DE10260180A1

DE10260180A1 - Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe

Info

Publication number: DE10260180A1
Application number: DE2002160180
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Gumpoltsberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Es wird ein stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe (1) mit mindestens zwei jeweils in einem Leistungszweig (7, 8) angeordneten Teilgetrieben (2, 3) und mit wenigstens einem Planetensatz (4) vorgeschlagen, bei dem zwischen zwei Wellen des Planetensatzes (4), die mit den Teilgetrieben (2, 3) verbunden sind, ein stufenloses Getriebeelement (9) angeordnet ist und zur Darstellung eines Übersetzungsbereiches einer Gesamtübersetzung jeweils ein Teilgetriebe (2, 3) mit einer Teilübersetzung in einen Leistungsfluß des Getriebes (1) zuschaltbar ist. Ein Teil des Leistungsflusses ist von dem jeweils zugeschalteten Teilgetriebe (2, 3) auf die damit verbundene Welle führbar und der restliche Teil des Leistungsflusses ist über das stufenlose Getriebeelement (9) auf die zweite mit dem jeweils abgeschalteten Teilgetriebe (2, 3) verbundene Welle führbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe mit mindestens zwei jeweils in einem Leistungszweig angeordneten Teilgetrieben und mit wenigstens einem Planetensatz.

Aus der DE 197 55 664 A1 ist ein stufenloses Getriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einer als Doppelplanetenradsatz ausgeführten Vorwärts-/Rückwärts-Steuereinrichtung bekannt. Über eine Drehzahlwähleinrichtung ist jeweils ein Untersetzungs- oder ein Übersetzungsbereich einstellbar, der jeweils durch eine bestimmte Teilübersetzung einer Stirnradstufe gekennzeichnet ist. Ein stufenlos variierbares Getriebeelement ist mit einem Ende einer ersten Abtriebswelle verbunden. Das andere Ende der ersten Abtriebswelle ist mit einem Planetenträger der Vorwärts-/Rückwärts-Steuereinrichtung verbunden. Des weiteren ist das stufenlos variierbare bzw. stufenlose Getriebeelement mit einer zweiten Abtriebswelle verbunden, die in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Antriebswelle angeordnet ist.

Die Übersetzungsbereiche des stufenlosen Getriebes werden jeweils durch eine stufenlose Übersetzungsänderung ausgehend von einer Ausgangsübersetzung in Richtung einer Endübersetzung, d. h. von einer oberen oder einer unteren Übersetzung in Richtung einer unteren bzw. einer oberen Übersetzung, des stufenlosen Getriebeelementes durchfahren.

Dieses bekannte stufenlose Getriebe hat den Nachteil, daß eine Umschaltung in der Drehzahlwähleinrichtung von dem Untersetzungsbereich in den Übersetzungsbereich oder von dem Übersetzungsbereich in den Untersetzungsbereich durch eine lange Schaltzeit gekennzeichnet ist. Dies resultiert daraus, daß das stufenlose Getriebeelement, welches in den beiden Übersetzungsbereichen des stufenlosen Getriebes jeweils von der Ausgangsübersetzung in Richtung der Endübersetzung verstellt wird, vor dem Umschalten in einen neuen Übersetzungsbereich zunächst von seiner Endübersetzung in seine Ausgangsübersetzung „zurückverstellt" werden muß.

Das Zurücksetzen des stufenlosen Getriebeelementes in seine Ausgangsübersetzung ist erforderlich, da andernfalls eine Änderung der Gesamtübersetzung des stufenlosen Getriebes über das stufenlose Getriebeelement nicht mehr durchführbar wäre. Dieses Rücksetzen des stufenlosen Getriebeelementes nach dem Abschalten der Stirnradstufe des einen Übersetzungsbereiches und vor dem Zuschalten des anderen Übersetzungsbereiches verlängert eine Schaltzeit wesentlich, was nachteilhafterweise zu unkomfortablen Schaltungen führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Wechsel zwischen einzelnen Übersetzungsbereichen mit sehr kurzen Schaltzeiten realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Das stufenlose leistungsverzweigte Getriebe nach der Erfindung, bei dem zwischen zwei Wellen des Planetensatzes, welche jeweils mit einem Teilgetriebe verbunden sind, das stufenlose Getriebeelement zur Leistungsverzweigung angeordnet ist, hat den Vorteil, daß eine Umschaltung zwischen Übersetzungsbereichen des Getriebes nach der Erfindung im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten stufenlosen Getrieben schnell und ohne wesentliche Änderung der Übersetzung des stufenlosen Getriebelementes vor der Einstellung des neuen Übersetzungsbereiches ausgehend von einer Endübersetzung eines alten Übersetzungsbereiches in eine Ausgangsübersetzung eines neuen Übersetzungsbereiches durchführbar ist.

