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Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse und Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle darstellbar sind.
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Ein derartiges Mehrstufengetriebe kommt vorzugsweise als Splittergetriebe bei Arbeitsmaschinen zum Einsatz, wobei darstellbare Gänge des Splittergetriebes durch eine gezielte Betätigung der Schaltelemente und über einen hierbei innerhalb der Planetensätze jeweils wirksamen Leistungsfluss definiert werden. Mit „Splittergetriebe“ wird hierbei üblicherweise eine Getriebeeinheit bezeichnet, mit welcher mehrere Übersetzungsverhältnisse mit geringen Stufensprüngen darstellbar sind. Bei einem Gesamtgetriebe einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, wie beispielsweise einem Traktor, wird ein derartiges Splittergetriebe als Lastschaltgetriebe häufig mit einer weiteren mehrgängigen Getriebeeinheit in Form eines Gruppengetriebes mit hohen Stufensprüngen kombiniert, so dass durch diese Kombination ein Gesamtgetriebe mit einer hohen Anzahl an darstellbaren Fahrstufen bei gleichzeitig großer Spreizung erreichbar ist. Häufig kommen hierbei weitere Getriebeeinheiten in Form einer Kriechgang- und/oder einer Wendeeinheit hinzu.
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Aus der
EP 0495942 B1 ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches als Splittergetriebe einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine mit einem Gruppengetriebe kombiniert wird. Dabei weist dieses Splittergetriebe ein Gehäuse auf, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen angeordnet sind, von denen eine die Antriebswelle und eine andere die Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes darstellt. Des Weiteren sind im Bereich der Wellen mehrere Schaltelemente vorgesehen, mittels deren gezielter Betätigung der Leistungsfluss innerhalb der vier Planetensätze variiert und damit verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle definierbar sind. Insgesamt sind hierdurch acht Übersetzungsverhältnisse des Mehrstufengetriebes darstellbar.
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Die
DE 10 2008 035 083 A1 offenbart ein Getriebe, das ein Antriebselement, ein Abtriebselement, vier Planetenradsätze, mehrere Kopplungselemente und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist. Jeder der Planetenradsätze umfasst ein erstes, zweites und drittes Element. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen Kupplungen.
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Die
DE 10 2009 025 608 A1 beschreibt eine Getriebeeinheit, insbesondere eine Kraftfahrzeuggetriebeeinheit, mit vier entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordneten Planetenradgetrieben, mit sechs Koppeleinheiten, die dazu vorgesehen sind, zumindest neun Vorwärtsgetriebegänge zu schalten, mit einer Antriebseinheit, einem Kopplungselement, einem zweiten Planetenradträger des zweiten Planetenradgetriebes und einem dritten Planetenradträger des dritten Planetenradgetriebes, die alle vier drehfest miteinander verbunden sind, sowie mit einer Abtriebseinheit, einem vierten Planetenradträger des vierten Planetenradgetriebes und einem Kopplungselement, die alle drei drehfest miteinander verbunden sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mittels welchem eine hohe Anzahl an Übersetzungsverhältnisse mit einer geringen Bauteilanzahl und damit bei einem niedrigen Gewicht und geringem Herstellungsaufwand realisierbar ist. Ferner sollte sich eine nahezu geometrische Übersetzungsreihe darstellen lassen, sowie die Belastungen der einzelnen Getriebeelemente reduziert sein. Zudem sollen kleine und nahezu geometrische Stufensprünge zwischen den einzelnen Übersetzungsverhältnissen, sowie eine kompakte Bauweise möglich sein. Schließlich sollen hohe Verzahnungswirkungsgrade erreichbar sein.
