DE102011080562A1

DE102011080562A1 - Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen- Lastschaltgetriebe

Info

Publication number: DE102011080562A1
Application number: DE201110080562
Authority: DE
Inventors: Martin Fellmann; Stefan Beck; Mark Mohr
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-02-14

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen- Lastschaltgetriebe vorgeschlagen, umfassend eine Splitgruppe (6) und eine Hauptgruppe (7), welche eine im Wesentlichen geometrische Stufung aufweist, welche einen Minus-Planetenradsatz (8) und ein erstes und ein zweites Schaltelement (SE1, SE2) umfasst, wobei die Standgetriebeübersetzung des Minus-Planetenradsatzes (8) dem Stufensprung der Hauptgruppe (7) entspricht, wobei durch Schließen des zweiten Schaltelementes (SE2) bei geöffnetem ersten Schaltelement (SE1) der Minus-Planetenradsatz (8) durch Verbinden des Sonnenrades (2) mit dem Hohlrad (4) verblockt wird, wodurch ein direkter Durchtrieb zur Realisierung der Vorwärtsgänge des Getriebes realisiert wird und wobei durch Schließen des ersten Schaltelementes (SE1) bei geöffnetem zweiten Schaltelement (SE2) der Steg (3) des Minus-Planetenradsatzes (8) an ein Gehäuse (5) des Getriebes gekoppelt wird, so dass eine Drehrichtungsumkehr realisiert wird, wobei bei exakt geometrischer Stufung der Hauptgruppe (7) durch Schließen des ersten Schaltelementes (SE1) bei geöffnetem zweiten Schaltelement (SE2) und Schalten der Hauptgruppe (7) in den nächsthöheren Gang eine Drehrichtungsumkehr mit der Übersetzung –1 erzielbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe, insbesondere für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mehrstufen-Lastschaltgetriebe umfassen in der Regel eine Anfahrkupplung, eine als Splitgruppe, das heißt als Splittergetriebe dienende lastschaltbare Eingangsgruppe, eine Hauptgruppe bzw. ein Hauptgetriebe und optional ein beispielsweise zwischen der Eingangsgruppe und dem Hauptgetriebe geschaltetes Zwischengetriebe, welches als Schnellganggetriebe oder als Kriechganggetriebe ausgeführt ist.
Hierbei weist die Splitgruppe in der Regel mehrere lastschaltbare Gänge mit einem geringen Stufensprung auf, wobei die Hauptgruppe mehrere Gänge aufweist, die einen hohen Stufensprung aufweisen, so dass durch die Kombination einer Splitgruppe mit einem nachgeschalteten Hauptgetriebe eine große Anzahl von Vorwärtsgängen ermöglicht wird, die zum Betrieb eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs erforderlich sind.
Da zum Betrieb eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs auch eine große Anzahl von Rückwärtsgängen gewünscht bzw. erforderlich ist, besteht die Notwendigkeit, in ein derartiges Mehrstufen-Lastschaltgetriebe eine Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr zu integrieren, um dadurch aus den bestehenden Vorwärtsgängen eine gleich große Anzahl von Rückwärtsgängen zu realisieren.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zu diesem Zweck sogenannte „Power-Shuttle“-Einheiten zu verwenden, bei denen zur Drehrichtungsumkehr eine erste Kupplung geschlossen wird und das Moment über zwei Stirnradstufen und eine Zwischenwelle auf die Abtriebswelle geleitet wird. In nachteiliger Weise sind zur Realisierung der Rückwärtsgänge mehrere Zahneingriffe erforderlich, was sich auf den Wirkungsgrad negativ auswirkt. Zudem weisen „Power-Shuttle“-Einheiten einen hohen Bauraumbedarf auf, wobei deren Herstellung und Montage mit hohen Kosten verbunden ist. Zur Realisierung der Vorwärtsgänge sind keine zusätzlichen Zahneingriffe erforderlich, da lediglich eine zweite Kupplung geschlossen werden muss, um das Moment auf die Abtriebswelle zu übertragen.
Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, als Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr einen Plus-Planetenradsatz zu verwenden. Ein Plus-Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebe-Übersetzung.
Mittels eines Plus-Planetenradsatzes mit der Standgetriebeübersetzung 2,0 kann demnach bei an ein Gehäuse gekoppeltem Hohlrad eine Übersetzung von –1,0 erzielt werden, wobei der Antrieb über das Sonnenrad oder den Steg und der Abtrieb über den Steg bzw. das Sonnenrad des Planetenradsatzes erfolgt. Zur Realisierung der Vorwärtsgänge wird der Planetenradsatz mittels eines Schaltelementes verblockt.
