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Die vorliegende Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe, insbesondere ein Splittergetriebe für ein landwirtschaftliches Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Getriebe für landwirtschaftliche Fahrzeuge 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.
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Hierbei weist das Splittergetriebe 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.
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Aus der
EP 0 495 942 B1 geht ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise hervor, welches vorzugsweise als Splittergetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs einsetzbar ist, welches vier in einem Gehäuse angeordnete Planetenradsätze, mehrere drehbare Wellen und mehrere Schaltelemente aufweist, wobei durch selektives Eingreifen der Schaltelemente verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes bewirkt werden, so dass acht Gänge realisierbar sind.
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Des Weiteren ist aus der noch nicht veröffentlichten
DE 10 2010 063 496.4 der Anmelderin ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches vorzugsweise als Splittergetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs einsetzbar ist, umfassend drei in einem Gehäuse angeordnete Planetenradsätze, mehrere drehbare Wellen und mehrere Schaltelemente, bei dem eine dritte Welle ein Hohlrad eines ersten Planetenradsatzes mit einem Hohlrad eines zweiten Planetenradsatzes verbindet und mittels einer ersten Kupplung mit der Abtriebswelle koppelbar ist, wobei eine vierte Welle welche mit einem Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht und zum einen mittels einer Bremse an ein Gehäuse festsetzbar und zum anderen über eine zweite Kupplung mit einer fünften Welle verbindbar ist, vorgesehen ist, wobei eine fünfte Welle mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und mittels einer dritten Kupplung mit einer sechsten Welle koppelbar ist, die mit einem Steg des ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht und wobei die Antriebswelle des Getriebes mit einem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise gemäß der
DE 10 2010 063 496.4 der Anmelderin ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe, insbesondere ein Splittergetriebe für ein landwirtschaftliches Fahrzeug, anzugeben, welches axial betrachtet einen geringeren Bauraumbedarf aufweist. Zudem soll der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe, insbesondere ein Splittergetriebe für ein landwirtschaftliches Fahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebswelle, zwei axial betrachtet hintereinander angeordnete Planetenradsätze, im Folgenden als erster und zweiter Planetenradsatz bezeichnet, eine parallel zur Längsachse der Planetenradsätze angeordnete Vorgelegewelle, welche die Abtriebswelle des Getriebes bildet, zwei Stirnradstufen, im Folgenden als erste und zweite Stirnradstufe bezeichnet, und sechs Schaltelemente, umfassend eine Bremse und fünf Kupplungen, umfasst, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, so dass mindestens acht Vorwärtsgänge realisierbar sind.
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Die Planetenradsätze sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich 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. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz 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 Standgetriebeübersetzung.
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Gemäß der Erfindung ist die Antriebswelle mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbunden, welcher über eine dritte Kupplung mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindbar ist, welcher über eine zweite Kupplung mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes lösbar verbindbar ist, der über eine erste Kupplung mit dem über die Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbaren Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindbar ist.
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Des Weiteren ist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit den Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes über eine vierte Kupplung und eine erste Stirnradstufe mit der Abtriebswelle lösbar verbindbar ist und wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes über eine fünfte Kupplung und eine zweite Stirnradstufe mit der Abtriebswelle lösbar verbindbar ist.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist derart konzipiert, dass der Bauraumbedarf axial betrachtet gering ist, wodurch eine Anordnung des Getriebes als Front-Quer-System vereinfacht wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen lastschaltbaren Mehrstufengetriebe wird durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen der Bauaufwand erheblich reduziert. In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen.