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Diese Aufgabe wird von den Ansprüchen 1 und 2 gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben dabei jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Demnach wird in einer ersten Alternative ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, insbesondere ein Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse und Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle darstellbar sind, wobei eine dritte Welle einen Steg eines zweiten Planetensatzes mit einem Steg eines dritten Planetensatzes verbindet und ferner zum einen über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle und zum anderen mittels einer zweiten Kupplung mit einer vierten Welle koppelbar ist, welche mit einem Hohlrad eines ersten Planetensatzes in Verbindung steht und über eine dritte Kupplung mit der Abtriebswelle verbindbar ist, wobei eine fünfte Welle ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes mit einem Sonnenrad des dritten Planetensatzes verbindet und mittels einer ersten Bremse am Gehäuse festsetzbar ist, wobei ferner eine sechste Welle mit einem Sonnenrad des ersten Planetensatzes und einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes gekoppelt ist und wobei ein Hohlrad des dritten Planetensatzes mit einer siebten Welle und ein Steg des ersten Planetensatzes mit der Antriebswelle verbunden ist und wobei entweder die siebte Welle zudem mit einem Sonnenrad eines vierten Planetensatzes verbunden und mittels einer vierten Kupplung mit der Abtriebswelle koppelbar ist, welche ferner mit einem Steg des vierten Planetensatzes in Verbindung steht, wobei ein Hohlrad des vierten Planetensatzes mit einer achten Welle verbunden ist, die über eine zweite Bremse am Gehäuse festsetzbar ist oder die siebte Welle ferner mit einem Sonnenrad eines vierten Planetensatzes verbunden und über eine vierte Kupplung mit einer achten Welle koppelbar ist, welche im weiteren Verlauf mit einem Hohlrad des vierten Planetensatzes in Verbindung steht und mittels einer zweiten Bremse am Gehäuse festsetzbar ist, wobei die Abtriebswelle zudem mit einem Steg des vierten Planetensatzes verbunden ist oder die Abtriebswelle ferner mit einem Steg eines vierten Planetensatzes verbunden und mittels einer vierten Kupplung mit einer achten Welle koppelbar ist, die zum einen mit einem Hohlrad des vierten Planetensatzes in Verbindung steht und zum anderen über eine zweite Bremse am Gehäuse festsetzbar ist, wobei die siebte Welle mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes verbunden ist.
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Weiterhin wird in einer zweiten Alternative ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, insbesondere ein Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse und Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle darstellbar sind, wobei eine dritte Welle einen Steg eines zweiten Planetensatzes mit einem Steg eines dritten Planetensatzes verbindet und ferner zum einen über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle und zum anderen mittels einer zweiten Kupplung mit einer vierten Welle koppelbar ist, welche mit einem Hohlrad eines ersten Planetensatzes in Verbindung steht und über eine dritte Kupplung mit der Abtriebswelle verbindbar ist, wobei eine fünfte Welle ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes mit einem Sonnenrad des dritten Planetensatzes verbindet und mittels einer ersten Bremse am Gehäuse festsetzbar ist, wobei ferner eine sechste Welle mit einem Sonnenrad des ersten Planetensatzes und einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes gekoppelt ist und wobei ein Hohlrad des dritten Planetensatzes mit einer siebten Welle und ein Steg des ersten Planetensatzes mit der Antriebswelle verbunden ist und wobei entweder die siebte Welle ferner zum einen mittels einer vierten Kupplung mit der Abtriebswelle und zum anderen über eine fünfte Kupplung mit einer achten Welle lösbar verbindbar ist, welche im weiteren Verlauf mit einem Sonnenrad eines vierten Planetensatzes gekoppelt ist, wobei die Abtriebswelle mit einem Steg des vierten Planetensatzes in Verbindung steht und ein Hohlrad des vierten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist oder die Abtriebswelle des Weiteren zum einen über eine vierte Kupplung mit der siebten Welle und zum anderen mittels einer fünften Kupplung mit einer achten Welle verbindbar ist, welche mit einem Steg eines vierten Planetensatzes gekoppelt ist, wobei die siebte Welle ferner mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes in Verbindung steht und ein Hohlrad des vierten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Bekanntlich umfasst ein einfacher Minusplanetensatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, welcher Planetenräder drehbar gelagert trägt, die jeweils mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Bei festgesetztem Steg wird dabei eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung des Hohlrades erreicht.
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Im Gegensatz hierzu umfasst ein einfacher Plusplanetensatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, welcher innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert trägt. Dabei kämmen alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad, wobei zudem jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad in Eingriff steht. Bei einem Festsetzen des Steges wird dabei eine gleiche Drehrichtung des Hohlrades gegenüber dem Sonnenrad erreicht.
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Bevorzugt dient die Antriebswelle als Antrieb des Mehrstufengetriebes, d.h. zum Einleiten eines Drehmoments in das Mehrstufengetriebe. Sie ist daher insbesondere von einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungs- oder Elektromotor, antreibbar. Die Abtriebswelle dient dementsprechend bevorzugt als Abtrieb des Mehrstufengetriebes, d.h. zum Abgriff eines Drehmoments von dem Mehrstufengetriebe, insbesondere zum Betreiben eines Aggregats, beispielsweise einer Pumpe oder eines elektrischen Generators, oder eines Fahrzeugantriebs, beispielsweise eines Fahrzeugrads oder einer Fahrzeuggleiskette.