Die Verwendung von Plus-Planetenradsätzen als Vorrichtungen zur Drehrichtungsumkehr resultiert in nachteiliger Weise in einem ungünstigen Verzahnungswirkungsgrad. Zudem sind Plus-Planetenradsätze hinsichtlich Montage und Herstellung kostenintensiv und weisen einen hohen Bauraumbedarf auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe, insbesondere für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, umfassend eine Splitgruppe und eine Hauptgruppe, welche eine im Wesentlichen geometrische Stufung aufweist, anzugeben, welche im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Drehrichtungsumkehr einen geringen Bauraumbedarf sowie einen besseren Verzahnungswirkungsgrad aufweist und in kostengünstiger Weise herstellbar und montierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird eine Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe, insbesondere für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, umfassend eine Splitgruppe und eine Hauptgruppe, welche eine im Wesentlichen geometrische Stufung aufweist, vorgeschlagen, welche einen Minus-Planetenradsatz und ein erstes und ein zweites Schaltelement umfasst, wobei die Standgetriebeübersetzung des Minus-Planetenradsatzes dem Stufensprung der Hauptgruppe entspricht, wobei durch Schließen des zweiten Schaltelementes bei geöffnetem ersten Schaltelement der Minus-Planetenradsatz durch Verbinden des Sonnenrades mit dem Hohlrad verblockt wird, wodurch ein direkter Durchtrieb zur Realisierung der Vorwärtsgänge des Getriebes realisiert wird und wobei durch Schließen des ersten Schaltelementes bei geöffnetem zweiten Schaltelement der Steg des Minus-Planetenradsatzes an ein Gehäuse des Getriebes gekoppelt wird, so dass eine Drehrichtungsumkehr realisiert wird. Hierbei erfolgt der Antrieb des Minus-Planetenradsatzes über das Sonnenrad oder das Hohlrad und der Abtrieb über das Hohlrad bzw. das Sonnenrad.
Ein Minus-Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf.
Da bei exakt geometrischer Stufung der Hauptgruppe der Stufensprung zwischen aufeinanderfolgen Gängen konstant ist, wird durch Betätigen des Minus-Planetenradsatzes durch Schließen des ersten Schaltelementes bei geöffnetem zweiten Schaltelement und Schalten der Hauptgruppe in den nächsthöheren Gang eine Drehrichtungsumkehr mit der Übersetzung –1 erzielt.
Gemäß der Erfindung ergeben sich in diesem Fall bei n Gängen der Hauptgruppe für die höheren (n – 1) Gänge die gleichen Fahrgeschwindigkeiten in Rückwärtsfahrtrichtung wie in den ersten (n – 1) Gängen in Vorwärtsfahrtrichtung. Die Rückwärtsfahrgeschwindigkeiten im ersten Gang der Hauptgruppe sind geringer als die realisierbaren Vorwärtsfahrgeschwindigkeiten und entsprechen der Standgetriebeübersetzung des Minus-Planetenradsatzes.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird eine Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe zur Verfügung gestellt, welche eine sehr kompakte Bauweise sowie einen sehr guten Verzahnungswirkungsgrad in den Rückwärtsgängen aufweist. Zudem ist die hier vorgestellte Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr kostengünstig herstellbar und montierbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr;
2: eine Tabelle zur Veranschaulichung der Vorwärtsfahrgeschwindigkeiten bei einem ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe mit acht Lastschaltgängen in der Splitgruppe und vier Gängen in der Hauptgruppe und eine Tabelle zur Veranschaulichung der erzielbaren Rückwärtsfahrgeschwindigkeiten durch eine gemäß der Erfindung ausgeführte Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr; und
3: zwei mögliche Anordnungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr in einem Mehrstufen-Lastschaltgetriebe.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Drehrichtungsumkehr dargestellt. Sie umfasst einen Minus-Planetenradsatz 8, dessen Sonnenrad mit 2, dessen Steg mit 3 und dessen Hohlrad mit 4 bezeichnet sind sowie ein erstes Schaltelement SE1 und ein zweites Schaltelement SE2. Die Schaltelemente SE1, SE2 können als formschlüssige oder reibschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
Bei dem gezeigten Beispiel erfolgt der Antrieb (An) des Minus-Planetenradsatzes 8 über das Sonnenrad 2, wobei der Abtrieb (Ab) über das Hohlrad 4 erfolgt. Der Steg 3 des Minus-Planetensatzes 8 ist durch Schließen des ersten Schaltelementes SE1 an das Gehäuse 5 ankoppelbar, wobei bei geschlossenem zweiten Schaltelement SE2 und geöffnetem ersten Schaltelement SE1 der Minus-Planetenradsatz durch die Verbindung des Sonnenrades 2 mit dem Hohlrad 4 verblockt wird und eine 1:1 Übertragung zwischen Antrieb und Abtrieb ermöglicht.
