DE102020200988A1

DE102020200988A1 - Power-split continuously variable transmission

Info

Publication number: DE102020200988A1
Application number: DE102020200988.0A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bailly; Jürgen Pohlenz; Rudolf Teufner; Johannes Ziegler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2040-01-29
Also published as: DE102020200988B4

Abstract

Das leistungsverzweigte stufenlose Getriebe ist als eingangsseitig gekoppeltes leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe ausgebildet, welches zwei getrennte Summierungsplanetensätze (7, 12) aufweist, die jeweils von einem gemeinsam genutzten Variator (5) und einer gemeinsamen Getriebeeingangswelle (1) angetrieben werden.The power-split continuously variable transmission is designed as a power-split continuously variable transmission coupled on the input side, which has two separate summation planetary sets (7, 12), each of which is driven by a jointly used variator (5) and a common transmission input shaft (1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Dieses Getriebe kann zur Verwendung in einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einem Traktor oder einem Radlader ausgebildet sind. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Arbeitsmaschine mit solch einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe.The present invention relates to a power-split continuously variable transmission according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. This transmission can be designed for use in a work machine, for example a tractor or a wheel loader. The present invention also relates to a work machine with such a power-split continuously variable transmission.

Leistungsverzweigte stufenlose Getriebe, beispielsweise hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe kommen im Bereich von Arbeitsmaschinen häufig zum Einsatz. Solche hydromechanischen Getriebe ermöglichen das stufenlose Einstellen der Getriebeübersetzung bei relativ hohen Wirkungsgraden, weisen jedoch eine verhältnismäßig geringe Getriebespreizung auf. Unter der Spreizung eines Getriebes wird das Verhältnis zwischen größter und kleinster Übersetzung verstanden. Zur Vergrößerung der Getriebespreizung ist es bekannt, in einem stufenlosen Getriebe mehrere Fahrbereiche vorzusehen, die unterschiedliche Übersetzungsbereiche aufweisen. Ein derartiges Getriebe ist aus der DE 10 2013 220 167 A1 bekannt.Power-split continuously variable transmissions, for example hydrostatic-mechanical power-split transmissions, are often used in the field of work machines. Such hydromechanical transmissions allow the transmission ratio to be continuously adjusted with relatively high degrees of efficiency, but have a relatively low transmission spread. The spread of a gear is understood as the ratio between the largest and smallest translation. To increase the gear ratio spread, it is known to provide several driving ranges in a continuously variable transmission, which have different transmission ranges. Such a transmission is from the DE 10 2013 220 167 A1 famous.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe zu schaffen, welches preisgünstig und flexibel herzustellen ist.The present invention is based on the object of creating a power-split continuously variable transmission which can be manufactured inexpensively and flexibly.

Die Aufgabe wird mit einem auf die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen leistungsverzweigten Getriebe gelöst.The object is achieved with a generic power-split transmission having the characterizing features of the main claim.

Erfindungsgemäß weist das leistungsverzweigte stufenlose Getriebe ein erstes Summierungsgetriebe, welches über einen Variator mit dem Antrieb des Getriebes verbindbar ist und ein weiteres Summierungsgetriebe, welches ebenfalls über diesen Variator mit dem Antrieb verbindbar ist, auf.According to the invention, the power-split continuously variable transmission has a first summation gear, which can be connected to the drive of the transmission via a variator, and a further summation gear, which can also be connected to the drive via this variator.

Dadurch ist es möglich, ein modular aufgebautes synchron schaltendes Getriebe zu schaffen, welches flexibel an die wechselnden Anforderungen anpassbar ist.This makes it possible to create a modular, synchronously shifting transmission that can be flexibly adapted to changing requirements.

Bei einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe ist die Übersetzung stufenlos einstellbar. Bei der Leistungsverzweigung kann es sich beispielsweise um eine hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigung handeln. Alternativ oder zusätzlich ist eine elektrisch-mechanische Leistungsverzweigung denkbar. Das Getriebe umfasst einen Antrieb, an die die zu übersetzende Größe in das Getriebe eingespeist wird. Ebenso umfasst das Getriebe einen Abtrieb, an dem die durch das Getriebe übersetzte Größe ausgegeben wird. Der Antrieb kann mit einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor oder einem elektrischen Motor oder einem hydraulischen Motor verbunden werden. Der Antrieb kann mittelbar oder unmittelbar mit einer Antriebsachse zum Antrieb von Fahrzeugrädern verbunden sein.In the case of a power-split continuously variable transmission, the translation is continuously adjustable. The power split can be, for example, a hydrostatic-mechanical power split. Alternatively or additionally, an electrical-mechanical power split is conceivable. The transmission includes a drive to which the variable to be translated is fed into the transmission. The gearbox also includes an output at which the variable translated by the gearbox is output. The drive can be connected to a drive motor, for example an internal combustion engine or an electric motor or a hydraulic motor. The drive can be connected directly or indirectly to a drive axle for driving vehicle wheels.

