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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.
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Aus
der
DE 10 2006
025 348 A1 ist ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem
als Hydrostateinrichtung ausgebildeten Variator bekannt. Das Leistungsverzweigungsgetriebe
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 Leistungsverzweigungsgetriebes verbunden, der mit einer Antriebseinrichtung
in Verbindung steht.
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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.
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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 tungsverzweigungsgetriebe ausgeführten Arbeitsmaschine
störende Reaktionsmomente im Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine
auf, die im Betrieb von einer Bedienperson der Arbeitsmaschine als
Ruck wahrnehmbar sind.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Getriebevorrichtung
zur Verfügung zu stellen, mittels welchem in kritischen Betriebszuständen
einer Arbeitsmaschine synchrone Fahrbereichswechsel durchführbar
sind und das einen konstruktiv einfachen Aufbau aufweist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ist mit einem
Variator zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung und
mit sekundärer Leistungsverzweigung ausgebildet, wobei
eine Plantetengetriebeeinrichtung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 des
Variators und der dritten Welle der Planetengetriebeeinheit verbindbar, welches
wiederum mit einem Zahnrad der Vorgelegewelle wirkverbunden ist.
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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.
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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.
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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.
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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 tungsumkehr zwischen dem
Getriebeeingang und dem Getriebeausgang ausgeführt ist.
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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.
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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.
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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 kostengünstigen Lösungen ohne aufwändige
konstruktive Änderungen des grundsätzlichen Aufbaus der
Getriebevorrichtung realisierbar ist.
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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.
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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.
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Es
zeigt:
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1 eine
stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges
mit einem Räderschema eines ersten Ausführungsbeispieles
der Getriebevorrichtung nach der Erfindung;
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2 einen
Fahrzeugantriebsstrang mit einem zweiten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
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3 einen
Fahrzeugantriebsstrang mit einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
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4 einen
Fahrzeugantriebsstrang mit einer vierten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung; und
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5 einen
Fahrzeugantriebsstrang mit einer fünften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung.
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In 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.
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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.
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles
besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Variator
mit voneinander unabhängig einstellbaren Einheiten ausgebildet
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Damit
der Verstellbereich des Variators 5 im ersten Übersetzungsbereich
und im zweiten Übersetzungsbereich möglichst mehrfach
ausnutzbar ist und 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.
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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.
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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.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 3 gezeigt,
welches sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
im Bereich zwischen dem Sonnenrad 11 der Planetengetriebeeinrichtung 8 und
dem Getriebeausgang 7 durch weitere Radsätze 20 bis 20n sowie
diesen jeweils zugeordneten Schaltelementen 21 bis 21n 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.
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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 21n 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.
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Bei
dem in 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 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.
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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 Reversierschaltungen dar, mittels welchen
jeweils eine Rückwärtsfahrt eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 3 ausgeführten
Fahrzeuges ermöglicht wird.
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Über
das zweite Schaltelement 15 ist im Gegensatz zu den Ausführungsbespielen
der Getriebevorrichtung 3 gemäß 1 und 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.
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In 4 und 5 ist
jeweils ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel
der Getriebevorrichtung 3 dargestellt, welche grundsätzlich
denselben Aufbau aufweisen und sich von den in 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispielen der Getriebevorrichtung 3 dadurch
unterscheiden, dass mit den Getriebevorrichtungen 3 gemäß 4 und 5 jeweils
zwei synchrone Bereichswechsel durchführbar sind.
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Hierfür
sind die Getriebevorrichtungen 3 gemäß 4 und 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.
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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.
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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 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.
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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.
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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.
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Bei
der in 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.
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Bei
dem in 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel
der Getriebevorrichtung 3 ist das dritte Schaltelement 28 auf
der zweiten Welle 13 des 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.
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Sowohl
mit der Getriebevorrichtung 3 gemäß 4 als
auch mit der Getriebevorrichtung 3 gemäß 5 sind
jeweils zwei synchrone Bereichswechsel mit einem kostengünstig
herstellbaren und konstruktiv einfach ausgeführten Planetenradsatz
mit lediglich zwei Abtriebswellen darstellbar.
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Grundsätzlich
stellen die vierte und die fünfte Ausführungsform
der Getriebevorrichtung 3 jeweils ein gegenüber
den in 1 bis 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.
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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.
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Die
Schaltelemente 14, 15, 21 bis 21n, 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.
-
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.
-
- 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 20n
- Zahnradpaarung
- 21
bis 21n
- Schaltelement
- 22
- weiteres
Schaltelement
- 23
- Losrad
- 24
- Zwischenrad
- 25
- Zahnrad
- 26
- Losrad
- 27
- Festrad
- 28
- drittes
Schaltelement
- 29
- Losrad
- 30
- Festrad
- 31
- Losrad
- 32
- Festrad
- 33
- Losrad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006025348
A1 [0002, 0044]