Alternativ kann das zweite Schaltelement SE2 auch durch eine Verbindung von Sonnenrad 2 und Steg 3 oder auch durch eine Verbindung von Steg 3 und Hohlrad 4 verblockt werden, wobei der Steg 3 jeweils mittels des ersten Schaltelements SE1 an das Gehäuse 5 ankoppelbar ist. Die Schaltelemente SE1 und SE2 können sowohl als Klauenschaltelement oder Synchronisierung oder als Lamellenschaltelement ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß weist der Minus-Planetenradsatz 8 eine Standgetriebeübersetzung auf, welche dem Stufensprung der Hauptgruppe des im Wesentlichen eine geometrische Stufung aufweisenden Mehrstufen-Lastschaltgetriebes entspricht.
Zur Realisierung der Vorwärtsgänge des Mehrstufen-Lastschaltgetriebes wird bei geöffnetem ersten Schaltelement SE1 das zweite Schaltelement SE2 geschlossen, wodurch das Moment bedingt durch die erzielbare Verblockung des Minus-Planetenradsatzes 8 ohne Drehrichtungsumkehr 1:1 vom Antrieb auf den Abtrieb übertragen wird.
Zur Realisierung der Rückwärtsgänge des Mehrstufen-Lastschaltgetriebes wird das erste Schaltelement SE1 bei geöffnetem zweiten Schaltelement SE2 geschlossen und es wird in der Hauptgruppe in den nächsthöheren Gang geschaltet, wodurch eine Drehrichtungsumkehr mit der Übersetzung –1 erzielt wird.
Wie aus 2 ersichtlich, ergeben sich bei vier Gängen der Hauptgruppe für die höheren drei Gänge in etwa die gleichen Fahrgeschwindigkeiten in Rückwärtsfahrtrichtung wie in den ersten drei Gängen in Vorwärtsfahrtrichtung, wobei die Rückwärtsfahrgeschwindigkeiten im ersten Gang der Hauptgruppe geringer sind als die realisierbaren Vorwärtsfahrgeschwindigkeiten und der Standgetriebeübersetzung des Minus-Planetenradsatzes 8 entsprechen.
Bei dem Beispiel gemäß 2 ist der Stufensprung zwischen aufeinanderfolgenden Gängen in der Hauptgruppe jeweils leicht unterschiedlich, so dass sich zwischen den höheren drei Gängen in Rückwärtsfahrtrichtung und den ersten drei Gängen in Vorwärtsfahrtrichtung leichte Abweichungen ergeben, welche jedoch durch entsprechende Schaltungen in der Splitgruppe ausgeglichen werden können. Beispielsweise entspricht der dritte Vorwärtsgang der Splitgruppe im ersten Gang der Hauptgruppe dem vierten Gang der Splitgruppe im zweiten Gang der Hauptgruppe bei betätigter Vorrichtung 1 zur Drehrichtungsumkehr.
Diese Zuordnung kann beispielsweise in einer Kennlinie der Getriebesteuerung abgelegt sein, so dass bei entsprechendem Rückwärtsfahrwunsch des Fahrers sowohl in der Splitgruppe (falls erforderlich) als auch in der Hauptgruppe die entsprechenden Gänge geschaltet werden können, um somit die gewünschte Rückfahrgeschwindigkeit zu ermöglichen.
Für den Fall, dass die Hauptgruppe einen exakt geometrischen Stufensprung aufweist, können in Rückwärtsfahrtrichtung die gleichen Fahrgeschwindigkeiten dargestellt werden, wie in den ersten drei Gängen in Vorwärtsfahrtrichtung. In diesem Fall sind keine Schaltungen in der Splitgruppe erforderlich, um die gewünschten Rückwärtsfahrgänge zu realisieren.
Für den Fall, dass die Hauptgruppe keinen exakt geometrischen Stufensprung aufweist, kann im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung der Mittelwert der Stufensprünge in der Hauptgruppe als Standgetriebeübersetzung des Minus-Planetenradsatzes 8 verwendet werden.
Wie 2 zu entnehmen ist, ist die maximal erzielbare Rückwärtsfahrgeschwindigkeit geringer als die maximal erzielbare Vorwärtsfahrgeschwindigkeit.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung können das erste und/oder das zweite Schaltelement SE1, SE2 der Vorrichtung 1 zur Drehrichtungsumkehr als Anfahrelemente des Mehrstufen-Lastschaltgetriebes dienen. Alternativ können ein hydro-dynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine zusätzliche Anfahrkupplung, ein weiteres integriertes Anfahrschaltelement des Getriebes oder eine zusätzliche elektrische Maschine als Anfahrelement dienen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Drehrichtungsumkehr kann in einem Mehrstufen-Lastschaltgetriebe mit einer Splitgruppe und einer Hauptgruppe in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet vor der Splitgruppe, zwischen der Splitgruppe und der Hauptgruppe oder nach der Hauptgruppe direkt am Abtrieb des Mehrstufen-Lastschaltgetriebes geschaltet werden. Da jedoch am Abtrieb des Mehrstufen-Lastschaltgetriebes die zu übertragenden Drehmomente hoch sind, sind die beiden ersten Varianten vorteilhaft.