Das Getriebe der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen Variator. Der Variator kann einen ersten und einen zweiten Energiewandler aufweisen, die miteinander gekoppelt sind und in Wirkverbindung stehen können. Bei einem Energiewandler kann es sich um eine Verstelleinheit, die über eine Steuerung eingestellt werden kann, und bei dem anderen Energiewandler um eine nicht einstellbare Konstanteinheit handeln. Der Variator ist eingerichtet, um eine Übersetzung des Getriebes beispielsweise innerhalb eines Fahrbereichs stufenlos zu variieren. Die Energiewandler des Variators können als hydraulische Maschinen, sogenannte Hydrostaten, oder als elektrische Maschinen ausgebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass die elektrischen Maschinen des Variators über einen Zwischenkreis elektrische Leistung für einen Verbraucher zur Verfügung stellen und elektrische Leistung demnach aus dem Getriebe abführbar ist. In einer Ausführungsform können die elektrischen Maschinen jeweils als Motor und Generator betrieben werden. Ebenso ist es denkbar, dass eine der Maschinen nur als Motor und die andere nur als Generator betreibbar ist. Die Energiewandler können koaxial zum Antrieb des Getriebes ausgebildet und angeordnet sein. Ebenso ist es denkbar, dass sie achsparallel zum Antrieb ausgebildet sind. Der Variator ist mit der Antriebswelle bzw. dem Antrieb wirkverbunden, sodass der Antrieb die erste Verstelleinheit des Variators antreibt. Die Wirkverbindung kann durch direkte Kopplung mit der Antriebswelle oder beispielsweise über ein Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Die zweite Verstelleinheit des Variators ist mit dem Sonnenrad des Summierungsgetriebes und mit dem Sonnenrad des weiteren Summierungsgetriebes in Wirkverbindung. Diese Wirkverbindung kann über ein Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Vorzugsweise befindet sich auf der Welle, welche mit dem Sonnenrad des Summierungsgetriebes in Wirkverbindung steht, ein Stirnrad, welches mit einem Stirnrad kämmt, welches mit dem Sonnenrad des weiteren Summierungsgetriebes in Wirkverbindung steht. Somit ist die Drehrichtung des Sonnenrades des Summierungsgetriebes zur Drehrichtung des Sonnenrades des weiteren Summierungsgetriebes entgegengesetzt. Durch die Gegenläufigkeit der Sonnenräder besteht die Möglichkeit, in Verbindung mit einem Stufengetriebe, beispielsweise einem Doppelkupplungsgetriebe, ein mehrstufiges leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe zu schaffen, welches einen synchronen Bereichswechsel ermöglicht.The transmission of the present invention further includes a variator. The variator can have a first and a second energy converter, which are coupled to one another and can be in operative connection. One energy converter can be an adjustment unit that can be set via a control, and the other energy converter can be a non-adjustable constant unit. The variator is set up to continuously vary a gear ratio of the transmission, for example within a driving range. The energy converters of the variator can be designed as hydraulic machines, so-called hydrostats, or as electrical machines. Furthermore, it is conceivable that the electrical machines of the variator provide electrical power for a consumer via an intermediate circuit and electrical power can accordingly be discharged from the transmission. In one embodiment, the electrical machines can each be operated as a motor and generator. It is also conceivable that one of the machines can only be operated as a motor and the other only as a generator. The energy converters can be designed and arranged coaxially to the drive of the transmission. It is also conceivable that they are formed axially parallel to the drive. The variator is operatively connected to the drive shaft or the drive so that the drive drives the first adjustment unit of the variator. The operative connection can be implemented by direct coupling with the drive shaft or, for example, via a spur gear. The second adjustment unit of the variator is in operative connection with the sun gear of the summation gear and with the sun gear of the further summation gear. This operative connection can be implemented via a spur gear. On the shaft, which is in operative connection with the sun gear of the summation gear, there is preferably a spur gear which meshes with a spur gear which is in operative connection with the sun gear of the further summation gear. Thus, the direction of rotation of the sun gear of the summation gear is opposite to the direction of rotation of the sun gear of the further summation gear. The counter-rotation of the sun gears makes it possible to create a multi-stage, power-split, continuously variable transmission in conjunction with a multi-step transmission, for example a dual clutch transmission, which enables a synchronous range change.

Der Abtrieb des Summierungsgetriebes und der Abtrieb des weiteren Summierungsgetriebes wirkt mit einem Stufengetriebe zusammen, mittels welchem mehrere Fahrbereiche schaltbar sind, wobei die Stufengetriebe den Summierungsgetrieben nachgeschaltet angeordnet sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Variator in seiner Leistung kleiner auszuführen, welches den Gesamtwirkungsgrad erhöht. Durch die synchronen Bereichswechsel besteht die Möglichkeit, die nachgeschalteten Stufengetriebe beispielsweise als Doppelkupplungsgetriebe zu nutzen.The output of the summing gear and the output of the further summing gear cooperate with a multi-step gear, by means of which several driving ranges can be switched, the multi-step gear being arranged downstream of the summing gear. This makes it possible to make the variator smaller in terms of its output, which increases the overall efficiency. The synchronous range change enables the downstream multi-step transmission to be used, for example, as a dual clutch transmission.

Die Stufengetriebe können formschlüssige oder kraftschlüssige Kupplungen aufweisen, um die Fahrbereiche zu schalten. Es ist vorteilhaft, formschlüssige und kraftschlüssige Kupplungen zu kombinieren, um die Schleppverluste der Reibschlüssigen Kupplungen zu reduzieren. Hierbei können die formschlüssigen Kupplungen in solchen Fahrbereichen eingesetzt werden, bei welchen besonders hohe Schleppverluste bei kraftschlüssigen Kupplungen entstehen würden. Die verbleibenden Kupplungen können dann als kraftschlüssige Kupplungen ausgebildet werden.The multi-step transmissions can have positive or non-positive clutches in order to switch the driving ranges. It is advantageous to combine form-locking and force-locking clutches in order to reduce the drag losses of the friction-locked clutches. Here, the form-fit clutches can be used in driving areas in which particularly high drag losses would arise with force-fit clutches. The remaining clutches can then be designed as non-positive clutches.