Dies resultiert daraus, daß sich die Richtung, in welcher der Leistungsfluß über das stufenlose Getriebeelement von einer Getriebeeingangsseite zu einer Getriebeausgangsseite führbar ist, bei einem Wechsel des Übersetzungsbereiches derart ändert, daß bei jedem jeweilig eingestellten Übersetzungsbereich des stufenlosen Getriebes ein Teil des Leistungsflusses in dem Getriebe über das stufenlose Getriebeelement jeweils von der Welle des Planetensatzes, welche mit dem gerade zugeschalteten Teilgetriebe verbunden ist, auf die Welle des Planetensatzes geführt wird, die mit dem abgeschalteten Teilgetriebe verbunden ist. Dadurch entspricht ein Wert der Endübersetzung des stufenlosen Getriebeelementes des alten bzw. des abgeschalteten Übersetzungsbereiches des Getriebes vorteilhafterweise im wesentlichen einem Wert der Ausgangsübersetzung des neuen bzw. zugeschalteten Übersetzungsbereiches des Getriebes, wodurch wiederum sehr kurze Umschaltzeiten erreicht werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zwei Ausführungsbeispiele eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
1a bis 1c ein stark schematisiertes Getriebeschema eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes nach der Erfindung;
1d ein Schaltschema des Getriebes gemäß 1a bis 1c;
1e einen stark schematisierten Verlauf der Gesamtübersetzung des Getriebes gemäß 1A bis 1c über der Übersetzung des stufenlosen Getriebeelementes;
2a ein Räderschema eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes mit vier Übersetzungsbereichen für einen Front-Querantrieb;
2b ein Schaltschema der Schaltelemente des Räderschemas gemäß 2a;
2c einen stark schematisierten Verlauf der Gesamtübersetzung des Getriebes gemäß 2a über der Übersetzung des stufenlosen Getriebeelementes Bezug nehmend auf 1a bis 1c ist jeweils ein Blockschaltbild bzw. ein Getriebeschema eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes 1 mit zwei Teilgetrieben 2, 3 und einem Summierelement 4 dargestellt, wobei in 1b und 1c jeweils der Weg des Leistungsflusses eines von einer Eingangswelle 5 über das Getriebe 1 auf eine Ausgangswelle 6 geführten Antriebsmomentes durch die stärker ausgeführten und mit Pfeilen versehenen Linien näher gekennzeichnet ist.
Das stufenlose Getriebe 1 ist mit zwei Leistungszweigen 7, 8 ausgeführt, die jeweils mit dem ersten Teilgetriebe 2 und dem zweiten Teilgetriebe 3 ausgebildet sind. In jedem der Leistungszweige 7 bzw. 8 ist jeweils wenigstens ein nicht näher dargestelltes und vorliegend jeweils in eines der Teilgetriebe 2 und 3 integriertes Schaltelement ausgeführt, mittels welchem die Teilgetriebe 2 und 3 mit verschiedenen Teilübersetzungen jeweils in den Leistungsfluß des Mehrganggetriebes 1 zuschaltbar bzw. aus diesem abschaltbar sind.
Des weiteren ist zwischen den beiden Leistungszweigen 7 und 8 ein stufenloses Getriebeelement 9 angeordnet, welches zwei Wellen des als Planetenradsatz ausgeführten Summierelementes 4 miteinander verbindet. Eine dritte Welle des Dreiwellen-Planetenradsatzes 4 ist mit der Ausgangswelle 6 des stufenlosen Getriebes 1 verbunden.
Der Planetenradsatz 4 ist als Plus-Planetensatz ausgeführt, bei dem eine Momentenaufteilung von jeweils 50% auf seine beiden Antriebswellen 17 und 20 realisiert ist. Alternativ dazu kann der Planetensatz auch als ein Minus-Planetensatz ausgeführt sein, wobei dann der Abtrieb auf die Ausgangswelle des Getriebes über einen in 1a bis 1c nicht näher dargestellten Planetenträger des Planetenradsatzes erfolgt. Als weitere Ausführungen des Planetensatzes sind auch ein Stufen-Planetensatz oder ein Kegelrad-Planetensatz denkbar.
Die beiden Teilgetriebe 2 und 3 sind vorliegend derart ausgeführt, daß in jedem Teilgetriebe 2, 3 drei verschiedene Teilübersetzungen einstellbar sind. Dabei sind in dem Teilgetriebe 2, wie in 1d dargestellt, die Teilübersetzungen "i1", "i3", "i5" und in dem Teilgetriebe 3 die Teilübersetzungen "i2", "i4", "i6" darstellbar, wodurch in Kombination mit der nachfolgend beschriebenen Schaltlogik in dem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe 1 sechs Übersetzungsbereiche „1" bis „6" mit einer sehr geringen Anzahl an Übersetzungsstufen einstellbar sind.
Diese sechs Übersetzungsbereiche „1" bis „6" sowie die zugehörige Schaltlogik sind schematisch in 1d als tabellarisches Schaltschema 14 dargestellt. In der ersten Spalte der Tabelle sind jeweils die Übersetzungsbereiche „1" bis „6" des stufenlosen Getriebes 1 wiedergegeben. In den Spalten zwei bis fünf sind jeweils die in dem Teilgetriebe 2 einstellbaren Teilübersetzungen "i1", "i3", "i5" und in den Spalten sechs bis acht sind die jeweils in dem zweiten Teilgetriebe 3 einstellbaren Teilübersetzungen "i2", "i4", "i6" aufgeführt. In der letzten Spalte der Tabelle ist jeweils die Richtung des Leistungsflusses über das stufenlose Getriebeelement 9 ausgehend von der Eingangswelle 5 in Richtung der Ausgangswelle 6 schematisiert durch Pfeile wiedergegeben, wobei sich aus der Darstellung der 1d ergibt, daß sich die Richtung des Leistungsflusses über das stufenlose Getriebeelement 9 bei jedem Wechsel des Übersetzungsbereiches in dem stufenlosen Getriebe 1 ändert.
