DE10021760A1

DE10021760A1 - Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE10021760A1
Application number: DE2000121760
Authority: DE
Inventors: Abdul Qayyum Arain
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2001-11-08

Abstract

Das Getriebe mit einem stufenlos regelbaren Leistungszweig und einem Summierungsgetriebe (20) mit hydraulisch betätigten, kraftschlüssigen Schaltelementen (K1, K2, K3, K4) weist ein Primärkegelscheibenpaar (11) eines Variators (10) auf einer Vorgelegewelle (2) auf und wird über ein Zahnradpaar Z1 (3, 4) von einer Antriebswelle (1) angetrieben, wobei ein Sekundärscheibenkegelpaar (13), das von dem Primärkegelscheibenpaar (11) über ein Umschlingungsorgan (12) angetrieben wird und über die Sekundärwelle (9) mit einem Sonnenrad (16) des Summierungsgetriebes (20) verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses Getriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Arbeitsmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Getriebe besteht aus einem stufenlos regelbaren Leistungszweig mit einem Varia tor als Umschlingungsgetriebe und einem Planetensatz als Summierungsgetriebe.

Grundsätzlich gilt für Getriebe mit Leistungsverzwei gung, daß die Größe des stufenlos regelbaren Leistungszwei ges um so kleiner ist, je kleiner der Wandlungsbereich ist, anderseits aber die Anzahl der Schaltelemente und damit der Schaltaufwand mit der Anzahl der Schaltbereiche zunimmt.

Stufenlose oder CVT-Getriebe sind in der Regel Ein- oder Zweibereichssysteme. Damit ist der Wandlungsbereich des Wandlers groß, wobei der Anteil der Leistung, die über den Wandler fließt, hoch ist sie finden bevorzugt Anwendung bei Fahrzeugen der unteren bis mittleren Leistungsklasse.

In der DE A 197 28 611 der Anmelderin ist ein stufenlo ses Getriebe mit zwei Fahrbereichen beschrieben, das als Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Leistungszweig mit stufenlos regelbarer Drehzahl in Form eines Variators und mit einem mechanischen Leistungszweig ausgebildet ist. Im ersten Fahrbereich wird der mechanische Leistungszweig und der Variator mit einem Summierungsgetriebe gekoppelt. In dem zweiten Fahrbereich ist der mechanische Leistungszweig offen, wobei die gesamte Leistung direkt von dem Variator übertragen wird. Die beiden durch Kupplungen schaltbaren Fahrbereiche können wahlweise über eine erste Kupplung für Vorwärtsfahrt und über eine zweite Kupplung für Rückwärts fahrt mit der Getriebeantriebswelle verbunden werden. Diese beiden Kupplungen sind als Doppelkupplung ausgebildet, die als Anfahrkupplung und als Reversiereinheit dient. Bei die sem stufenlosen Getriebe sind das Anfahren und das Rever sieren leicht zu regeln, wobei hohe Drehmomente am Variator vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stufenlo ses Getriebe zu schaffen, das in Bezug auf Schaltbereiche optimiert ist und bei ausreichend großem Wandlungsbereich gegenüber dem Stand der Technik die Verwendung kleinerer Variatoren bzw. bei gleich großen Variatoren höhere Lei stungsübertragung ermöglicht.

Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des An spruch 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüche beschrieben.

Durch die Erfindung wird ein mechanisches, leistungsver zweigtes Getriebe mit drei Fahrbereichen geschaffen. Für die Schaltung der drei Bereiche sind vier Kupplungen und ein Planetensatz erforderlich. Der Antrieb des Variators erfolgt über eine Eingangskonstante, damit die Antriebs drehzahl des Variators anwendungsbezogen angepaßt werden kann. Das Getriebe kann je nach Anwendungsfall durch die entsprechende Festlegung der mechanischen Übersetzungen voll stufenlos, d. h. mit Anfahrgeschwindigkeit gleich 0 km/h, oder mit definierter Anfahrgeschwindigkeit mit An fahrkupplung, Kriechgang usw. realisiert werden. In den Endstellungen der Fahrbereiche weisen die zu schaltenden Schaltelemente des Getriebes jeweils Synchrone Drehzahlen auf.