Außerhalb der Getriebeeinheit der vorliegenden Erfindung können weitere Wellen beispielsweise an den Antrieb, den Abtrieb oder eine Zapfwelle des Getriebes der vorliegenden Erfindung angebunden werden. Die Summierungsgetriebe sind als Planetenradsätze ausgebildet und weisen jeweils mindestens ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad auf, wobei auf den jeweiligen Planetenträgern jeweils mindestens ein, beispielsweise drei Planetenräder drehbar gelagert sind, welche mit dem jeweiligen Sonnenrad und dem jeweiligen Hohlrad kämmen. Die Planetenräder können je nach Anforderung auch als Doppelplanetenrad oder als Einfachplanetenrad ausgebildet sein.Outside the transmission unit of the present invention, further shafts can be connected, for example, to the drive, the output or a power take-off shaft of the transmission of the present invention. The summation gears are designed as planetary gear sets and each have at least one sun gear, one planet carrier and one ring gear, with at least one, for example three planet gears being rotatably mounted on the respective planet carriers, which mesh with the respective sun gear and the respective ring gear. The planetary gears can also be designed as a double planetary gear or as a single planetary gear, depending on the requirements.

Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Zwischen den Elementen können dabei weitere Elemente, beispielsweise eine oder mehrere Getriebestufen vorgesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird hingegen eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elementen zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen des Getriebes starr miteinander gekoppelt sind. Die Elemente können dabei als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen.If two elements are mechanically operatively connected, they are directly or indirectly coupled to one another in such a way that a movement of one element causes a reaction of the other element. Further elements, for example one or more gear stages, can be provided between the elements. In contrast, a permanently rotationally fixed connection of two elements is understood to mean a connection in which the two elements are rigidly coupled to one another for all intended states of the transmission. The elements can be present as non-rotatably interconnected individual components or in one piece.

Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen des Getriebes vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander verbunden, jedoch über das Schaltelement drehfest miteinander verbindbar. Eine drehfeste Kopplung wird erst durch Betätigung des zwischenliegenden Schaltelements herbeigeführt. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements, dass dieses in einen geschlossenen Zustand überführt wird, sodass die an das Schaltelement unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angeglichen werden. Ist das betroffene Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleichen Drehzahl laufen. Im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements können auch nach einem Betätigen desselben Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente bezeichnet.If, on the other hand, a shift element is provided between two components of the transmission, these components are not permanently connected to one another in a rotationally fixed manner, but can be connected to one another in a rotationally fixed manner via the shift element. A non-rotatable coupling is only brought about by actuating the switching element located between them. Actuation of the switching element means that it is brought into a closed state, so that the rotational movements of the components directly coupled to the switching element are matched to one another. If the shifting element concerned is designed as a form-fitting shifting element, the components connected directly to one another in a rotationally fixed manner will run at the same speed. In the case of a non-positive switching element, there may be speed differences between the components even after the same has been actuated. This desired or unwanted state is nevertheless referred to in the context of the invention as a non-rotatable connection of the respective components.

Das leistungsverzweigte stufenlose Getriebe der vorliegenden Erfindung ist ausgebildet, um vier verschiedene Fahrbereiche in Vorwärtsfahrtrichtung bereitzustellen. Die Fahrbereiche in Vorwärtsfahrtrichtung können durch Betätigen einer Rückwärtsfahrtkupplung bzw. deren Schaltelements in ihrer Drehrichtung umgekehrt werden, sodass vier Fahrbereiche in Rückwärtsfahrtrichtung vorliegen.The split-power continuously variable transmission of the present invention is designed to provide four different driving ranges in the forward direction of travel. The driving ranges in the forward driving direction can be reversed in their direction of rotation by actuating a reverse driving clutch or its switching element, so that there are four driving ranges in the reverse driving direction.

Unter einem Fahrbereich des Getriebes kann ein Zustand verstanden werden, bei dem ein festes mechanisches Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb des Getriebes vorliegt, wobei die Übersetzung des Getriebes innerhalb des Fahrbereichs durch den Variator stufenlos variiert werden kann. Das Getriebe der vorliegenden Erfindung weist eine geringe Komplexität mit relativ wenigen Schaltelementen und Planetenradsätzen bei gleichzeitig hoher Getriebespreizung und einer hohen Flexibilität auf. Insbesondere besteht durch die Verwendung eines Summierungsgetriebes und eines weiteren Summierungsgetriebes die Möglichkeit, Gleichteile zu verwenden. Die große Getriebespreizung erlaubt eine hohe Einsatzvariabilität bei geringen Belastungen. Ferner kann so ein kleiner Variator verwendet werden, was in geringen Kosten und einer Bauraumeinsparung, insbesondere aber einem besseren Wirkungsgrad resultiert. Die Wechsel zwischen den unterschiedlichen Fahrbereichen können synchron erfolgen.A driving range of the transmission can be understood to mean a state in which there is a fixed mechanical transmission ratio between the input and output of the transmission, the transmission of the transmission being continuously variable within the driving range by the variator. The transmission of the present invention has a low complexity with relatively few shifting elements and planetary gear sets with a high gear ratio spread and a high degree of flexibility. In particular, the use of a summing gear and a further summing gear makes it possible to use identical parts. The large gear ratio spread allows a high degree of versatility in use with low loads. Furthermore, such a small variator can be used, which results in low costs and a saving in installation space, but in particular a better degree of efficiency. The change between the different driving areas can take place synchronously.