Im oberen Teil der 3 ist die Anordnung der Vorrichtung 1 zur Drehrichtungsumkehr in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet vor der Splitgruppe 6 veranschaulicht, wobei die Hauptgruppe mit dem Bezugszeichen 7 versehen ist. Im unteren Teil der 3 ist die Anordnung der Vorrichtung 1 zur Drehrichtungsumkehr in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet zwischen der Splitgruppe 6 und der Hauptgruppe 7 schematisch dargestellt.
Optional kann das Mehrstufen-Lastschaltgetriebe ein Zwischengetriebe aufweisen, welches als Schnellganggetriebe oder als Kriechganggetriebe ausgeführt ist und in jede Position im Mehrstufen-Lastschaltgetriebe integriert sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr
2: Sonnenrad des Minus-Planetenradsatzes 8
3: Steg des Minus-Planetenradsatzes 8
4: Hohlrad des Minus-Planetenradsatzes 8
5: Gehäuse
6: Splitgruppe
7: Hauptgruppe
8: Minus-Planetenradsatz
An: Antrieb des Minus-Planetenradsatzes 8
Ab: Abtrieb des Minus-Planetenradsatzes 8
SE1: erstes Schaltelement
SE2: zweites Schaltelement

Claims

Vorrichtung (1) zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe, insbesondere für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, umfassend eine Splitgruppe (6) und eine Hauptgruppe (7), welche eine im Wesentlichen geometrische Stufung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Minus-Planetenradsatz (8) und ein erstes und ein zweites Schaltelement (SE1, SE2) umfasst, wobei die Standgetriebeübersetzung des Minus-Planetenradsatzes (8) dem Stufensprung der Hauptgruppe (7) entspricht, wobei durch Schließen des zweiten Schaltelementes (SE2) bei geöffnetem ersten Schaltelement (SE1) der Minus-Planetenradsatz (8) durch Verbinden des Sonnenrades (2) mit dem Hohlrad (4) verblockt wird, wodurch ein direkter Durchtrieb zur Realisierung der Vorwärtsgänge des Getriebes realisiert wird und wobei durch Schließen des ersten Schaltelementes (SE1) bei geöffnetem zweiten Schaltelement (SE2) der Steg (3) des Minus-Planetenradsatzes (8) an ein Gehäuse (5) des Getriebes gekoppelt wird, so dass eine Drehrichtungsumkehr realisiert wird, wobei bei exakt geometrischer Stufung der Hauptgruppe (7) durch Schließen des ersten Schaltelementes (SE1) bei geöffnetem zweiten Schaltelement (SE2) und Schalten der Hauptgruppe (7) in den nächsthöheren Gang eine Drehrichtungsumkehr mit der Übersetzung –1 erzielbar ist.
Vorrichtung (1) zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei exakt geometrischer Stufung der Hauptgruppe (7) bei n Gängen der Hauptgruppe für die höheren (n – 1) Gänge die gleichen Fahrgeschwindigkeiten in Rückwärtsfahrtrichtung ergeben wie in den ersten (n – 1) Gängen in Vorwärtsfahrtrichtung, wobei die Rückwärtsfahrgeschwindigkeiten im ersten Gang der Hauptgruppe geringer als die realisierbaren Vorwärtsfahrgeschwindigkeiten sind und der Standgetriebeübersetzung des Minus-Planetenradsatzes (8) entsprechen.
Vorrichtung (1) zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Hauptgruppe (7) keinen exakt geometrischen Stufensprung aufweist, der Mittelwert der Stufensprünge in der Hauptgruppe (7) als Standgetriebeübersetzung des Minus-Planetenradsatzes (8) verwendet wird.
Vorrichtung (1) zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Minus-Planetenradsatzes (8) über das Sonnenrad (2) oder das Hohlrad (4) und der Abtrieb über das Hohlrad (4) bzw. das Sonnenrad (2) erfolgt.
Vorrichtung (1) zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (SE1, SE2) als formschlüssige oder reibschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
Vorrichtung (1) zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (SE1, SE2) als Anfahrelemente des Mehrstufen-Lastschaltgetriebes dienen.
Vorrichtung (1) zur Drehrichtungsumkehr für ein Mehrstufen-Lastschaltgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Mehrstufen-Lastschaltgetriebe in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet vor der Splitgruppe (6), zwischen der Splitgruppe (6) und der Hauptgruppe (7) oder nach der Hauptgruppe (7) direkt am Abtrieb des Mehrstufen-Lastschalt-getriebes geschaltet werden kann.