Das erfindungsgemäß ausgestaltete stufenlose Getriebe bietet den Vorteil einer einfachen Bauweise und optimalen Auslegung der Fahrbereiche, sodass der Wandler weder zu groß ausgelegt werden muß, noch überlastet wird.

Des weiteren wird der Vorteil erzielt, dass das erfin dungsgemäße stufenlose Getriebe für eine höhere Leistungs übertragung als bisher verwendbar ist. Damit können die hydrostatisch-mechanischen Getriebe in deren unteren Lei stungsklasse durch wirtschaftlichere CVT-Getriebe ersetzt werden.

Die maximale Drehzahl des Summierungsgetriebes liegt da bei höher als die maximale Ausgangsdrehzahl des Wandlers. Dies führt zu dem Vorteil einer höheren Endgeschwindigkeit (Overdrive).

Ferner kann das Getriebe mit der gewünschten Anfahrge schwindigkeit ausgelegt werden, welche die Geschwindigkeit 0 km/h umfaßt (geared neutral).

Für Fahrzeuge mit niedriger Endgeschwindigkeit kann die dritte Fahrstufe bei sonst gleichbleibenden Komponenten weggelassen werden, wodurch eine Standardisierung und damit wirtschaftliche Lösungen möglich werden.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahlrei che Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrieben. Der Fachmann wird die kombinierten Merkmale zweckmäßiger weise im Sinne der zu lösenden Aufgabe auch einzeln be trachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen fassen.

Die Verwirklichung der Vorwärts-/Rückwärtsbereiche, An fahrkupplung und des Kriechgangs kann je nach Bedarf mit den bekannten Anschlußgetrieben in Vorgelege oder Planeten bauweise verwirklicht werden und wird hier nicht erörtert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt, die Merkmale werden im Zusammenhang mit den Figuren erläutert.

Es ist dargestellt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Getriebes;

Fig. 2 eine Schaltlogistik und

Fig. 3 einen Drehzahlplan für die Variante mit Anfahrgeschwindigkeit gleich 0 km/h.

Eine nicht dargestellte Antriebsmaschine treibt das stu fenlose Getriebe über eine Antriebswelle 1 an.

Auf der Antriebswelle 1 ist ein Zahnrad 3 fest montiert, das mit einem Zahnrad 4 eine Zahnradpaarung 21 mit konstan ter Übersetzung, in der Regel ins Schnelle bildet.

Das Zahnradpaar 21 treibt ein Primärkegelscheibenpaar 11 eines Variators 10 an, das auf einer Vorgelege 2 angeordnet ist und über ein Umschlingungsorgan 12, z. B. eine Kette, einen Riemen oder ein Schubgliederband, mit einem Sekundär kegelscheibenpaar 13 in Wirkverbindung steht.

Das Sekundärkegelscheibenpaar 13 ist auf der Varia torausgangswelle 9 drehfest angeordnet. Die Übersetzung des Variators 10 ist stufenlos verstellbar, indem die Primärke gelscheiben 11 und die Sekundärkegelscheiben 13 entspre chend verstellt werden.

Hierzu dienen in der Regel hydraulische Steilorgane, die elektronisch von einem Mikroprozessor angesteuert werden, und zwar in Abhängigkeit von Motor- und/oder Fahrzeugbe triebsparametern. Einzelheiten sind hier nicht dargestellt.

Auf der Antriebswelle 1 sitzen zwei weitere Zahnräder 5 und 7, die mit dieser fest verbunden sind und mit den Ge genzahnrädern 6 und 7, die auf der Variatorausgangswelle 9 drehbar koaxial angeordnet sind, die Zahnradpaarungen Z2 und 23 bilden.