Diejenigen Felder des Schaltschemas gemäß 1d, welche mit einem schwarzen Punkt versehen sind, kennzeichnen jeweils das Teilgetriebe 2 oder 3 mit seiner jeweils eingelegten Teilübersetzung "i1", "i2", "i3", "i4", "i5" oder "i6", welches zur Darstellung eines Übersetzungsbereiches in den Kraftfluß bzw. Leistungsfluß des stufenlosen Getriebes 1 zugeschaltet ist. Die freien Felder kennzeichnen jeweils die Kombination aus einem der Teilgetriebe und den darin einstellbaren Teilübersetzungen, die zur Darstellung eines Übersetzungsbereiches „1", „2", „3", „4", „5" oder „6" nicht in den Leistungsfluß des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes zugeschaltet sind.
Zur Einstellung des ersten Übersetzungsbereiches „1" in dem stufenlosen Getriebe 1 ist das erste Teilgetriebe 2 mit seiner Teilübersetzung „i1" in den Leistungsfluß des stufenlosen Getriebes 1 zugeschaltet, währenddessen über das zweite Teilgetriebe 3 keine Übertragung eines Drehmomentes von der Eingangswelle 5 in Richtung der Ausgangswelle 6 erfolgt.
Im Bereich einer Verzweigungsstelle 10, welche auf der der Ausgangswelle 6 zugewandten Seite des Teilgetriebes 2 vorgesehen ist, erfolgt eine Leistungsverzweigung des über das erste Teilgetriebe 2 geführten Antriebsmomentes. Dabei wird ein erster Teil des Antriebsmomentes direkt auf eine mit dem ersten Teilgetriebe verbundene Welle 17 des Planetenradsatzes 4 geführt. Der andere Teil des Antriebsmomentes wird über das stufenlose Getriebeelement 9 auf eine mit dem zweiten Teilgetriebe 3 verbundene Welle 20 des Planetenradsatzes 4 geführt.
Bei eingestelltem ersten Übersetzungsbereich „1" ist eine Gesamtübersetzung i_ges des stufenlosen Getriebes 1 über das stufenlose Getriebeelement 9 in der in 1e stark schematisierten Art und Weise änderbar. Bei einer Änderung der Gesamtübersetzung i ges innerhalb eines der Übersetzungsbereiche „1", „2", „3", „4", „5" oder „6" wird die Übersetzung des stufenlosen Getriebeelementes 9 von einer unteren Übersetzung i_var_u bis hin zu einer oberen Übersetzung i var o oder in entgegengesetzter Richtung stufenlos verstellt.
Wird in dem stufenlosen Getriebeelement 9 bei eingestelltem ersten Übersetzungsbereich „1" die obere Übersetzung i_var_o bzw. Endübersetzung des ersten Übersetzungsbereiches „1" erreicht, muß für eine weitere Veränderung der Gesamtübersetzung i ges in den zweiten Übersetzungsbereich „2" umgeschaltet werden.
Dazu wird das zweite Teilgetriebe 2 mit seiner Teilübersetzung „i1" aus dem Leistungsfluß des stufenlosen Getriebes 1 abgeschaltet, und das zweite Teilgetriebe 3 wird mit seiner Teilübersetzung „i2" in den Leistungsfluß des stufenlosen Getriebes 1 zugeschaltet, wobei der Leistungsfluß in dem stufenlosen Getriebe 1 entlang dem in 1c dargestellten Weg verläuft. Das Eingangsdrehmoment des Getriebes 1 bzw. ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine wird von der Eingangswelle 5 über das zweite Teilgetriebe 3 in Richtung der Ausgangswelle 6 geführt. An einem zweiten Verzweigungspunkt 12 des zweiten Leistungszweiges 8, welcher auf der der Ausgangswelle 6 zugewandten Sei to des zweiten Teilgetriebes 3 angeordnet ist, wird das Drehmoment aufgeteilt. Ein erster Teil des Drehmomentes wird direkt auf die Welle 20 des Planetenradsatzes 4 geführt, und ein zweiter Teil des Drehmomentes wird von der Welle 20 über das stufenlose Getriebeelement 9 auf die Welle 17 des Planetenradsatzes 4 geleitet.
Die Umschaltung von dem ersten Übersetzungsbereich „1" in den zweiten Übersetzungsbereich „2" wird somit lediglich durch ein Abschalten des ersten Teilgetriebes 2 aus dem Leistungsfluß des Getriebes 1 und ein Zuschalten des zweiten Teilgetriebes 3 in den Leistungsfluß des Getriebes 1 ohne Änderung der Übersetzung i var des stufenlosen Getriebeelementes 9 durchgeführt, wobei die Gesamtübersetzung i ges zunächst ebenfalls unverändert bleibt. Daraus resultiert wiederum, daß an einem zuzuschaltenden Schaltelement des zweiten Teilgetriebes 3, welches zum Zuschalten des zweiten Teilgetriebes 3 in den Leistungsfluß des stufenlosen Getriebes 1 vorgesehen ist, Drehzahlgleichheit vorliegt bzw. daß dieses bereits synchronisiert ist.