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Gemäß der ersten Alternative ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Bremse, sowie der ersten und zweiten Kupplung, wohingegen ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten und zweiten Bremse, sowie der zweiten Kupplung geschaltet wird. Ein drittes Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der ersten und zweiten Bremse, sowie der ersten Kupplung darstellbar. Des Weiteren ergibt sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten und zweiten Bremse, sowie der dritten Kupplung, ein daran anschließendes fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der ersten und dritten Kupplung. Ferner wird ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der zweiten und dritten Kupplung geschaltet, während ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung darstellbar ist. Das siebte Übersetzungsverhältnis ist alternativ auch durch Betätigen der ersten, zweiten und vierten Kupplung schaltbar. Ein achtes Übersetzungsverhältnis wird durch Schließen der ersten Bremse, sowie der zweiten und vierten Kupplung dargestellt. Schließlich ergibt sich ein neuntes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der ersten und vierten Kupplung. Folglich lässt sich ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit insgesamt neun darstellbaren Gangstufen realisieren.
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In Weiterbildung der Erfindung ergibt sich ein erstes zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Bremse, sowie der zweiten und dritten Kupplung, wohingegen ein zweites zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der zweiten Bremse, sowie der ersten und dritten Kupplung geschaltet wird. Ein weiteres, drittes zusätzliches Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der ersten Bremse, sowie der dritten und vierten Kupplung darstellbar. Dementsprechend lässt sich die Anzahl der darstellbaren Übersetzungsverhältnisse auf maximal zwölf Gangstufen ausweiten.
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Gemäß der zweiten Alternative ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten, zweiten und fünften Kupplung, wohingegen ein daran anschließendes, zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der zweiten und fünften Kupplung geschaltet wird. Ein drittes Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der ersten Bremse, sowie der ersten und fünften Kupplung darstellbar. Des Weiteren ergibt sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der dritten und fünften Kupplung, ein weiteres, fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der ersten und dritten Kupplung. Ein sechstes Übersetzungsverhältnis ist durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der zweiten und dritten Kupplung darstellbar. Ferner wird ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung oder alternativ hierzu durch Betätigen der ersten, zweiten und vierten Kupplung geschaltet. Ein achtes Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der ersten Bremse, sowie der zweiten und vierten Kupplung darstellbar, wohingegen sich ein neuntes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der ersten und vierten Kupplung ergibt. Auch in diesem Fall lässt sich ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit insgesamt neun darstellbaren Gangstufen verwirklichen.
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In Weiterbildung dieser Ausgestaltung ergibt sich ein erstes zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten, dritten und fünften Kupplung. Des Weiteren ist ein weiteres, zweites zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten, dritten und fünften Kupplung darstellbar, während ein drittes zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der dritten und vierten Kupplung geschaltet wird. Erneut ist hierdurch eine Steigerung der Anzahl an schaltbaren Übersetzungsverhältnissen auf maximal zwölf möglich.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle des Mehrstufengetriebes zur Realisierung eines Nebenabtriebs insbesondere durch das Mehrstufengetriebe hindurchgeführt und dient dabei neben der Abtriebswelle als zusätzlicher zweiter Abtrieb, beispielsweise im Sinne eines Zapfwellenabtriebs für austauschbare Nebenaggregate.
