DE3605203A1 - Stufenlos einstellbares, leistungsverzweigendes verbund-lastschaltgetriebe mit gruppenschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos einstellbares leistungsverzweigendes Verbund-Lastschaltgetriebe mit Gruppenschaltungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Getriebe eignen sich für Fahrzeuge. Sie wirken wie stufenlose Getriebe mit einem relativ großen Verstellbereich und erlauben daher den Betrieb der Brennkraftmaschine entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchskurve. Da sie außerdem verhältnismäßig gute Wirkungsgrade haben, läßt sich Kraftstoff einsparen. Da keine Zugkraftunterbrechung erfolgt, weisen sie auch ein überlegenes Beschleunigungsverhalten auf. Ihre automatische Betriebsweise trägt zum Komfort des Fahrens bei.

Die deutsche Patentschrift 31 47 447 C2 und die europäische Anmeldung mit der Nr. 8 21 10 563.2 zeigen mit Fig. 1 ein hydrostatischmechanisches Stellkoppelgetriebe mit eingangsseitiger Leistungsverzweigung. Die An- und Abtriebswellen 1; 2 liegen in dieser Figur koaxial. Die Stegwelle s stellt die Koppelwelle E und die Hohradwelle 2″ die Koppelwelle A dar. Die Koppelwelle E treibt den 1., 3. und R-Gang und die Koppelwelle A den 2. und 4. Gang des nachgeordneten Schaltgetriebes. Soll nun die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht und der Gesamtverstellbereich auch noch erweitert werden, wie das bei Nutzfahrzeugen im Vergleich zu Personenkraftwagen der Fall ist, muß entweder das Stellgetriebe, hier das hydrostatische Getriebe mit den Verdrängermaschinen a, b vergrößert oder aber die Anzahl der Gänge im Schaltgetriebe erhöht werden. Erstere Maßnahme führt zu größeren hydrostatischen Leistungsflüssen und damit auch zu schlechteren Wirkungsgraden und im allgemeinen auch zu mehr Gewicht und Bauraum. Die Erhöhung der Anzahl der Gänge ist daher von Vorteil. Nach Fig. 1 der erwähnten Schriften würde man bei einem 8-Gang-Schaltgetriebe zusätzlich 8 Räder und zwei weitere Doppelkupplungen und bei einem 12-Gang-Schaltgetriebe sogar zusätzlich 16 Räder und vier weitere Doppelkupplungen benötigen.

Aus der DE-OS 28 02 166 ist es bekannt, Zahnradwechselgetriebe in Gruppenbauweise auszuführen, womit bei vielen Gangstufen eine Reduktion des Bauaufwands, insbesonderes der erforderlichen Zahnradpaare, erzielbar ist. Dieses bekannte Getriebe weist ein Schaltgetriebe mit vier Vorwärts- und einem Rückwärtsgang auf, während für die Gruppenschaltung zwei Gruppengänge in Form eines Nachschaltgetriebes vorgesehen sind. An- und Abtriebswelle sind dabei koaxial angeordnet, die als Doppelkupplungen ausgebildeten Schaltkupplungen im Schaltgetriebe sind auf einer Vorgelegewelle angeordnet, während die Schaltkupplungen der zwei Gruppengänge auf der Abtriebswelle vorgesehen sind. Die zwei antriebsseitigen Zahnräder der Gruppengänge sind dabei fest auf der einzigen Vorgelegewelle des Schaltgetriebes angeordnet. Sowohl die Schaltkupplungen des Schaltgetriebes als auch die Schaltkupplungen der Gruppengänge können mit Synchronisiereinrichtungen versehen sein. - Dieses bekannte Getriebe erlaubt kein Schalten unter Last und auch keine stufenlose Einstellung der Abtriebsdrehzahl.

Aus der DE-OS 29 04 019 ist weiterhin ein stufenlos einstellbares, leistungsverzweigendes Verbund-Lastschaltgetriebe bekannt, das weitgehend der gattungsgemäßen Art entspricht. Dieses Getriebe weist 6-Vorwärts- und einen Rückwärtsgang auf. Für die 6 Vorwärtsgänge sind 6 Zahnradpaarungen mittels 9 Zahnrädern vorgesehen, was - bei der Auslegung auf 6 Vorwärtsgänge - sowohl gegenüber dem in der DE-PS 31 47 447 vorgeschlagenen, als auch gegenüber dem erfindungsgemäßen Konzept eine Verringerung um 3 Zahnräder ermöglicht. Allerdings sind hierfür 10 Schaltkupplungen vorzusehen, wohingegen beim Konzept nach der DE-PS 31 47 447 und der Erfindung jeweils nur 6 Schaltkupplungen vorzusehen wären.