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Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
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Ferner liegen geringe Drehmomente in den Schaltelementen und in den Planetenradsätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Drehmomente eine entsprechend geringe Dimensionierung ermöglicht, wodurch der benötigte Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetenradsätzen vor.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
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1: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
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2: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
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3: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1 und 2.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes lastschaltbares Mehrstufengetriebe dargestellt, mit einer Antriebswelle 1, zwei Planetenradsätzen P1, P2, einer parallel zur Längsachse der Planetenradsätze P1, P2 angeordneten Vorgelegewelle, welche die Abtriebswelle 2 des Getriebes bildet und mit einer ersten und einer zweiten Stirnradstufe S1, S2, die in einem Gehäuse G angeordnet sind. Die Planetenradsätze P1, P2 sind bei dem in 1 gezeigten Beispiel als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann zumindest ein Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze axial betrachtet in der Reihenfolge P1, P2 angeordnet.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich eine Bremse B1 und fünf Kupplungen K1, K2, K3, K4 und K5 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen und die Bremse des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, können aber auch als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
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Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von vorzugsweise acht Vorwärtsgängen realisierbar.
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Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 vorgesehen, dass die Antriebswelle 1 mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist, welcher über eine dritte Kupplung K3 mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes P1 lösbar verbindbar ist, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes P1 über eine zweite Kupplung K2 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 lösbar verbindbar ist, welcher über eine erste Kupplung K1 mit dem über die Bremse B1 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbaren Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 lösbar verbindbar ist.
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Bezugnehmend auf 1 ist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit den Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes P1 mit einem ersten Stirnrad ST1 der ersten Stirnradstufe S1 verbunden ist, deren zweites Stirnrad ST2 über eine vierte Kupplung K4 mit der Abtriebswelle 2 lösbar verbindbar ist, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 mit einem ersten Stirnrad ST3 der zweiten Stirnradstufe S2 verbunden ist, deren zweites Stirnrad ST4 über eine fünfte Kupplung K5 mit der Abtriebswelle 2 lösbar verbindbar ist.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind die vierte und fünfte Kupplung K4, K5 um die Abtriebswelle 2 angeordnet. Ferner können die zweite und die dritte Kupplung K2, K3 einen gemeinsamen Außenlamellenträger aufweisen.
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Im Rahmen einer weiteren, wirkungsgleichen Ausführungsform der Erfindung sind die vierte und fünfte Kupplung K4, K5 um die Antriebswelle 1 angeordnet. Diese Ausführungsform ist Gegenstand der 2. Hierbei ist der Steg des ersten Planetenradsatzes P1 über die vierte Kupplung K4 mit einem ersten Stirnrad ST1 der ersten Stirnradstufe S1 lösbar verbindbar, deren zweites Stirnrad ST2 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist. Ferner ist das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 über die fünfte Kupplung K5 mit einem ersten Stirnrad ST3 der zweiten Stirnradstufe S2 lösbar verbindbar, deren zweites Stirnrad ST4 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist.
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Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen ist es möglich, die vierte oder die fünfte Kupplung K4, K5 um die Antriebswelle 1 und die fünfte bzw. vierte Kupplung K5, K4 um die Abtriebswelle 2 des Getriebes anzuordnen.
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Die Antriebswelle 1 des Getriebes kann mit einem Nebenabtrieb (PTO) verbunden sein, wobei die Antriebswelle 1 durch die als Hohlwellen ausgeführte Sonnenradwellen des Sonnenrades des ersten Planetenradsatzes P1 und des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes P2 geführt ist.
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In 3 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 und 2 dargestellt. Für jeden Gang werden drei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge bzw. Stufensprünge ϕ zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei der Wert 3,465 die Spreizung des Getriebes darstellt. Wie 3 zu entnehmen, wird eine nahezu geometrische Stufung bei kleinen Stufensprüngen realisiert, wodurch sich das Getriebe als Splittergetriebe eignet.
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Die Werte für die Standgetriebeübersetzungen der als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze P1, P2 sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils –1,800 und –3,500, wobei die Übersetzungen der ersten und zweiten Stirnradstufe S1, S2 jeweils 1,555 und 1,000 betragen. Aus 3 wird ersichtlich, dass für die ersten acht Gänge bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen.
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Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der Bremse B1 und der zweiten und vierten Kupplung K2, K4, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der Bremse B1 und der ersten und vierten Kupplung K1, K4, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung K1, K2, K4, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, vierten und fünften Kupplung K1, K4, K5, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten, vierten und fünften Kupplung K2, K4, K5, der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der Bremse B1 und der zweiten und fünften Kupplung K2, K5, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der Bremse B1 und der ersten und der fünften Kupplung K1, K5 und der achte Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der Bremse B1 und der dritten und fünften Kupplung K3, K5.