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Grundsätzlich umfasst die Erfindung auch Ausführungen des Mehrstufengetriebes, bei denen Antrieb und Abtrieb kinematisch gegeneinander vertauscht sind. Hierbei dient die genannte Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes als dessen Antrieb, d.h. zum Einleiten eines Drehmoments in das Mehrstufengetriebe, beispielsweise mittels eines Antriebsmotors, und die genannte Antriebswelle des Mehrstufengetriebes dient als dessen Abtrieb, d.h. zum Abgriff eines Drehmoments von dem Mehrstufengetriebe, beispielsweise zum Betreiben eines Aggregats oder Fahrzeugantriebs. In einem Schaltschema des Mehrstufengetriebes kehrt sich die Reihenfolge der Übersetzungsverhältnisse dann entsprechend um.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
- 2 ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1;
- 3 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
- 4 eine schematische Ansicht einer weiteren, dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
- 5 eine schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
- 6 eine schematische Ansicht einer weiteren, fünften bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
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In 1 ist eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes dargestellt, bei welchem es sich bevorzugt um ein Splittergetriebe eines Gesamtgetriebes einer Arbeitsmaschine handelt. Innerhalb des Gesamtgetriebes ist dieses Splittergetriebe bevorzugt als Lastschaltgetriebe mit einer weiteren Getriebeeinheit in Form eines Gruppengetriebes kombiniert, so dass durch diese Kombination des Splittergetriebes mit niedrigen Stufensprüngen mit dem Gruppengetriebe mit hohen Stufensprüngen eine hohe Anzahl an darstellbaren Übersetzungsverhältnissen und eine große Getriebespreizung des Gesamtgetriebes ermöglicht wird. Aufgrund der hierdurch erreichbaren Anzahl an Gangstufen ist ein derartiges Gesamtgetriebe insbesondere für die Anwendung bei einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug, insbesondere einem Ackerschlepper, geeignet. Bevorzugt erfolgt des Weiteren eine zusätzliche Kombination mit weiteren Getriebeeinheiten in Form einer Kriechgang- und/oder einer Wendeeinheit. Eine geometrische Aneinanderreihung der einzelnen Getriebeeinheiten im Gesamtgetriebe ist hierbei prinzipiell frei wählbar.
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Wie aus 1 hervorgeht, nimmt ein - vorliegend nur teilweise dargestelltes - Gehäuse 1 bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe eine Antriebswelle 2, eine Abtriebswelle 3, sowie drei Planetensätze 4, 5, 6 und 7 auf. Das Mehrstufengetriebe ist hierbei in Front-Querbauweise ausgeführt, bei welcher ein Abtrieb über die Abtriebswelle 3 seitlich zu dem Antrieb über die Antriebswelle 2 erfolgt.
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Vorliegend sind die Planetensätze 4, 5, 6 und 7 jeweils als Minusplanetensätze ausgebildet, wobei es im Rahmen der Erfindung aber ebenso gut denkbar ist, zumindest einen der Minusplanetensätze als Plusplanetensatz auszuführen, wenn gleichzeitig eine Steg- und eine Hohlradanbindung miteinander getauscht und der Betrag der Standübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minusplanetensatz um Eins erhöht wird. Wie des Weiteren aus 1 ersichtlich ist, sind die Planetensätze 4, 5, 6 und 7 axial betrachtet in der Reihenfolge 4, 5, 6, 7 angeordnet, wobei hierbei auch eine anderweitige axiale Anordnung denkbar ist.
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Wie zudem in 1 dargestellt, umfasst das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe insgesamt sechs Schaltelemente, welche durch zwei Bremsen 8 und 9 und vier Kupplungen 10, 11, 12 und 13 gebildet sind. Eine räumliche Anordnung dieser Schaltelemente kann dabei beliebig sein und wird nur durch deren Abmessungen sowie die äußere Formgebung begrenzt. Vorliegend sind die Bremsen 8 und 9 und die Kupplungen 10, 11, 12 und 13 jeweils als Lamellenschaltelemente ausgeführt, wobei erfindungsgemäß aber ebenso gut auch eine Ausführung als formschlüssige Schaltelemente oder auch als anderweitige reibschlüssige Schaltelemente denkbar ist. Durch eine gezielte Betätigung dieser Schaltelemente ist ein selektives Schalten verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 möglich.
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Ferner nimmt das Gehäuse 1 insgesamt acht drehbare Wellen auf, welche neben der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 durch eine dritte Welle 14, eine vierte Welle 15, eine fünfte Welle 16, eine sechste Welle 17, eine siebte Welle 18 und eine achte Welle 19 gebildet sind.
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Erfindungsgemäß verbindet die dritte Welle 14 einen Steg des zweiten Planetensatzes 5 mit einem Steg des dritten Planetensatzes 6 und kann zudem zum einen über die erste Kupplung 10 mit der Antriebswelle 2 und zum anderen mittels der zweiten Kupplung 11 mit der vierten Welle 15 gekoppelt werden. Die vierte Welle 15 steht im weiteren Verlauf mit einem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung und ist über die dritte Kupplung 12 mit der Abtriebswelle 3 lösbar verbindbar. Ferner verbindet die fünfte Welle 16 ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes 5 mit einem Sonnenrad des dritten Planetensatzes 6 und kann über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festgesetzt werden.