Die Richtung, in welcher bei eingestelltem ersten Übersetzungsbereich „1" ein Teil des über das erste Teilgetriebe 2 anstehenden Drehmomentes über das stufenlose Getriebeelement von der Welle 17 auf die Welle 20 geführt wird, ist genau entgegengesetzt zu der Richtung, in welche bei eingestelltem zweiten Übersetzungsbereich „2" ein Teil des über das zweite Teilgetriebe 3 anstehenden Drehmomentes über das stufenlose Getriebeelement 9 von der Welle 20 auf die Welle 17 geführt wird. Dadurch entspricht eine Endübersetzung des stufenlosen Getriebelementes 9 des ersten Übersetzungsbereiches „1" in etwa einer Ausgangsübersetzung des stufenlosen Getriebelementes 9 des zweiten Übersetzungsbereiches „2" .
Bei erfolgter Umschaltung von dem ersten Teilgetriebe 2 auf das zweite Teilgetriebe 3 bzw. von dem ersten Übersetzungsbereich „1" in den zweiten Übersetzungsbereich „2" wird die Übersetzung i_var des stufenlosen Getriebeelementes 9 ausgehend von der oberen Übersetzung i_var_o in Richtung der unteren Übersetzung i_var_u durchfahren, wobei sich die Gesamtübersetzung i_ges des stufenlosen Getriebes 1 gemäß der Darstellung in 1e ändert.
Die weiteren Übersetzungsbereiche „3", „4", „5" und „6" des stufenlosen Getriebes 1 werden in der vorbeschriebenen Art und Weise dadurch eingestellt, daß das erste Teilgetriebe 2 oder das zweite Teilgetriebe 3 mit ihren Teilübersetzungen „i3" und „i5" oder „i4" und „i6" jeweils alternierend in den Leistungsfluß des stufenlosen Getriebes 1 zugeschaltet werden, wobei das vor der Zuschaltung im Leistungsfluß befindliche Teilgetriebe 2 oder 3 aus dem Leistungsfluß des Getriebes 1 gleichzeitig abgeschaltet wird.
Die Gesamtübersetzung i_ges des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes 1 wird in den einzelnen Übersetzungsbereichen „3" bis „6" dadurch verändert, daß die Übersetzung i_var des stufenlosen Getriebeelementes 9 von einer unteren Übersetzung i_var_u in Richtung einer oberen Übersetzung i_var_o oder von einer oberen Übersetzung i_var_o in Richtung einer unteren Übersetzung i_var_u stufenlos verstellt wird.
Die untere Übersetzung i_var_u und die obere Übersetzung i_var_o des stufenlosen Getriebeelementes 9 stellen vorliegend vorzugsweise jeweils eine minimale bzw. maximale Übersetzungsstufe des stufenlosen Getriebeelementes 9 dar und begrenzen somit den Übersetzungsbereich des stufenlosen Getriebeelementes 9. Gleichzeitig stellen die Übersetzungen i_var_u und i_var_o jeweils eine Übersetzung des stufenlosen Getriebeelementes 11 dar, bei deren Vorliegen eine Umschaltung von einem Teilgetriebe 2 oder 3 auf das andere Teilgetriebe 3 oder 2 besonders vorteilhaft ist.
Der Vorteil resultiert aus der Tatsache, daß bei diesen Übersetzungen in dem stufenlosen Getriebe 1 ein Betriebszustand vorliegt, bei welchem ein zuzuschaltendes Schaltelement eines Teilgetriebes 2 oder 3 zum Zuschalten des Teilgetriebes in den Leistungsfluß des Getriebes 1 synchronisiert ist. Dadurch kann ein Umschalten von einem zugeschalteten Teilgetriebe 2 oder 3 zu einem sich nicht im Leistungsfluß des stufenlosen Getriebes 1 befindlichen Teilgetriebes 3 oder 2 ohne eine die Schaltzeit in unerwünschter Weise verlängernde Synchronisierphase des zuzuschaltenden Teilgetriebes durchgeführt werden. Das bedeutet, daß eine Synchronisierung eines das Teilgetriebe 2 oder 3 jeweils in den Leistungsfluß aufnehmenden bzw. führenden Schaltelementes durch eine entsprechende Übersetzungsänderung in dem stufenlosen Getriebeelement 11 durchgeführt wird.
Dabei können die einzelnen in 1e graphisch dargestellten Umschaltpunkte I bis V, insbesondere I, III und V sowie II und IV derart voneinander abweichen, daß bei einem Wechsel des Übersetzungsbereiches die in dem stufenlosen Getriebeelement eingestellte Übersetzung i_var beispiels weise bei einer Umschaltung von dem ersten Teilgetriebe 2 zu dem zweiten Teilgetriebe 3, die jeweils einen Wechsel von dem ersten Übersetzungsbereich „1" in den zweiten Übersetzungsbereich „2" oder einen Wechsel von dem dritten Übersetzungsbereich „3" in den vierten Übersetzungsbereich „4" bewirkt, unterschiedlich ist. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Synchronpunkte des jeweils zuzuschaltenden Teilgetriebes 2 oder 3 für die verschiedenen Teilübersetzungen "i1", "i3", "i5" oder "i2", "i4", "i6" voneinander abweichen.
Grundsätzlich wird es jedoch angestrebt, daß der Wechsel zwischen den Übersetzungsbereiche „1" bis „6" jeweils bei Übersetzungen i_var des stufenlosen Getriebeelementes 11 durchgeführt wird, die nahe bei den Grenzen des Übersetzungsbereiches des stufenlosen Getriebeelementes 9 liegen, um den gesamten Übersetzungsbereich des stufenlosen Getriebeelementes 11 nutzen zu können.