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Die acht beschriebenen Vorwärts-Gänge weisen einen nahezu geometrischen Stufensprung auf. Aufgrund des erzielbaren nahezu geometrischen Stufensprungs des Mehrstufengetriebes kann der Antrieb mit dem Abtrieb vertauscht werden, so dass die Antriebswelle 1 als Abtriebswelle 2 dient und umgekehrt. Das Getriebe kann als Splittergetriebe in ein Getriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs integriert werden, um in Kombination mit einem Gruppengetriebe mit hohen Stufensprüngen und optional mit einem Schnellganggetriebe oder mit einem Kriechganggetriebe in beliebiger geometrischer Reihenfolge eine sehr hohe Zahl an Gängen bei hoher Spreizung des Getriebes des landwirtschaftlichen Fahrzeugs zu realisieren.
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Bezugnehmend auf 3 können mit dem erfindungsgemäßen Getriebe zwei zusätzliche Gänge bzw. Übersetzungsverhältnisse realisiert werden, die bei den dem Schaltschema zugrundeliegenden Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze und Übersetzungen der ersten und zweiten Stirnradstufe eine Übersetzung von jeweils 1,000 bzw. 1,555 ergeben. Diese Gänge sind als optional zu betrachten, da sie nicht in einer nahezu geometrischen Stufung des Getriebes resultieren.
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Der erste zusätzliche Gang, der im gezeigten Beispiel als Direktgang ausgeführt ist, ergibt sich durch Schließen der ersten, zweiten und fünften Kupplung K1, K2, K5 oder durch Schließen der ersten, dritten und fünften Kupplung K1, K3, K5 oder durch Schließen der zweiten, dritten und fünften Kupplung K2, K3, K5. Diese Varianten sind im Schaltschema gemäß 3 mit Z1, M1 bzw. M2 bezeichnet.
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Der zweite zusätzliche Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung K2, K3, K4 oder durch Schließen der dritten, vierten und fünften Kupplung K3, K4, K5 oder durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung K1, K3, K4. Diese Varianten sind im Schaltschema gemäß 3 mit M3, M4 bzw. M5 bezeichnet.
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Der Antriebsmotor kann an jeder beliebigen Stelle der Antriebswelle 1 angebracht sein, wobei der Abtrieb an jeder beliebigen Stelle der Abtriebswelle 2 erfolgen kann.
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Die Rückwärtsgänge können beispielsweise mittels eines Wendegetriebes oder einer weiteren, aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr realisiert werden.
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Gemäß der Erfindung ergeben sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.
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Prinzipiell kann auf jeder Welle des erfindungsgemäßen Getriebes eine elektrische Maschine oder eine weitere Antriebsquelle angeordnet werden.
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Ferner ist es möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
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Als Anfahrelement des Getriebes kann ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine zusätzliche Anfahrkupplung, eine integrierte Anfahrkupplung oder Anfahrbremse, eine elektrische Maschine oder eine nach dem Stand der Technik ausgeführte Powerreversier-Einheit dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- Abtriebswelle
- B1
- Bremse
- G
- Gehäuse
- K1
- erste Kupplung
- K2
- zweite Kupplung
- K3
- dritte Kupplung
- K4
- vierte Kupplung
- K5
- fünfte Kupplung
- P1
- erster Planetenradsatz
- P2
- zweiter Planetenradsatz
- S1
- erste Stirnradstufe
- S2
- zweite Stirnradstufe
- ST1
- erstes Stirnrad der ersten Stirnradstufe S1
- ST2
- zweites Stirnrad der ersten Stirnradstufe S1
- ST3
- erstes Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S2
- ST4
- zweites Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S2
- i
- Übersetzung
- ϕ
- Stufensprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0495942 B1 [0004]
- DE 102010063496 [0005, 0006]