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Wie des Weiteren aus 1 hervorgeht, verbindet die sechste Welle 17 ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5. Zudem ist die Abtriebswelle 3 mit einem Steg des vierten Planetensatzes 7 gekoppelt und kann mittels der vierten Kupplung 13 mit der siebten Welle 18 verbunden werden, die im weiteren Verlauf mit einem Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 und einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung steht. Ein Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 ist zudem mit der achten Welle 19 gekoppelt, welche mittels der zweiten Bremse 9 am Gehäuse 1 festgesetzt werden kann. Schließlich ist noch die Antriebswelle 2 mit einem Steg des ersten Planetensatzes 4 verbunden und zudem axial in Richtung des vierten Planetensatzes 7 verlängert ausgebildet. Hierbei erstreckt sich die Antriebswelle 2 bis über die axiale Position der ersten Bremse 8 hinaus.
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Aus 2 geht ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 hervor, wobei hierbei ersichtlich ist, dass zur Darstellung jedes einzelnen Übersetzungsverhältnisses drei der sechs Schaltelemente geschlossen sind und zum Schalten in das jeweils benachbarte Übersetzungsverhältnis der Zustand zweier Schaltelemente zu verändern ist. Dem beispielhaften Schaltschema können hierbei die jeweiligen Übersetzungen i in den einzelnen Gangstufen sowie die sich ergebenden Gangsprünge φ zum jeweils benachbarten Übersetzungsverhältnis beispielhaft entnommen werden. Prinzipiell ist die Höhe der einzelnen Übersetzungen über die Höhe der Standübersetzungen der Planetensätze 4, 5, 6 und 7 frei wählbar, wobei bevorzugt der erste Planetensatz 4 eine Standübersetzung von -2,098, der zweite Planetensatz 5 eine Standübersetzung von -1,778, der dritte Planetensatz 6 eine Standübersetzung von -2,563 und der vierte Planetensatz 7 eine Standübersetzung von -1,611 aufweist. In diesem Fall ist eine Spreizung des Getriebes von 3,631 aus 2 ablesbar.
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Wie zudem aus 2 ersichtlich ist, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe gemäß 1 insgesamt neun reguläre Übersetzungsverhältnisse, sowie drei zusätzliche, mit Z1 bis Z3 bezeichnete Übersetzungsverhältnisse realisieren. Zudem lässt sich ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch eine weitere alternative Betätigung der Schaltelemente darstellen, welche in 2 mit M1 bezeichnet ist.
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Ein erstes Übersetzungsverhältnis ergibt sich durch Schließen der zweiten Bremse 9, sowie der ersten Kupplung 10 und der zweiten Kupplung 11, wobei zum Schalten in ein nächstes, zweites Übersetzungsverhältnis die erste Kupplung 10 zu öffnen und die erste Bremse 8 zu betätigen ist. Ein sich an das zweite Übersetzungsverhältnis anschließendes, drittes Übersetzungsverhältnis wird ausgehend vom zweiten Übersetzungsverhältnis durch Öffnen der zweiten Kupplung 11 und Betätigen der ersten Kupplung 10 geschaltet, während zum weiteren Hochschalten in ein viertes Übersetzungsverhältnis die erste Kupplung 10 wiederum zu öffnen und die dritte Kupplung 12 zu schließen ist. Ausgehend hiervon wird ein fünftes Übersetzungsverhältnis dargestellt, indem die zweite Bremse 9 gelöst und die erste Kupplung 10 wiederum geschlossen wird. Ein daran anschließendes sechstes Übersetzungsverhältnis wird ausgehend vom fünften Übersetzungsverhältnis geschaltet, indem die erste Kupplung 10 wiederum geöffnet und die zweite Kupplung 11 betätigt wird. Das siebte Übersetzungsverhältnis ergibt sich dann durch Öffnen der ersten Bremse 8 und Betätigen der vierten Kupplung 13. Alternativ hierzu kann das siebte Übersetzungsverhältnis auch durch Betätigen der ersten Kupplung 10, der zweiten Kupplung 11 und der vierten Kupplung 13 dargestellt werden.