2a zeigt ein Räderschema 13 eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes 1 nach der Erfindung, wobei 2b ein mit dem in 2a gezeigten Räderschema 13 korrespondierendes Schaltschema 14 darstellt, das jeweils den Zusammenhang zwischen den einzelnen Teilübersetzungen der Teilgetriebe 2 und 3 und den vier Übersetzungsbereichen „1" bis „4" des Getriebes 1 wiedergibt. Das Schaltschema 14 gemäß 2b ist in der gleichen Art und Weise wie das Schaltschema 14 aus 1d aufgebaut. Die Teilgetriebe 2 und 3 weisen im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel des Getriebes 1 gemäß 1a bis
1e jeweils nur zwei Teilübersetzungen „i1", „i3" bzw. „i2", „i4" auf, weshalb das Schaltschema 14 gemäß
2b zwei Zeilen weniger als das Schaltschema 14 der 1d hat.
Aus dem Schaltschema 14 der 2b geht in Verbindung mit dem in 2a dargestellten Räderschema 13 beispielsweise hervor, daß zur Einstellung des ersten Übersetzungsbereiches „1" des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes 1 über ein Schaltelement 15, welches vorliegend als Synchronisierung ausgeführt ist, in dem ersten Teilgetriebe 2 die Teilübersetzung „i1" eingelegt wird. In diesem Fall wird ein über die Eingangswelle 5 in das Getriebe 1 eingeleitetes Antriebsmoment über eine Zahnradpaarung 16, welche über das Schaltelement 15 zugeschaltet wird, auf die Welle 17 des Planetenradsatzes 4 geführt.
Die Welle 17 stellt gleichzeitig eine erste Vorgelegewelle des Getriebes 1 dar. Die erste Vorgelegewelle 17 ist mit einem Sonnenrad 18 des Planetensatzes 4 und mit einem ersten Kegelscheibensatz 19 des als herkömmlicher Variator ausgeführten stufenlosen Getriebeelementes 9 drehfest verbunden. Aufgrund dieser Ausgestaltung des Getriebes 1 wird einerseits das über die Eingangswelle 5 und die Zahnradpaarung 16 auf die erste Vorgelegewelle 17 geführte Antriebsmoment zu einem Teil direkt auf den Planetenradsatz 4 bzw. dessen Sonnenrad 18 und ein weiterer Teil von der ersten Vorgelegewelle 17 über das stufenlose Getriebeelement 9 auf eine zweite Vorgelegewelle 20A des stufenlosen Getriebes 1 geführt, die prinzipiell die zweite Welle 20 des Planetenradsatzes darstellt. Der auf die zweite Vorgelegewelle 20A geführte Teil des Antriebsmomentes wird über die mit einem Zwischenrad ausgeführte Stirnradpaarung 21 ebenfalls zu dem Planetenradsatz 4 geleitet, wobei der Stirnradsatz 21 mit einem Planetenträger 22 des Planetenradsatzes 4 verbunden ist und in Verbindung mit der zweiten Vorgelegewelle 20A die oben beschriebene zweite Welle 20 des Planetensatzes 4 darstellt.
Der als Summierelement des Getriebes 1 wirkende Planetenradsatz 4 führt die beiden eingehenden Teile des Antriebsmomentes zusammen. Das summierte Antriebsmoment wird über ein Hohlrad 23 des Planetenradsatzes 4, welches eine weitere Welle des Planetenradsatzes 4 darstellt, einen weiteren Stirnradsatz 24 und ein Kegelraddifferential 25 auf die Ausgangswelle 6 des Getriebes 1 geführt.
Liegt bei eingelegtem ersten Übersetzungsbereich „1" in dem Getriebe 1 aufgrund eines bestimmten Betriebszustandes eine Anforderung zur Umschaltung von dem ersten Übersetzungsbereich „1" in den zweiten Übersetzungsbereich „2" vor, dann wird das erste Schaltelement 15 des ersten Teilgetriebes 2 geöffnet, und ein Schaltelement 26 des zweiten Teilgetriebes 3 wird zeitlich dazu derart abgestimmt geschlossen, daß in dem zweiten Teilgetriebe 3 die Teilübersetzung „i2" eingelegt ist und eine zugkraftunterbrechungsfreie Umschaltung mit sehr kurzer Schaltzeit erzielt wird.
Ist das erste Teilgetriebe 2 abgeschaltet und das zweite Teilgetriebe 3 mit seiner Teilübersetzung „i2" zugeschaltet, wird das über die Eingangswelle 5 eingehende Antriebsmoment über eine Zahnradpaarung bzw. Stirnradpaarung 27 des zweiten Teilgetriebes 3 auf die zweite Vorgelegewelle 20A geführt. Von dort aus wird ein Teil des auf die zweite Vorgelegewelle 20A geführten Antriebsmomentes über den Stirnradsatz 21 auf den Planetenträger 22 des Planetenradsatzes 4 geführt. Der andere Teil wird über das stufenlose Getriebeelement 9 bzw. einen mit der zweiten Vorgele gewelle 20A verbundenen zweiten Kegelscheibensatz 28 und einen über den zweiten Kegelscheibensatz 28 und den ersten Kegelscheibensatz 19 geführten Riemen 29 auf die erste Vorgelegewelle 17 und somit auf das Sonnenrad 18 des Planetenradsatzes 4 geführt. Die beiden Teile des Antriebsmomentes werden in dem Planetenradsatz 4 aufsummiert und über den Stirnradsatz 24 und das Kegelraddifferential 25 auf die Ausgangswelle 6 weitergeleitet.
