 3 ist ein Räderschema einer Ausführungsform der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 dargestellt, bei der der Planetenradsatz 10 des zweiten Leistungspfades 6 im Bereich der als Sonnenrad ausgeführten Welle 1 6 über das erste Schaltelement S1 mit der als Steg ausgebildeten Welle 15 des Verteilergetriebes 9 koppelbar ist, während die Welle 15 des Verteilergetriebes 9 über das dritte Schaltelement S3 mit der als Steg ausgebildeten Welle 14 des Planetenradsatzes 10 in Wirkverbindung bringbar ist. Eine als Hohlrad ausgeführte Welle 18A des Planetenradsatzes 10 ist vorliegend wie die Welle 17 des Variators 8 und eine vorliegend als Steg ausgeführte Welle 22 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 gehäuseseitig drehfest festgelegt.

Zusätzlich steht der Planetenradsatz 10 im Bereich seines Steges 14 mit der als Hohlrad ausgebildeten Welle 21 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 drehfest im Bereich der mechanischen Kopplung 9A in Wirkverbindung. Über das zweite Schaltelement S2 sind die als Sonnenrad ausgeführte Welle 1 1 und die als Hohlrad ausgebildete Welle 18 des Verteilergetriebes 9 drehfest miteinander verbindbar, wobei in geschlossenem Betriebszustand des zweiten Schaltelementes S2 die Welle 12 des Variators 8 direkt mit der Getriebeeingangswelle 2 verbunden ist.

Zusätzlich ist der Variator 8 im Bereich der Welle 13 mit der als Sonnenrad ausgeführten Welle 20 des zusätzlichen Planetenradsatzes 19 drehfest verbunden und über das Schaltelement SR mit der Welle 15 des Verteilergetriebes 9 in Wirkverbindung bringbar.

Im Unterschied zu der Ausführung der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 3 zeigt Fig. 4 eine Ausgestaltung der Getriebevorrichtung 1 , die ohne den zusätzlichen Planetenradsatz 19 ausgebildet ist, über den die Übersetzung ivar des ersten Leistungspfades 5 in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles in gewünschtem Umfang anpassbar ist. Bei der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 3 ist der zusätzliche Planetenradsatz 19 dem Variator 8 nachgeschaltet. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, den zusätzlichen Planetenradsatz 19 dem Variator 8 im Leistungsfluss vorzuschalten. Bei der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 4 ist die Welle 14 bzw. der Steg des zusätzlichen Planetenradsatzes 10 direkt mit der Welle 13 des Variators verbunden, die wiederum direkt mit der Getriebeausgangswelle 7 gekoppelt ist, womit durch den Steg 13 des Variators 8 hindurchgegriffen wird. Durch den Wegfall des vor- oder nachgeschalteten zusätzlichen Planetenradsatzes 10 der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 3 ist über die Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 4 in der dargestellten Ausführung keine Übersetzung für Rückwärtsfahrt darstellbar.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen des Variators 8 in schematisierter Einzeldarstellung, wobei der Variator 8 bei beiden Ausführungsformen jeweils einem Planetenradsatz entsprechend mit einem Reibflächen 24, 25 aufweisenden Hohlrad, das vorliegend der Welle 12 oder 13 des Variators 8 entspricht, mehreren als Planetenräder ausgebildeten Reibrädern 26 und einem ebenfalls Reibflächen 27, 28 aufweisenden Sonnenrad, das vorliegend der Welle 13 oder 12 entspricht, ausgeführt ist. Die Reibräder bzw. Planetenräder 26 sind bereichsweise kegelförmig ausgebildet und stehen mit ihren kegelförmigen Bereichen 29 und 30 jeweils mit den kegelförmig ausgeführten Reibflächen 27 und 28 des Sonnenrades 13 oder 12 und den Reibflächen 24, 25 des Hohlrades 12 oder 13 reibschlüssig in Wirkverbindung.

Das Hohlrad 12 oder 13 und das Sonnenrad 13 oder 12 sind vorliegend jeweils geteilt ausgeführt. Gleichzeitig sind die Planetenräder 26 als Doppelkegelstümpfe ausgebildet. Ein Radius der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 der Planetenräder nimmt von den einander zugewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 in Richtung der voneinander abgewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 stetig zu. Jeweils ein erster Teil des Hohlrades 12 oder 13 und ein erster Teil des Sonnenrades 13 oder 12 liegen mit ihren kegeligen Reibflächen 24 bzw. 27 an den ersten Kegelstumpfbereichen 29 der Planetenräder 26 an, während ein zweiter Teil 32 des Hohlrades 12 oder 13 und ein zweiter Teil 34 des Sonnenrades 15 oder 12 jeweils im Bereich ihrer kegeligen Reibflächen 25 bzw. 28 mit den zweiten Kegelstumpfbereichen 30 der Planetenräder 26 in Kontakt stehen.