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Des Weiteren ergibt sich ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse 8, sowie der zweiten Kupplung 11 und der vierten Kupplung 13, wobei zum Schalten in ein nächstes, neuntes Übersetzungsverhältnis die zweite Kupplung 11 zu öffnen und die erste Kupplung 10 zu betätigen ist.
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Ein erstes zusätzliches, mit Z1 bezeichnetes Übersetzungsverhältnis ist darstellbar, indem die zweite Bremse 9, sowie die zweite Kupplung 11 und die dritte Kupplung 12 geschlossen werden. Ein weiteres zusätzliches, in 2 mit Z2 gekennzeichnetes Übersetzungsverhältnis wird durch Schließen der zweiten Bremse 9, sowie der ersten Kupplung 10 und der dritten Kupplung 12 geschaltet, während ein weiteres, drittes zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse 8, sowie der dritten Kupplung 12 und der vierten Kupplung 13 darstellbar und mit Z3 bezeichnet ist. Allerdings sind diese zusätzlichen Übersetzungsverhältnisse nur optional vorzusehen, da deren Platzierung in der bestehenden Übersetzungsreihe zu nicht mehr geometrischen Stufensprüngen führen würde.
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In 3 ist eine schematische Ansicht einer weiteren, zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes dargestellt. Im Unterschied zu der Ausgestaltung gemäß 1 kann eine siebte Welle 20, neben einer Koppelung mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 und dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7, über eine vierte Kupplung 21 mit einer achten Welle 22 verbunden werden, die im weiteren Verlauf mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 gekoppelt ist und über die zweite Bremse 9 am Gehäuse 1 festgesetzt werden kann. Des Weiteren ist eine Abtriebswelle 23 lediglich mit dem Steg des vierten Planetensatzes 7 verbunden und mittels der dritten Kupplung 12 mit der dritten Welle 15 koppelbar.
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Der Aufbau gemäß der zweiten Ausgestaltung nach 3 stellt dabei eine wirkungsgleiche Variante des Mehrstufengetriebes nach 1 dar, so dass in den einzelnen Gangstufen bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 jeweils auch die Übersetzungen i sowie die Gangsprünge φ gemäß dem beispielhaften Schaltschema nach 2 erreicht werden. Bezüglich der Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse ist das Beschriebene zu 2 dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der vierten Kupplung 13 in 1 jeweils die vierte Kupplung 21 in 3 zu betätigen ist.
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Eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes ist in 4 dargestellt. Unterschiedlich zu der Variante nach 1 ist hierbei, dass eine Abtriebswelle 24, neben einer Kopplung mit dem Steg des vierten Planetensatzes 7 und einer möglichen Anbindung an die dritte Welle 15 mittels der dritten Kupplung 12, über eine vierte Kupplung 25 mit einer achten Welle 26 gekoppelt werden kann. Diese achte Welle 26 steht im weiteren Verlauf mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung und kann mittels der zweiten Bremse 9 am Gehäuse 1 festgesetzt werden. Ferner verbindet eine siebte Welle 27 lediglich das Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 mit dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7.
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Auch die Ausgestaltung nach 4 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Getriebevariante zu der Ausführung nach 1 dar. Aufgrund dieser Tatsache werden bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 erneut die in 2 angegebenen Werte für die Übersetzungen i, sowie die Gangsprünge φ erzielt. Bezüglich des Schaltens der einzelnen Gangstufen ist die Beschreibung zu 2 allerdings dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der vierten Kupplung 13 in 1 jeweils die vierte Kupplung 25 in 4 zu betätigen ist.
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Des Weiteren geht aus 5 eine weitere, vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Diese unterscheidet sich von der Variante gemäß 1 dahingehend, dass eine siebte Welle 28 lediglich mit einem Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 verbunden und zum einen über die vierte Kupplung 13 mit der Abtriebswelle 3 und zum anderen mittels einer fünften Kupplung 29 mit einer achten Welle 30 gekoppelt werden kann. Diese achte Welle 30 ist dann im weiteren Verlauf mit dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 verbunden. Zudem steht das Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 drehfest mit dem Gehäuse 1 in Verbindung.
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Die Ausgestaltung gemäß 5 stellt ebenfalls wieder eine wirkungsgleiche Ausführung eines Mehrstufengetriebes zu der Ausgestaltung nach 1 dar. Folglich ist das Getriebeschemata nach 2 auch für die Ausgestaltung gemäß 5 anwendbar, wobei hinsichtlich der Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse die Betätigung der zweiten Bremse 9 in 1 jeweils durch eine Betätigung der fünfte Kupplung 29 in 5 zu ersetzen ist.