Das Summierungsgetriebe 20 hat einen Planetensatz mit Sonnenrad 16, Planetenrad 17, Planetenträger 15 und Hohl rad 18.

Zwei Kupplungen K3 und K4 sind auf der Variatorausgangs welle 9 drehbar koaxial angeordnet. Die eingangsseitige Hälfte der Kupplung K3 ist mit Zahnrad 6 und die der Kupp lung K4 mit Zahnrad 8 fest verbunden. Die ausgangsseitigen Hälften der Kupplungen K3 und K4 sind mittels Welle 14, die koaxial zu Welle 9 angeordnet ist, mit Planetenträger 15 des Summierungsgetriebes 20 fest verbunden.

Das Sonnenrad 16 ist mit der Variatorausgangswelle 9 fest verbunden.

Die abtriebsseitigen Kupplungen K1, K2 und die Ausgangs welle 19 sind koaxial zu Welle 9 angeordnet. Die Eingangs seite der Kupplung 1 steht mit Hohlrad 18 und die der Kupp lung K2 über Welle 9 mit Sonnenrad 16 in fester Verbindung.

Die Ausgangsseiten der Kupplungen K1 und K2 stehen mit der Ausgangswelle 19 des Getriebes in fester Verbindung.

Antriebsseitig bilden das Sonnenrad 16 sowie Planetenträ ger 15 und abtriebseitig das Hohlrad 18 die Koppelglieder des Summierungsgetriebes 20.

Das stufenlose Getriebe wird mittels von vier Kupplungen K1, K2, K3, K4 in drei Fahrbereichen geschaltet. Die sche matische Darstellung in Fig. 2 gibt die logistische Schal tung der Kupplungen an. Die nicht mit einem Kreis gekenn zeichneten Kupplungen sind im entsprechenden Bereich geöff net.

Die Schaltung zum Bereichswechsel erfolgt bei Synchron drehzahl der jeweiligen Kupplungen, d. h., die zu schalten den Schaltungselemente haben die gleiche Drehzahl. Für die Optimierung der Schaltqualität werden die Schaltelemente elektronisch gesteuert fahrparameterabhängig überschneidend geschlossen bzw. geöffnet.

Das Zahnradpaar Z1 treibt das Primärscheibenpaar 11 mit einer konstanten Drehzahl an, während das Sekundärscheiben paar 13 über die Sekundärwelle 9 das Sonnenrad 16 (erstes eingangsseitiges Koppelglied) mit einer variablen Drehzahl antreibt.

Im ersten Fahrbereich wird der Planetenträger 15 über Zahnradpaar Z2, bei geschlossener Kupplung K3 mit konstan ter Drehzahl angetrieben. Die Summierungsdrehzahl des Hohl rades 18 resultiert aus der Überlagerung der Drehzahlen des Sonnenrades 16 (variabel) und des Planetenträgers 15 (kon stant) und wird über Kupplung K1 an die Getriebeausgangs welle 19 geleitet.

Am Anfang des ersten Bereiches haben die Kupplung K1 und die Ausgangswelle 19 bei Auslegung des Getriebes als "gea red neutral" Synchrondrehzahl gleich Null, bei Anfangge schwindigkeit größer als 0 km/h wird eine Anfahrkupplung benötigt. Am Ende des ersten Fahrbereichs haben alle Koppe lelemente des Summierungsgetriebes 20, d. h. Sonnenrad 16, Planetenträger 15 und Hohlrad 18 Synchrondrehzahl. Somit haben auch die Kupplungen K1, K2, K3 und die Ausgangswel le 19 die gleichen Drehzahlen.

Am Anfang des zweiten Fahrbereiches wird die Kupplun gen K2 geschlossen und K3 geöffnet und damit die variable Drehzahl des Sekudärscheibenpaares 13 über die Welle 9 an die Ausgangswelle 19 geleitet. Die Kupplung K1 wird ge schlossen gehalten, damit am Ende des zweiten Bereiches die beiden Hälften der Kupplung K4 und die Koppelelemente des Summierungsgetriebes 20 Synchrondrehzahl haben, die gleich der max. Drehzahl des Sekundärscheibenpaars 13 ist.