Auch hier ändert sich mit jedem Wechsel des Übersetzungsbereiches in dem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe 1 das Leistungsvorzeichen des stufenlosen Getriebeelementes 1. Damit besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, den Variator bzw. das stufenlose Getriebeelement 9, wie in 2c dargestellt in dem ersten Übersetzungsbereich „1" des Getriebes 1 von einer unteren Übersetzung i_var_u bis hin zu einer oberen Übersetzung i_var_o zu verstellen, und bei Erreichen der oberen Übersetzung i_var_o schnell und zugkraftunterbrechungsfrei von dem ersten Teilgetriebe 2 mit der Teilübersetzung „i1" auf das zweite Teilgetriebe 3 mit der Teilübersetzung „i2" umzuschalten, ohne daß zunächst eine Änderung der Gesamtübersetzung i ges des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes 1 erfolgt.
Nach dem Umschalten in den zweiten Übersetzungsbereich „2" wird der Variator bzw. das stufenlose Getriebeelement 9 von seiner oberen Übersetzung i_var_o in Richtung seiner unteren Übersetzung i_var_u verstellt, wodurch sich die Gesamtübersetzung i ges in der in 2c qualitativ dargestellten Art und Weise verändert.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des stufenlosen Getriebeelementes 9 und die erfindungsgemäße Führung des Leistungsflusses in dem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe 1 wird vorteilhafterweise erreicht, daß jede Übersetzungsänderung des stufenlosen Getriebeelementes 9 auch zu einer Änderung der Gesamtübersetzung i_ges des Getriebes 1 führt. Das bedeutet, daß zur Einstellung der Gesamtübersetzung i_ges des Getriebes 1 keine „Leerfahrten" des stufenlosen Getriebeelementes, d.h. ein Verstellen der Übersetzung des stufenlosen Getriebes 1 ohne eine Veränderung der Gesamtübersetzung, durchzuführen sind, bevor eine gewünschte Gesamtübersetzung des Getriebes 1 vorliegt bzw. bevor ein neuer Übersetzungsbereich in dem Getriebe 1 eingestellt werden kann.
Um den dritten bzw. vierten Übersetzungsbereich „3" oder „4" des Getriebes 1 einzustellen, wird jeweils das erste Teilgetriebe 2 über das Schaltelement 15 mit einer Zahnradpaarung 30 und der Teilübersetzung „i3" oder das zweite Teilgetriebe 3 über das Schaltelement 26 mit einer Zahnradpaarung 31 und der Teilübersetzung „i4" zugeschaltet, wobei sich jeweils das Leistungsvorzeichen am stufenlosen Getriebeelement 9 gegenüber dem vorhergehenden Übersetzungsbereich in der in 2b dargestellten Art und Weise ändert.
Die Schaltelemente 15 und 26 der Teilgetriebe 2 und 3 sind vorliegend einerseits zum Einstellen der Teilübersetzungen „i1" bzw. „i3" und „i2" bzw. „i4" der Teilgetriebe 2 und 3 sowie zum Zuschalten der Teilgetriebe 2 und 3 in den Leistungsfluß des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes 1 vorgesehen.
Abweichend hiervon kann es in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes nach der Erfindung auch vorgesehen sein, daß jedes Teilgetriebe ein Schaltelement zum Zuschalten des jeweiligen Teilgetriebes in den Leistungsfluß des Getriebes aufweist und jeweils mit einem weiteren Schaltelement ausgeführt ist, über welches die verschiedenen Teilübersetzungen eingestellt werden. Diese Ausführung bietet den Vorteil, daß das Einstellen einer Teilübersetzung in einem Teilgetriebe vor dem Zuschalten des jeweiligen Teilgetriebes lastfrei durchgeführt werden kann und beim Einstellen der Teilübersetzung lediglich Differenzdrehzahlen zwischen den beiden Schaltelementhälften des zuzuschaltenden Schaltelementes zum Einstellen der Teilübersetzung ohne ein anliegendes Antriebsmoment ausgeglichen werden müssen.
Damit können die Schaltelemente zum Einstellen der Teilübersetzungen in den Teilgetrieben im wesentlichen als formschlüssige Schaltelemente, vorzugsweise als Klauenkupplungen oder dergleichen, mit zusätzlichen Reibflächen zum Synchronisieren der Schaltelemente ausgeführt werden, die gegenüber Lastschaltelementen, wie beispielsweise Lamellenkupplungen, niedrigere Herstellkosten sowie einen geringeren Bauraumbedarf aufweisen. Die Schaltelemente der Teilgetriebe, welche zum Zuschalten der Teilgetriebe in den Leistungsfluß des Getriebes nach der Erfindung vorgesehen sind, können wahlweise als kraftschlüssige Schaltelemente bzw. Lastschaltelemente oder auch als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
Wenn die Schaltelemente zum Zuschalten der Teilgetriebe in den Leistungsfluß des Getriebes nach der Erfindung als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind und die Umschaltung zwischen den Übersetzungsbereichen zugkraftunterbrechungsfrei erfolgen soll, besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, eine Synchronisierung dieser Schaltelemente vor deren Zuschaltung über das stufenlose Getriebeelement 9 durchzuführen.