Alle Schaltelemente des Getriebes der vorliegenden Erfindung können als reibschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Lamellenschaltelemente, ausgebildet sein. Denkbar ist dabei, dass der erste Fahrbereich immer über ein reibschlüssiges Schaltelement verbindbar ist und der zweite, dritte und vierte Fahrbereich über ein formschlüssiges Schaltelement mit seiner Welle verbindbar ist, und diese Welle über ein reibschlüssiges Schaltelement mit dem jeweiligen Summierungsgetriebe verbindbar ist. Denkbar ist hierbei, dass das reibschlüssige Schaltelement des ersten Fahrbereichs koaxial zum formschlüssigen Schaltelement des dritten Fahrbereichs und des Rückwärtsfahrbereichs angeordnet ist und das reibschlüssige Schaltelement des weiteren Summierungsgetriebes koaxial zum formschlüssigen Schaltelement des zweiten und des vierten Fahrbereichs angeordnet ist. Das formschlüssige Schaltelement kann beispielsweise als Klauen oder Synchronisierung ausgebildet sein. Unter einer Synchronisierung wird eine formschlüssige Kupplung zwischen zwei Wellen verstanden, bei welcher die Wellen vor Herstellung der formschlüssigen Verbindung in Gleichlauf gebracht, also synchronisiert werden.All shifting elements of the transmission of the present invention can be designed as frictional shifting elements, for example multi-leaf shifting elements. It is conceivable that the first driving range can always be connected via a frictional shifting element and the second, third and fourth driving range can be connected to its shaft using a positive shifting element, and this shaft can be connected to the respective summing gear via a frictional shifting element is connectable. It is conceivable here that the frictional shifting element of the first driving range is arranged coaxially to the positive shifting element of the third driving range and the reverse driving range and the frictional shifting element of the further summing gear is arranged coaxially to the positive shifting element of the second and fourth driving range. The interlocking switching element can be designed, for example, as claws or synchronizers. A synchronization is understood to mean a positive coupling between two shafts, in which the shafts are brought into synchronism, that is to say synchronized, before the positive connection is established.

Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso bezieht sich die Erfindung ferner auf eine Arbeitsmaschine mit solch einem Antriebsstrang. Die Arbeitsmaschine kann eine Landmaschine oder eine Baumaschine sein. Beispielsweise ist eine Arbeitsmaschine ein Akkuschlepper.In addition, the present invention relates to a drive train for a work machine with a power-split continuously variable transmission according to one of the described embodiments. The invention also relates to a work machine with such a drive train. The work machine can be an agricultural machine or a construction machine. For example, a work machine is a battery-powered tractor.

Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.Further features can be found in the description of the figures.

Es zeigen:

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Show it:

1 shows a schematic view of a transmission according to a first embodiment of the present invention;
2 shows a schematic view of a transmission according to a second embodiment of the present invention;
3 shows a schematic view of a transmission according to a third embodiment of the present invention.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Getriebe umfasst einen Antrieb 1 und einen Abtrieb 2, die achsparallel zueinander vorgesehen sind. Der Getriebeantrieb 1 kann mit einem Verbrennungsmotor 3 mechanisch wirkverbunden sein. Der Getriebeabtrieb 2 kann mit nicht dargestellten Rädern beispielsweise über ein Differenzial mechanisch wirkverbunden sein. Das Getriebe der vorliegenden Ausführungsform ist geeignet, um in einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Landmaschine, wie einem Traktor, verwendet zu werden. 1 shows a schematic view of a transmission according to the first embodiment of the present invention. The transmission includes a drive 1 and a downforce 2 , which are provided axially parallel to one another. The gear drive 1 can with an internal combustion engine 3 be mechanically operatively connected. The gearbox output 2 can be mechanically operatively connected to wheels, not shown, for example via a differential. The transmission of the present embodiment is suitable for use in a work machine such as an agricultural machine such as a tractor.