Im dritten Fahrbereich wird die Kupplung K4 geschlossen und die Kupplung K2 geöffnet. Damit wird Planetenträger 15 über Zahnradpaarung 23 mit Konstantdrehzahl angetrieben. Die Regelung des Variators und die Koppelung des Summie rungsgetriebes 20 ist mit Fahrbereich 1 identisch.

Die Übersetzungen der Zahnradpaare Z2 und Z3 sind so ausgelegt, daß die Drehzahl des Zahnrades 6 der kleinsten und die des Zahnrades 8 der größten Drehzahl des Sekundär scheibenkegelpaar (13) entspricht.

Die Schaltlogistik ist bei Vor- und Rückwärtsfahrberei chen identisch.

Bezugszeichen

1

Antriebswelle

2

Vorgelegewelle

3-8

Zahnrad

9

Sekundärwelle

10

Variator

11

Primärkegelscheibenpaar

12

Umschlingungsorgan

13

Sekundärkegelscheibenpaar

14

Welle

15

Planetenträger

16

Sonnenrad

17

Planetenräder

18

Hohlrad

19

Ausgangswelle

20

Summierungsgetriebe
Z1-Z3 Zahnradpaar
K1-K4 Kupplungen

Claims

1. Getriebe mit einem stufenlos regelbaren Leistungs zweig und einem Summierungsgetriebe 20 mit hydraulisch be tätigten, kraftschlüssigen Schaltelementen (K1, K2, K3, K4), dadurch gekennzeichnet, daß das Pri märkegelscheibenpaar (11) eines Variators (10) auf einer Vorgelegewelle (2) angeordnet ist und über ein Zahn radpaar Z1 (3, 4) von einer Antriebswelle (1) angetrieben wird, wobei ein Sekundärscheibenkegelpaar (13), das von dem Primärkegelscheibenpaar (11) über ein Umschlingungsor gan (12) angetrieben wird über die Sekundärwelle 9 mit ei nem Sonnenrad (16) des Summierungsgetriebes (20) verbunden ist.

2. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) über das Zahnradpaar Z2 (5, 6) und Kupplung K3 oder Zahn radpaar Z3 (7, 8) und Kupplung (K4) nach Schaltlogistik wahlweise über Welle (14) mit Planetenträger (15) in trieb licher Verbindung steht.

3. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Getriebe vier An schlußelelemente aufweist:
erstens: das Sonnenrad (16), das über die Welle (9) mit dem Sekundärscheibenkegelpaar (13) fest verbunden ist,
zweitens: den Planetenträger (15), der über die Welle (14) mit den Abtriebshälften der Kupplungen (K3 und K4) in fe ster Verbindung steht,
drittens: die Welle (9), die das Sekundärscheibenkegel paar (13) mit der antriebsseitigen Hälfte der Kupplung K2 fest verbindet und
viertens: das Hohlrad (18), das mit der antriebsseitigen Hälfte der Kupplung (K3) fest verbunden ist.

4. Stufenloses Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungen der Zahnradpaare Z2 (5, 6) und Z3 (7, 8) so festgelegt sind, daß die Drehzahl des Zahnrades (6) der min. Drehzahl und die des Zahnrads (8) der max. Drehzahl des Sekundärscheibenkegelpaars (13) entspricht.

5. Verfahren zum Betrieb eines stufenloses Getriebes nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schaltungen laut Fig. 2 elektronisch und voll automatisch von einer Mikroprozessor steuerung durchgeführt werden, und zwar abhängig von vorge gebenen Sollwerten, Kennfeldern, Fuzzyregeln, An-/Ab triebs-, Fahrzeug- oder Betriebsparametern.