Sind die Schaltelemente zum Zuschalten der Teilgetriebe in den Leistungsfluß des Getriebes nach der Erfindung als kraftschlüssige Lastschaltelemente ausgeführt, kann eine Synchronisierung der Teilgetriebe wahlweise entweder über diese Schaltelemente und über das stufenlose Getriebeelement oder alternativ über die Schaltelemente oder das stufenlose Getriebeelement erfolgen.
Die Anzahl der Teilübersetzungen der Teilgetriebe 2 und 3 ist bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes nach der Erfindung jeweils gleich und unterscheidet sich in weiteren vorteilhaften Ausführungen des Getriebes jeweils höchstens um 1, da größere Unterschiede in der Anzahl der Teilübersetzungen der Teilgetriebe die vorbeschriebenen Vorteile eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes nach der Erfindung egalisieren.
Zusätzlich kann es bei einem der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes vorgesehen sein, daß das Getriebe bei der Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem zusätzlichen Anfahrelement kombiniert ist oder eines der Bauteile des Getriebes, d. h. eines der als Lastschaltelemente ausgeführten Schaltelemente des Getriebes oder das stufenlose Getriebeelement, als Anfahrelement verwendet wird.
Als zusätzliche Anfahrelemente sind beispielsweise ein hydrodynamischer Wandler, eine Trockenkupplung oder ein auf einer beliebigen Welle des Getriebes angeordneter Elektromotor einsetzbar, wobei insbesondere bei der Ausführung des Antriebsstranges mit einem Elektromotor als Anfahrelement ein zum Anfahren benötigtes Antriebsmoment entweder von dem Elektromotor erzeugt wird oder ein von einer Antriebsmaschine anstehendes Antriebsmoment von dem Elektromotor derart abgestützt wird, daß am Abtrieb eines Fahrzeugs das zum Anfahren erforderliche Antriebsmoment anliegt.
Wird das stufenlose Getriebeelement als Anfahrelement verwendet, sind beispielsweise Ausführungen des stufenlosen Getriebeelementes als Hydrostat oder als Elektromaschine bzw. Motor-Generator-Einheit denkbar, da mit diesen Bauformen ein für das Anfahren erforderlicher Schlupf in dem stufenlosen Getriebeelement realisierbar ist.
Das stufenlose leistungsverzweigte Getriebe nach der Erfindung hat gegenüber aus der Praxis bekannten stufenlose Getrieben weiter den Vorteil, daß durch das stufenlose Getriebeelement im Getriebe permanent eine Leistungsverzweigung vorliegt, die es ermöglicht, die beiden Leistungszweige und die darin angeordneten Bauteile kleiner zu dimensionieren. In einer vorteilhaften Ausführung des Getriebes nach der Erfindung wird ein Antriebsmoment vorzugsweise in gleich große Teile verzweigt.
Des weiteren wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Getriebes erreicht, daß ein Blindleistungsfluß in dem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe, der zu unerwünschten Leistungsüberhöhungen und daraus resultierenden Belastungsspitzen der eventuell davon betroffenen Getriebebauteile führen würde, vermieden wird.
Alternativ zu der vorbeschriebenen Ausführung des stufenlosen Getriebeelementes als Variator bzw. als mechanisches Umschlingungsgetriebe kann es bei weiteren vorteilhaften Ausführungen des Getriebes nach der Erfindung vorgesehen sein, daß das stufenlose Getriebeelement als ein mechanisches Reibradgetriebe oder als ein hydrodynamisches stufenloses Getriebeelement ausgeführt ist.
Ein weiterer Vorteil des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes gemäß der Erfindung ist eine größere Spreizung des Getriebes im Vergleich zu aus der Praxis bekannten stufenlosen Getrieben. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß eine Spreizung der einzelnen Übersetzungsbereiche des erfindungsgemäßen Getriebes in etwa der Wurzel der Spreizung des stufenlosen Getriebeelementes entspricht und sich eine Spreizung des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes nach der Erfindung aus dem Produkt der Anzahl der Übersetzungsbereiche des Getriebes und der Spreizung des stufenlosen Getriebeelementes ergibt. So ergibt sich beispielsweise bei sechs Übersetzungsbereichen und einer Spreizung des stufenlosen Getriebes von 4 eine Gesamtspreizung von 12.
Um die einzelnen Teilübersetzungen in den Teilgetrieben darzustellen, kann es bei weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes vorgesehen sein, daß die Teilgetriebe mit mindestens einer direkten Übersetzung und/oder mindestens einer Vorgelegeübersetzung und/oder mindestens einem Planetensatz und/oder mindestens einer Kettenübersetzungseinrichtung ausgeführt sind.
Ein Rückwärtsgang des Getriebes kann beispielsweise durch eine zusätzliche nicht näher dargestellte Übersetzungsstufe mit Drehrichtungsumkehr an der Ausgangswelle in einem der Teilgetriebe erzeugt werden. Alternativ dazu kann diese Drehrichtungsumkehr auch im stufenlosen Getriebeelement erzeugt werden, wenn das stufenlose Getriebeelement als Hydrostat oder als eine Elektromaschine ausgeführt ist.
Alternativ kann ein Rückwärtsgang über eine Stirnradstufe mit Zwischenrad realisiert werden, welche in eines der Teilgetriebe integriert ist, oder über den Planetensatz einstellbar sein, wobei der Planetensatz über ein als Bremse ausgeführtes Schaltelement zur Drehrichtungsumkehr ansteuerbar ist.