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Schließlich geht aus 6 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach 1 ist zwischen dem Steg des vierten Planetensatzes 7 und einer Abtriebswelle 31 eine achte Welle 32 platziert, die zum Einen mit dem Steg des vierten Planetensatzes 7 verbunden ist und über eine fünfte Kupplung 33 mit der Abtriebswelle 31 gekoppelt werden kann. Des Weiteren steht das Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 drehfest mit dem Gehäuse 1 in Verbindung.
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Auch die Variante gemäß 6 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Getriebeausführung zu der Ausführungsform nach 1 dar, so dass das beispielhafte Schaltschema aus 2 prinzipiell auch für die 6 herangezogen werden kann. Allerdings ist dieses Schaltschema bezüglich der Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der zweiten Bremse 9 in 1 jeweils die fünfte Kupplung 33 in 6 zu betätigen ist.
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Mittels der einzelnen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Mehrstufengetriebes lässt sich ein Splittergetriebe für ein Arbeitsfahrzeug mit einem niedrigen Herstellungsaufwand und geringem Gewicht erzielen. Zudem treten bei den erfindungsgemäßen Mehrstufengetrieben jeweils niedrige Absolut- und Relativdrehzahlen, sowie niedrige Planetensatz- und Schaltelementmomente auf. Schließlich werden jeweils eine gute Übersetzungsreihe und gute Verzahnungswirkungsgrade bei gleichzeitig nahezu geometrischen Stufensprüngen erzielt.
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Gemäß der Erfindung ist es zudem denkbar, einzelne Schaltelemente entweder wegfallen zu lassen oder durch eine starre Verbindung zu ersetzen, wodurch sich jeweils ein Mehrstufengetriebe mit einer reduzierten Anzahl an darstellbaren Übersetzungsverhältnissen ergibt. Bevorzugt wäre im Falle der Ausgestaltung nach 1 ein Weglassen der vierten Kupplung 13 vorzunehmen, was in einem Mehrstufengetriebe mit sechs darstellbaren Gängen resultieren würde.
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Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse, oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden. Des Weiteren kann der Abtrieb prinzipiell überall an der jeweiligen Abtriebswelle und der Antrieb prinzipiell auch überall an der jeweiligen Antriebswelle angeordnet sein.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die jeweilige Antriebswelle durch ein Kupplungselement von einem Antriebsmotor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung, eine Fliehkraftkupplung, etc. einsetzbar sind. Als Anfahrelement kommen aber auch eine zusätzliche Anfahrkupplung, eine integrierte Anfahrkupplung oder -bremse, eine zusätzliche E-Maschine oder eine Powershuttle-Einheit/Powerreversier-Einheit in Betracht. Zudem ist es auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die jeweilige Antriebswelle ständig mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors verbunden ist. Alternativ kann auch eines der Schaltelemente des Mehrstufengetriebes als internes Anfahrelement genutzt werden. Dieses interne Anfahrelement sollte in den potentiellen Anfahrgängen vorzugsweise geschlossen sein, d. h. es wird während des Anfahrvorgangs geschlossen.
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Zudem ist es möglich zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe einen Torsionsschwingungsdämfper anzuordnen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Abtriebswelle
- 4
- erster Planetensatz
- 5
- zweiter Planetensatz
- 6
- dritter Planetensatz
- 7
- vierter Planetensatz
- 8
- erste Bremse
- 9
- zweite Bremse
- 10
- erste Kupplung
- 11
- zweite Kupplung
- 12
- dritte Kupplung
- 13
- vierte Kupplung
- 14
- dritte Welle
- 15
- vierte Welle
- 16
- fünfte Welle
- 17
- sechste Welle
- 18
- siebte Welle
- 19
- achte Welle
- 20
- siebte Welle
- 21
- vierte Kupplung
- 22
- achte Welle
- 23
- Abtriebswelle
- 24
- Abtriebswelle
- 25
- vierte Kupplung
- 26
- achte Welle
- 27
- siebte Welle
- 28
- siebte Welle
- 29
- fünfte Kupplung
- 30
- achte Welle
- 31
- Abtriebswelle
- 32
- achte Welle
- 33
- fünfte Kupplung