Das Getriebe umfasst ferner ein Stirnradgetriebe 4, welches mit dem Variator 5 wirkverbunden ist. Der Variator 5 ist beabstandet zum Antrieb 1 angeordnet. Der Variator 5 ist mit dem Sonnenrad 6 des Summierungsgetriebes 7 wirkverbunden. Der Planetenträger 8 ist über ein Stirnradgetriebe 9 mit dem Antrieb 1 wirkverbunden. Der Variator 5 ist über das Stirnradgetriebe 10 mit dem Sonnenrad 11 des weiteren Summierungsgetriebes 12 wirkverbunden. Der Planetenträger 13 des Summierungsgetriebes 12 ist über das Stirnradgetriebe 9 mit dem Antrieb 1 wirkverbunden. Die Planeten 14 kämmen mit dem Sonnenrad 6 und dem Hohlrad 15. Durch die Verwendung eines Summierungsgetriebes 7 und eines weiteren Summierungsgetriebes 12 besteht die Möglichkeit, die Summierungsgetriebe 7 und 12 mit vielen Gleichteilen auszubilden. Das Hohlrad 15 ist mit der Kupplung 18 wirkverbunden, welche als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist. Das Hohlrad 17 ist mit der Kupplung 19 wirkverbunden, welche als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist. Die Kupplung 18 ist als Doppelkupplung ausgebildet, welches bedeutet, dass beim Schließen eines Teils der Kupplung 18 nur das Rad 20 mit dem Hohlrad 15 drehfest verbunden wird. Die Welle 21 hierbei nicht drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden. Wird der andere Teil der Kupplung 18 betätigt, so ist die Welle 21 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden und das Rad 20 ist nicht mit dem Hohlrad 15 verbunden. Beim Betätigen der Kupplung 19 wird das Hohlrad 17 drehfest mit der Welle 22 verbunden. Die formschlüssige Kupplung 23 verbindet in ihrer ersten Schaltstellung die Welle 21 mit dem Rad 24 und in ihrer zweiten Schaltstellung die Welle 21 mit dem Rad 25 und in ihrer Mittelstellung ist die Welle 21 weder mit dem Rad 24 noch mit dem Rad 25 verbunden. Die Kupplung 26 verbindet in ihrer ersten Schaltstellung die Welle 22 mit dem Rad 27 und in ihrer zweiten Schaltstellung die Welle 22 mit dem Rad 28. Zwischen dem Rad 25 und dem Abtrieb 2 befindet sich ein Zwischenrad 29, wodurch ein Rückwärtsgang schaltbar ist. Das Rad 25 wird deshalb auch als Rückwärtsgangrad bezeichnet.The transmission also includes a spur gear 4th , which with the variator 5 is effectively connected. The variator 5 is spaced from the drive 1 arranged. The variator 5 is with the sun gear 6th of the summation gear 7th effectively connected. The planet carrier 8th is via a spur gear 9 with the drive 1 effectively connected. The variator 5 is about the spur gear 10 with the sun gear 11 of the further summing gear 12th effectively connected. The planet carrier 13th of the summation gear 12th is about the spur gear 9 with the drive 1 effectively connected. The planets 14th mesh with the sun gear 6th and the ring gear 15th . By using a summing gear 7th and another summing gear 12th there is the possibility of the summing gear 7th and 12th to be trained with many identical parts. The ring gear 15th is with the clutch 18th operatively connected, which is designed as a frictional coupling. The ring gear 17th is with the clutch 19th operatively connected, which is designed as a frictional coupling. The coupling 18th is designed as a double clutch, which means that when closing part of the clutch 18th just the wheel 20th with the ring gear 15th is rotatably connected. The wave 21 not rotatably with the ring gear 15th connected. Will be the other part of the clutch 18th actuated, so is the shaft 21 non-rotatably with the ring gear 15th connected and the wheel 20th is not with the ring gear 15th connected. When actuating the clutch 19th becomes the ring gear 17th non-rotatably with the shaft 22nd connected. The positive coupling 23 connects the shaft in its first switch position 21 with the wheel 24 and in its second switching position the shaft 21 with the wheel 25th and in its middle position is the shaft 21 neither by bike 24 still with the bike 25th connected. The coupling 26th connects the shaft in its first switch position 22nd with the wheel 27 and in its second switching position the shaft 22nd with the wheel 28 . Between the wheel 25th and the downforce 2 there is an intermediate gear 29 , whereby a reverse gear can be switched. The wheel 25th is therefore also referred to as a reverse gear.

Um einen ersten Fahrbereich zu schalten, wird die Kupplung 18 so betätigt, dass das Rad 20 drehfest mit dem Hohlrad 15 verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 über das Rad 20 mit dem Hohlrad 15 verbunden. Die Kupplung 26 und/oder die Kupplung 19 und die Kupplung 23 sind so geschaltet, dass diese im Öffnungssinne betätigt sind. Dabei ist die Kupplung 23 und 26 in ihrer Mittelstellung und die Kupplung 19 im Öffnungssinne betätigt. Auch der zweite Teil der Kupplung 18 ist im Öffnungssinne betätigt. Ist ein zweiter Fahrbereich geschaltet, so ist die Kupplung 19 im Schließsinne betätigt und die Kupplung 26 ist so geschaltet, dass das Rad 27 mit dem Hohlrad 17 drehfest verbunden ist. Dadurch ist der Abtrieb 2 mit dem Hohlrad 17 drehfest verbunden. Die anderen Kupplungen sind wieder im Öffnungssinne betätigt. Da der Bereichswechsel synchron erfolgt, besteht auch die Möglichkeit, die Kupplung 26 bereits vorab zu betätigen und beim Umschalten vom ersten Fahrbereich in den zweiten Fahrbereich ausschließlich die Kupplung 18 und die Kupplung 19 zu aktivieren. Der dritte Fahrbereich wird geschaltet, indem der zweite Teil der Kupplung 18 betätigt wird und die Kupplung 23 so geschaltet ist, dass das Rad 24 mit dem Hohlrad 15 wirkverbunden ist. Die anderen Kupplungen sind wieder im Öffnungssinne betätigt. Dadurch ist der Abtrieb 2 mit dem Hohlrad 15 über das Rad 24 verbunden. Der vierte Fahrbereich ist geschaltet, indem die Kupplung 26 so geschaltet ist, dass das Rad 28 mit dem Hohlrad 17 wirkverbunden ist, indem die Kupplung 19 im Schließsinne betätigt ist. Der Abtrieb 2 ist somit über das Rad 28 mit dem Hohlrad 17 wirkverbunden.In order to shift a first driving range, the clutch 18th operated so that the wheel 20th non-rotatably with the ring gear 15th connected is. This is the downforce 2 about the wheel 20th with the ring gear 15th connected. The coupling 26th and / or the clutch 19th and the clutch 23 are switched in such a way that they are actuated in the opening direction. Here is the clutch 23 and 26th in their middle position and the clutch 19th actuated in the opening direction. Also the second part of the clutch 18th is actuated in the opening direction. If a second driving range is engaged, the clutch is activated 19th actuated in the closing direction and the clutch 26th is switched so that the wheel 27 with the ring gear 17th is rotatably connected. This is the downforce 2 with the ring gear 17th non-rotatably connected. The other clutches are operated in the opening direction again. Since the range change takes place synchronously, there is also the option of using the clutch 26th to be operated in advance and only the clutch when switching from the first driving range to the second driving range 18th and the clutch 19th to activate. The third driving range is switched by the second part of the clutch 18th is operated and the clutch 23 is switched so that the wheel 24 with the ring gear 15th is effectively connected. The other clutches are operated in the opening direction again. This is the downforce 2 with the ring gear 15th about the wheel 24 connected. The fourth driving range is switched by the clutch 26th is switched so that the wheel 28 with the ring gear 17th is operatively connected by the clutch 19th is actuated in the closing direction. The downforce 2 is thus about the wheel 28 with the ring gear 17th effectively connected.

Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei sich die 2 von der 1 dadurch unterscheidet, dass das Stirnradgetriebe 9 beim Summierungsgetriebe 7 mit dem Hohlrad 15 drehfest verbunden ist und der Planetenträger 8 einen ersten Ausgang oder Abtrieb des Summierungsgetriebes 7 bildet und das Sonnenrad 31 einen zweiten Abtrieb oder Ausgang des Summierungsgetriebes 7 bildet. Da nun zwei Sonnenräder, nämlich das Sonnenrad 6 und das Sonnenrad 31, im Summierungsgetriebe vorhanden sind, ist das Planetenrad 14 als Doppelplanetenrad ausgebildet, wobei es einerseits mit dem Sonnenrad 6, dem Sonnenrad 31 und andererseits mit dem Hohlrad 15 kämmt. Das Stufengetriebe 30 ist schematisch dargestellt und kann ähnlich oder gleich aufgebaut sein, wie das Stufengetriebe der 1 oder 3.the 2 shows a second embodiment of the invention, wherein the 2 of the 1 differs in that the spur gear 9 with the summation gear 7th with the ring gear 15th Is rotatably connected and the planet carrier 8th a first output or output of the summing gear 7th forms and the sun gear 31 a second output or output of the summing gear 7th forms. There are now two sun gears, namely the sun gear 6th and the sun gear 31 , are present in the summation gear, is the planetary gear 14th designed as a double planetary gear, on the one hand with the sun gear 6th , the sun gear 31 and on the other hand with the ring gear 15th combs. The multi-step transmission 30th is shown schematically and can be constructed similarly or identically as the multi-step transmission of the 1 or 3 .

Die 3 unterscheidet sich von der 1 dadurch, dass das Rad 20 über die Kupplung 18 mit dem Hohlrad 15 verbindbar ist und das Rad 24 über die Kupplung 32 mit dem Hohlrad 15 verbindbar ist und das Rad 25 über die Kupplung 33 mit dem Hohlrad 15 verbindbar ist und das Rad 27 über die Kupplung 19 mit dem Hohlrad 17 verbindbar ist und das Rad 28 über die Kupplung 34 mit dem Hohlrad 17 verbindbar ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, alle vier Fahrbereiche sowie den Rückwärtsfahrbereich über reibschlüssige Kupplungen darzustellen. Der erste Fahrbereich wird somit wieder durch das Betätigen der Kupplung 18 durchgeführt, der zweite Fahrbereich wird durch das Betätigen der Kupplung 19 durchgeführt, der dritte Fahrbereich wird durch das Betätigen der Kupplung 32 durchgeführt und der vierte Fahrbereich wird durch das Betätigen der Kupplung 34 durchgeführt. Um in den Rückwärtsfahrmodus zu gelangen, wird die Kupplung 33 betätigt.the 3 differs from that 1 by the fact that the wheel 20th about the clutch 18th with the ring gear 15th is connectable and the wheel 24 about the clutch 32 with the ring gear 15th is connectable and the wheel 25th about the clutch 33 with the ring gear 15th is connectable and the wheel 27 about the clutch 19th with the ring gear 17th is connectable and the wheel 28 about the clutch 34 with the ring gear 17th is connectable. This makes it possible to display all four driving ranges as well as the reverse driving range via frictional clutches. The first driving range is thus activated again by actuating the clutch 18th carried out, the second driving range is activated by actuating the clutch 19th carried out, the third driving range is activated by actuating the clutch 32 carried out and the fourth driving range is activated by actuating the clutch 34 carried out. To get into the reverse mode, the clutch is 33 actuated.