1: Getriebe
2: Teilgetriebe
3: Teilgetriebe
4: Summierelement, Planetenradsatz
5: Eingangswelle
6: Ausgangswelle
7: erster Leistungszweig
8: zweiter Leistungszweig
9: stufenloses Getriebeelement
10: erste Verzweigungsstelle
12: zweite Verzweigungsstelle
13: Räderschema
14: Schaltschema
15: Schaltelement
16: Zahnradpaarung
17: Erste Vorgelegewelle, Welle des Planetenradsatzes
18: Sonnenrad
19: erster Kegelscheibensatz
20: Welle des Planetenradsatzes
20A: zweite Vorgelegewelle
21: Stirnradsatz
22: Planetenträger
23: Hohlrad
24: weiterer Stirnradsatz
25: Kegelraddifferential
26: Schaltelement
27: Stirnradpaarung
28: zweiter Kegelscheibensatz
29: Riemen
30: Zahnradpaarung
31: Zahnradpaarung
„i1" bis „i6": Teilübersetzungen der Teilgetriebe
i_ges: Gesamtübersetzung des Getriebes
„1" bis „6": Übersetzungsbereiche des Getriebes
I bis V: Schaltpunkte
i_var: Übersetzung des stufenlosen Getriebeelementes
i_var_u: untere Übersetzung des stufenlosen
: Getriebeelementes
i_var o: obere Übersetzung des stufenlosen
: Getriebeelementes

Claims

Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe (1) mit mindestens zwei jeweils in einem Leistungszweig (7, 8) angeordneten Teilgetrieben (2, 3) und mit wenigstens einem Planetensatz (4), wobei zwischen zwei Wellen (17, 20) des Planetensatzes (4), die mit den Teilgetrieben (2, 3) verbunden sind, ein stufenloses Getriebeelement (9) angeordnet ist und zur Darstellung eines Übersetzungsbereiches („1" bis „6") einer Gesamtübersetzung (i_ges) jeweils ein Teilgetriebe (2 oder 3) mit einer Teilübersetzung („i1" bis „i6") in einen Leistungsfluß des Getriebes (1) zuschaltbar ist, wobei ein Teil des Leistungsflusses von dem jeweils zugeschalteten Teilgetriebe (2 oder 3) auf die damit verbundene Welle (17 oder 20) führbar ist und der restliche Teil des Leistungsflusses über das stufenlose Getriebeelement (9) auf die zweite mit dem jeweils abgeschalteten Teilgetriebe (3 oder 2) verbundene Welle (20 oder 17) führbar ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtübersetzung (i_ges) des Getriebes (1) bei einem Umschalten von einem Teilgetriebe (2 oder 3) auf das andere Teilgetriebe (3 oder 2) im wesentlichen gleich bleibt.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtübersetzung (i_ges) des Getriebes (1) bereichsweise im wesentlichen über eine Änderung der Übersetzung (i_var) des stufenlosen Getriebeelementes veränderbar ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenigstens ein Schaltelement (15, 26) zum Zuschalten eines der Teilgetriebe (2, 3) in den Leistungsfluß des Getriebes (1) vorgesehen ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenigstens ein Schaltelement (15 bzw. 26) zum Einstellen einer Teilübersetzung („i1" bis „i6"; „il" bis „i4") in einem Teilgetriebe (2 oder 3) vorgesehen ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Schaltelemente zum Zuschalten der Teilgetriebe (2, 3) in den Leistungsfluß des Getriebes (1) und Schaltelemente zur Einstellung einer Teilübersetzung („i1" bis „i6") in einem Teilgetriebe (2, 3) vorgesehen sind.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schaltelement (15, 26) zur Einstellung einer Teilübersetzung („i1" bis „i4") in einem Teilgetriebe (2, 3) vorgesehen ist, das gleichzeitig ein Schaltelement zum Zuschalten eines Teilgetriebes (2, 3) in den Leistungsfluß des Getriebes (1) darstellt.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente als kraft schlüssige und/oder formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (15, 26) in die Teilgetriebe (2, 3) integriert sind.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung einer Teilübersetzung („il" bis „i6") eines Teilgetriebes (2, 3) jeweils in synchronisiertem Zustand eines Teilgetriebes (2, 3) durchführbar ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein zuzuschaltendes Schaltelement (15 oder 26) eines Teilgetriebes (2 oder 3) über das stufenlose Getriebeelement (9) synchronisierbar ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Welle (17 oder 20) des Planetensatzes (4) mit einem Teilgetriebe (2, 3) verbunden ist und eine weitere Welle (23) des Planetensatzes mit einem Abtrieb in Wirkverbindung steht.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl der jeweils in den Teilgetrieben (2, 3) einstellbaren Teilübersetzungen („i1" bis „i6") gleich ist oder sich maximal um eine Übersetzung unterscheidet.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Schaltelemente als Anfahrelement ausgeführt ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das stufenlose Getriebeelement als Anfahrelement vorgesehen ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein separates Anfahrelement vorgesehen ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückwärtsgang über eine Stirnradstufe mit Zwischenrad einstellbar ist, welche in eines der Teilgetriebe integriert ist.
Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückwärtsgang über den Planetensatz einstellbar ist, wobei der Planetensatz über ein als Bremse ausgeführtes Schaltelement zur Drehrichtungsumkehr ansteuerbar ist.