Um die Übersetzung des Variators 8 verändern zu können, sind die Teile 31 und 32 des Hohlrades 12 oder 13 und die Teile 33 und 34 des Hohlrades 13 oder 12 in axialer Erstreckung der Planetenräder 26 aufeinander zu oder voneinander weg bewegbar ausgebildet. Die Planetenräder 26 sind in Bezug auf das Hohlrad 12 oder 13 und das Sonnenrad 13 oder 12 in die durch den Doppelpfeil Pfeil 35 gekennzeichneten radialen Richtungen gegenüber der vorliegend als Planetensteg ausgeführten Welle 17 des Variators 8 verschiebbar angeordnet, in der die Planetenräder 26 drehbar gelagert sind. Das bedeutet, dass die Teile 31 und 32 des Hohlrades 12 oder 13 und die Teile 33 und 34 des Hohlrades 13 oder 12 zum Verstellen der Übersetzung des Variators 8 lediglich gespreizt und nicht gezogen werden müssen.

Im Unterschied hierzu nimmt der Radius der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 der Planetenräder 26 des Variators 8 gemäß Fig. 6 von den einander zugewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 in Richtung der voneinander abgewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche 29 und 30 stetig ab, womit eine Biege- momentbelastung der Planetenräder 26 bei der Ausführung des Variators 8 gemäß Fig. 6 geringer ist als bei der Ausführung des Variators 8 gemäß Fig. 5.

Bezuqszeichen

1 Getriebevorrichtung

Getriebeeingangswelle

Anfahrelement mit Torsionsschwingungsdämpfer

Antriebsmaschine

erster Leistungspfad

6 zweiter Leistungspfad

Getriebeausgangswelle

Variator

9 Verteilergetriebe

9A mechanische Kopplung

10 weiterer Planetenradsatz

1 1 Welle des Verteilergetriebes

12 Welle des Variators

13 Welle des Variators

14 Welle des weiteren Planetenradsatzes

15 Welle des Verteilergetriebes

16 Welle des weiteren Planetenradsatzes

17 Welle des Variators

18 Welle des Verteilergetriebes

18A Welle des weiteren Planetenradsatzes

19 zusätzlicher Planetenradsatz

20 Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes

21 Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes

23 Welle des zusätzlichen Planetenradsatzes

24, 25 Reibfläche

26 Reibrad, Planetenrad des Variators

27, 28 Reibfläche

29, 30 kegelförmiger Bereich des Reibrades des Variators

31 , 32 Teil des Hohlrades des Variators

33, 34 Teil des Sonnenrades des Variators

n1 Drehzahl der Getriebeeingangswelle

n2 Drehzahl der Getriebeausgangswelle nk Drehzahl des zweiten Leistungspfades nvar Drehzahl des ersten Leistungspfades

ik konstante Übersetzung des zweiten Leistungspfades ivar variable Übersetzung des ersten Leistungspfades iOD Standübersetzung des Verteilergetriebes

S1 bis S3 Schaltelement

V1 bis V3 Übersetzungsbereich für Vorwärtsfahrt

R Übersetzungsbereich für Rückwärtsfahrt

Claims

Patentansprüche

1 . Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung (1 ) mit einem Verteilergetriebe (9) zum Verteilen eines an einer Getriebeeingangswelle (2) anliegenden Drehmomentes zwischen einem einen Variator (8) aufweisenden ersten Leistungspfad (5) und einem zweiten Leistungspfad (6), wobei im Bereich des Variators (8) eine Übersetzung (ivar) des ersten Leistungspfades (5) stufenlos variierbar ist und im Bereich des zweiten Leistungspfades (6) wenigstens eine konstante Übersetzung (ik) darstellbar ist und die beiden Leistungspfade (5, 6) über eine mechanische Kopplung (9A) mit einer Getriebeausgangswelle (7) in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leistungspfad (5) und der zweite Leistungspfad (6) konstruktiv so aufeinander abgestimmt sind, dass eine Summe aus dem Verhältnis zwischen der stufenlos variierbaren Übersetzung (ivar) des ersten Leistungspfades (5) und der konstanten Übersetzung (ik) des zweiten Leistungspfades (6) und des reziproken Wertes einer Umlaufübersetzung (M var) im Bereich zwischen der Getriebeeingangswelle (2) und dem ersten Leistungspfad (5) gleich eins einstellbar und eine Gesamtübersetzung (ig) der Getriebevorrichtung (1 ) gleich null darstellbar ist.

2. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zweiten Leistungspfades (6) wenigstens ein Planetenradsatz (10) vorgesehen ist, der zur Darstellung mehrerer Übersetzungsbereiche (V1 , V3, R) im Bereich von wenigstens zwei Wellen (14, 1 6) über Schaltelemente (S1 , S3) mit wenigstens einer Welle (15) des Verteilergetriebes (9) verbindbar ist.

3. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Planetenradsatz (10) verbindbare Welle (15) des Verteilergetriebes (9) über ein weiteres Schaltelement (SR) zur Darstellung eines Übersetzungsbereiches (R) für Rückwärtsfahrt mit der Getriebeausgangswelle (7) verbindbar ist.

4. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe (9), der wenigstens eine Planetenradsatz (10, 19) und der Variator (8) koaxial zueinander angeordnet sind.

5. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe (9) zur Darstellung eines Übersetzungsbereiches (V2), zu dem die gesamte Leistung zwischen der Getriebeeingangswelle (2) und der Getriebeausgangswelle (7) über den Variator (8) führbar ist, über ein Schaltelement (S2) verblockbar ist.

6. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (8) als mechanischer Reibradvariator mit wenigstens drei Wellen (12, 13, 17) ausgebildet ist.

7. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Welle (12) des Variators (8) mit der Getriebeeingangswelle (2) in Verbindung steht, eine weitere Welle (13) des Variators (8) mit der Getriebeausgangswelle (7) wirkverbunden ist und eine zusätzliche Welle (17) des Variators (8) drehfest ausgeführt ist.

8. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Übersetzungsbereiche für Vorwärtsfahrt (V1 bis V3) und ein Übersetzungsbereich für Rückwärtsfahrt (R) mittels genau vier Schaltelementen (S1 bis S4) darstellbar sind, wobei zur Darstellung der Übersetzungsbereiche (V1 bis V3, R) jeweils eines der Schaltelemente (S1 , S2, S3 oder S4) geschlossen ist und die anderen Schaltelemente (S2, S3, S4 oder S1 ) geöffnet sind und für einen Wechsel der Übersetzungsbereiche (V1 , V2, V3, R) jeweils ein geschlossenes Schaltelement (S1 , S2, S3 oder S4) zu öffnen und jeweils ein geöffnetes Schaltelement (S2, S3, S4 oder S1 ) zu schließen ist.

9. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (8), das Verteilergetriebe (9) und der wenigstens eine Planetenradsatz (10, 19) aufeinander abgestimmt sind, dass Wechsel zwischen den Übersetzungsbereichen (V1 , V2, V3) zumindest teilweise synchron durchführbar sind.

10. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Variator (8) im ersten Leistungspfad (5) ein zusätzlicher Planetenradsatz (19) zugeordnet ist, wobei eine Welle (22) des zusätzlichen Planetenradsatzes (19) mit der drehfesten Welle (17) des Variators (8) und wenigstens eine weitere Welle (23) des zusätzlichen Planetenradsatzes (19) mit der Welle (13) des Variators (8) gekoppelt ist, die mit der Getriebeausgangswelle (7) in Wirkverbindung steht.

1 1 . Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (13) des Variators (8) über den zusätzlichen Planetenradsatz (19) mit der Getriebeausgangswelle (7) in Wirkverbindung steht.

12. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibrad (26) des Variators (8) zumindest bereichsweise wenigstens annähernd kegelförmig ausgeführt ist.

13. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (8) einem Planetenradsatz entsprechend mit einem Reibflächen (24, 25) aufweisenden Hohlrad (12 oder 13), dem als Planetenrad ausgebildeten Reibrad (26) und einem ebenfalls Reibflächen (27, 28) aufweisenden Sonnenrad (13 oder 12) ausgeführt ist, wobei das zumindest bereichsweise kegelförmig ausgebildete Planetenrad mit seinen kegelförmigen Bereichen (29, 30) jeweils mit den kegelförmig ausgeführten Reibflächen (24, 25 bzw. 27, 28) des Hohlrades (12 oder 13) und des Sonnenrades (13 oder 12) reibschlüssig in Wirkverbindung steht.

14. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (26) als Doppelkegelstumpf ausgebildet ist, wobei jeweils ein Radius der Kegelstumpfbereiche (29, 30) des Planetenrades (26) von den einander zugewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche (29, 30) in Richtung der voneinander abgewandten Bereichen der Kegelstumpfbereiche (29, 30) stetig zu- oder stetig abnimmt und das Hohlrad (12 oder 13) sowie das Sonnenrad (13 oder 12) geteilt ausgebildet sind, und wobei jeweils ein erster Teil (31 , 33) des Hohlrades (12 oder 13) und des Sonnenrades (13 oder 12) jeweils mit ihren kegeligen Reibflächen (24, 27) am ersten Kegelstumpfbereich (29) des Planetenrades (26) anliegen, während ein zweiter Teil (32, 34) des Hohlrades (12 oder 13) und des Sonnenrades (13 oder 12) jeweils mit ihren kegeligen Reibflächen (25 bzw. 28) am zweiten Kegelstumpfbereich (30) des Planetenrades (26) anliegen.

15. Leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (31 , 32) des Hohlrades (12 oder 13) und des Sonnenrades (13 oder 12) zum Variieren der Übersetzung des Variators (8) in axialer Erstreckung des Planetenrades (26) aufeinander zu oder voneinander weg bewegbar ausgebildet sind, wobei das Planetenrad (26) in Bezug auf das Hohlrad (12 oder 13) und das Sonnenrad (13 oder 12) in radialer Richtung sowie gegenüber einem Planetensteg (17) verschiebbar ist, in dem das Planetenrad (26) drehbar gelagert ist.