Durch die in den 1 bis 3 dargestellten Varianten sowie in der Beschreibung ausgeführten Lösungen wird ein eingangsseitig gekoppeltes leistungsverzweigtes Stufenlosgetriebe geschaffen, das zwei getrennte Summierungsplanetensätze aufweist, die jeweils von einem gemeinsam genutzten Variator und einer gemeinsamen Getriebeeingangswelle angetrieben werden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe weist somit zwei Leistungspfade auf, deren getrennte Komponenten und Übersetzungsstufen jeweils unabhängig voneinander gestaltet und ausgelegt werden können. Dadurch ist es möglich, jeweils den gleichen schematischen Aufbau unter Verwendung identischer einfacher Bauteile, sogenannter modularer Aufbau zu verwirklichen, da der Leistungsfluss in zwei parallele unabhängige stufenlos leistungsverzweigte Pfade aufgespalten ist.Through the in the 1 until 3 The variants shown as well as the solutions detailed in the description create a power-split continuously variable transmission coupled on the input side, which has two separate summation planetary sets, which are each driven by a jointly used variator and a common transmission input shaft. The power split transmission thus has two power paths, the separate components and gear ratios of which can each be designed and designed independently of one another. This makes it possible to implement the same schematic structure in each case using identical simple components, a so-called modular structure, since the power flow is split into two parallel, independent, steplessly power-branched paths.

Die Ankopplung der Summierungsplanetengetriebe an den einzigen Variator geschieht derart, dass die Übersetzungseinstellung des gemeinsam genutzten Variators zu Abtriebsdrehzahlen an den Summierungsplanetensätzen führt, die für die Aufsummierung auf eine gemeinsame Abtriebswelle des Getriebes geeignet ist. Die aktuelle Übersetzung des Variators führt jeweils zu einer hohen und zu einer niedrigen Drehzahl an den Abtriebswellen der Summierungsplanetengetriebesätze.The coupling of the summation planetary gear to the single variator is done in such a way that the gear ratio setting of the jointly used variator leads to output speeds at the summation planetary sets that are suitable for summing up on a common output shaft of the gearbox. The current ratio of the variator leads to a high and a low speed on the output shafts of the summation planetary gear sets.

Die getrennten Leistungspfade werden durch ein Stufengetriebe, welches beispielsweise Doppekupplungsgetriebel oder eine beliebige andere Bauausführung aufweisen kann, ausgeführt ist, auf eine Abtriebswelle zusammengeführt. Die Ankopplung des Stufengetriebes an die Abtriebswellen der Summierungsplanetengetriebesätze erfolgt durch kraftschlüssige Kupplungen, beispielsweise Lamellenkupplungen. Es können sowohl mehrere Vorwärts- als auch Rückwärtsfahrbereiche des Getriebes dargestellt werden. Der Antrieb der Summierungsplanetensätze und des nachgeschalteten Stufengetriebes ist derart ausgelegt, dass der Bereichswechsel im Stufengetriebe bei synchroner Drehzahl der beteiligten Bereichskupplungen erfolgt.The separate power paths are brought together on an output shaft by means of a multi-step transmission, which, for example, can have a double clutch transmission or any other design. The multi-step transmission is coupled to the output shafts of the summation planetary gear sets by means of non-positive clutches, for example multi-disc clutches. Several forward and reverse travel ranges of the transmission can be displayed. The drive of the summation planetary sets and the downstream multi-step transmission is designed in such a way that the range change in the multi-step transmission takes place at a synchronous speed of the range clutches involved.

Die gedrehte Spreizung des leistungsverzweigten stufenlosen Getriebes kann durch Anpassung der Übersetzung der Stirnradstufen des Stufengetriebes einfach verändert werden. Anpassungen im Leistungsverzweigungsteil des Getriebes sind nicht notwendig.The rotated spread of the power-split continuously variable transmission can easily be changed by adapting the translation of the spur gear stages of the multi-step transmission. Adjustments in the power split section of the transmission are not necessary.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Antriebdrive
22: AbtriebDownforce
33: VerbrennungsmotorInternal combustion engine
44th: StirnradgetriebeSpur gears
55: VariatorVariator
66th: SonnenradSun gear
77th: SummierungsgetriebeSumming gear
88th: PlanetenträgerPlanet carrier
99: StirnradgetriebeSpur gears
1010: StirnradgetriebeSpur gears
1111: SonnenradSun gear
1212th: SummierungsgetriebeSumming gear
1313th: PlanetenträgerPlanet carrier
1414th: PlanetenPlanets
1515th: HohlradRing gear
1616: PlanetenPlanets
1717th: HohlradRing gear
1818th: Kupplungcoupling
1919th: Kupplungcoupling
2020th: Radwheel
2121st: Wellewave
2222nd: Wellewave
2323: Kupplungcoupling
2424: Radwheel
2525th: Radwheel
2626th: Kupplungcoupling
2727: Radwheel
2828: Radwheel
2929: ZwischenradIntermediate gear
3030th: StufengetriebeMulti-step transmission
3131: SonnenradSun gear
3232: Kupplungcoupling
3333: Kupplungcoupling
3434: Kupplungcoupling

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013220167 A1 [0002]DE 102013220167 A1 [0002]

Claims

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe mit einem Antrieb (1), einem Abtrieb (2), einem Summierungsgetriebe (7), welches als Planetenradsatz ausgebildet ist, sowie einem Variator (5), wobei das Summierungsgetriebe (7) jeweils mindestens ein Sonnenrad (6), einen Planetenträger (8) und ein Hohlrad (15) aufweist, wobei der Planetenträger (8) mindestens ein Planetenrad (14) aufweist, das mit dem Sonnenrad (6) und dem Hohlrad (15) des Summierungsgetriebes (7) kämmt, wobei das Sonnenrad (6) des Summierungsgetriebes (7) mit dem Antrieb (1) über den Variator (5) mechanisch wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das leistungsverzweigte stufenlose Getriebe ein weiteres Summierungsgetriebe (12) aufweist, wobei dieses als Planetenradsatz ausgebildet ist, wobei das weitere Summierungsgetriebe (12) jeweils mindestens ein Sonnenrad (11), einen Planetenträger (13) und ein Hohlrad (17) aufweist, wobei der Planetenträger (13) mindestens ein Planetenrad (16) aufweist, das mit dem Sonnenrad (11) und dem Hohlrad (17) des weiteren Summierungsgetriebes (12) kämmt, wobei das Sonnenrad (11) des weiteren Summierungsgetriebes (17) mit dem Antrieb (1) über den Variator (5) mechanisch wirkverbunden ist.Power-split continuously variable transmission with a drive (1), an output (2), a summing gear (7), which is designed as a planetary gear set, and a variator (5), the summing gear (7) each having at least one sun gear (6), one Planet carrier (8) and a ring gear (15), the planet carrier (8) having at least one planet gear (14) which meshes with the sun gear (6) and the ring gear (15) of the summation gear (7), the sun gear ( 6) of the summing gear (7) is mechanically operatively connected to the drive (1) via the variator (5), characterized in that the power-split continuously variable transmission has a further summing gear (12), this being designed as a planetary gear set, the further summing gear (12) each has at least one sun gear (11), a planet carrier (13) and a ring gear (17), the planet carrier (13) having at least one planet gear (16) which is connected to the sun gear (1 1) and the ring gear (17) of the further summing gear (12) meshes, the sun gear (11) of the further summing gear (17) being mechanically operatively connected to the drive (1) via the variator (5).

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (15) des Summierungsgetriebes (7) mit dem Abtrieb (2) über ein Schaltelement (18, 19, 32, 33, 34) mechanisch wirkverbindbar ist und das Hohlrad (17) des weiteren Summierungsgetriebes (12) mit dem Abtrieb (2) über ein Schaltelement (18, 19, 32, 33, 34) mechanisch wirkverbindbar ist.Power-split continuously variable transmission according to Claim 1 , characterized in that the ring gear (15) of the summation gear (7) can be mechanically operatively connected to the output (2) via a switching element (18, 19, 32, 33, 34) and the ring gear (17) of the further summation gear (12) can be mechanically operatively connected to the output (2) via a switching element (18, 19, 32, 33, 34).

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (15) des Summierungsgetriebes (7) mit dem Antrieb (1) mechanisch wirkverbunden ist und das Hohlrad (17) des weiteren Summierungsgetriebes (12) mit dem Abtrieb (2) über ein Schaltelement (18, 19, 32, 33, 34) mechanisch wirkverbindbar ist.Power-split continuously variable transmission according to Claim 1 , characterized in that the ring gear (15) of the summation gear (7) is mechanically operatively connected to the drive (1) and the ring gear (17) of the further summation gear (12) with the output (2) via a switching element (18, 19, 32, 33, 34) can be effectively connected mechanically.

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (15) des Summierungsgetriebes (7) mit dem Antrieb (1) über ein Stirnradgetriebe (9) wirkverbunden ist.Power-split continuously variable transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the planet carrier (15) of the summation gear (7) is operatively connected to the drive (1) via a spur gear (9).

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (13) des weiteren Summierungsgetriebes (12) mit dem Antrieb (2) wirkverbunden ist.Power-split continuously variable transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the planet carrier (13) of the further summing gear (12) is operatively connected to the drive (2).

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsgetriebe (7) zwei Sonnenräder (6, 31) und mindestens ein Planetenrad (14) aufweist, welches als Doppelplanetenrad ausgebildet ist, wobei ein Sonnenrad (6) über den Variator (5) mit dem Antrieb (1) wirkverbunden ist und das andere Sonnenrad (31) mit dem Abtrieb (2) wirkverbindbar ist.Power-split continuously variable transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the summing gear (7) has two sun gears (6, 31) and at least one planet gear (14) which is designed as a double planet gear, with a sun gear (6) via the variator ( 5) is operatively connected to the drive (1) and the other sun gear (31) can be operatively connected to the output (2).

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Fahrbereich und ein dritter Fahrbereich über Schaltelemente (18, 23) schaltbar sind, welche koaxial zum Sonnenrad (6) des Summierungsgetriebes (7) angeordnet sind.Power-split continuously variable transmission according to Claim 1 , characterized in that a first driving range and a third driving range can be switched via switching elements (18, 23) which are arranged coaxially to the sun gear (6) of the summation gear (7).

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Fahrbereich und ein vierter Fahrbereich über Schaltelemente (19, 26) schaltbar sind, welche koaxial zum Sonnenrad (11) des weiteren Summierungsgetriebes (12) angeordnet sind.Power-split continuously variable transmission according to Claim 1 , characterized in that a second driving range and a fourth driving range can be switched via switching elements (19, 26) which are arranged coaxially to the sun gear (11) of the further summing gear (12).

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (6) des Summierungsgetriebes (7) koaxial zum Variator (5) angeordnet ist.Power-split continuously variable transmission according to Claim 1 , characterized in that the sun gear (6) of the summation gear (7) is arranged coaxially to the variator (5).

Leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsgetriebe (7) und das weitere Summierungsgetriebe (12) beabstandet zum Antrieb (1) angeordnet sind.Power-split continuously variable transmission according to Claim 1 , characterized in that the summation gear (7) and the further summation gear (12) are arranged at a distance from the drive (1).

Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Working machine with a power-split continuously variable transmission according to one of the Claims 1 until 9 .