Die Reduzierung der schaltbaren Zahnräder gegenüber der DE-PS 31 47 447 ist dabei deshalb möglich, weil für den ersten und zweiten Gang schon eine Art Gruppenschaltung vorgesehen ist, und zwar in Form einer Vorschaltstufe, wobei für den ersten und zweiten Gang die Zahnräder des dritten bzw. vierten Ganges mitbenutzt werden.

Als Gruppengang für den ersten und zweiten Gang sind dabei die Zahnradpaare 47/41 bzw. 39/41 anzusehen, wobei die ineinandergreifenden Nabenhülsen der Zahnräder 41 und 42 im miteinandergekuppelten Zustand eine Art Vorgelegewelle bilden. Die im Sinne des Erfindunsgegenstandes andere Vorgelegewelle wird dabei jeweils durch die direkt (also ohne weitere Übersetzungsstufe, d. h. mit der Gruppenübersetzung i = 1) mit der Ausgangswelle zu verbindenden Naben der Zahnräder 42, 48 gebildet. Weiterhin weist dieses Getriebe auch schon das Merkmal des Anspruchs 7 auf, daß das stufenlose Stellgetriebe des Koppelgetriebes über Schaltkupplungen mit den Zahnrädern des Koppelgetriebes verbindbar ist.

Aus Fig. 5 und 6 der DE-OS 22 27 718 ist es bekannt, bei einem stufenlos einstellbaren, leistungsverzweigenden Verbund-Lastschaltgetriebe der gattungsgemäßen Art, aber ohne ein den Koppelwellen zugeordnetes Schaltgetriebe mit einer Ganggruppe, ein Reduktionsgetriebe in Planetenbauweise nachzuschalten, das für den Abtrieb der einen Koppelwelle (Hohlrad 34) der Wirkung nach wie zwei Gruppengänge arbeitet, denn diese eine Koppelwelle ist dort so mit dem Planetenreduktionsgetriebe verbindbar, daß in einem ersten Fahrbereich eine Reduktion der Abtriebswellendrehzahl gegenüber der Koppelwellendrehzahl erfolgt, während in einem dritten Fahrbereich das Reduktionsgetriebe in Blockumlauf geschaltet wird, wodurch die Abtriebswellendrehzahl gleich der Koppelwellendrehzahl wird. - Diese Schaltungsweise des Reduktionsgetriebes mit der einen Koppelwelle entspricht z. B. der Schaltungsweise im 4. und 8. Gang des Ausführungsbeispiels Fig. 7 der Erfindung.

Die Erfindung der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 geht von der Aufgabenstellung aus, den für die Erhöhung der Gangzahl festgestellten Aufwand zu reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter anderem durch den kennzeichnenden Teil des 1. Anspruches gelöst. Hier heißt es in P 35 12 523.3-12: "dadurch gekennzeichnet, daß für den letzten Gang innerhalb der Ganggruppe eine Vorgelegewelle (19) und für die übrigen Gänge der Ganggruppe eine andere Vorgelegewelle (18) vorhanden ist, wobei diese beiden Vorgelegewellen (18, 19) über eine Schaltkupplung (S 3) miteinander verbindbar sind und wobei diese Vorgelegewellen Antriebswellen verschiedener Gruppengänge darstellen, und daß in bekannter Weise diejenigen Schaltkupplungen Synchronisiereinrichtungen aufweisen, die die jeweils leerlaufende Rädergruppe ansynchronisieren müssen."

Die Zusatzerfindung stellt sich die Aufgabe, den Aufwand des Getriebes nach Fig. 1 der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 zu verkleinern. Insbesondere soll die Hohlwelle 18 verkürzt werden.

Diese Aufgabe wird - ausgehend von einem Stand der Technik nach der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 - durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Aus der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 geht hervor, daß das stufenlos einstellbare, leistungsverzweigende Koppelgetriebe in bekannter Weise aus den Planetenradstufen I und II besteht, die zu einem vierwelligen Umlaufgetriebe gekoppelt sind. Mit den Bezeichnungen ϕ für Einzelstellverhältnis, i ₀ für Standübersetzung und z für Zähnezahlen sowie den Indizes 1 für Sonnrad, 2 für Hohlrad gelten die Beziehungen

Die Gleichungen treffen für Anschluß des stufenlosen Stellgetriebes, z. B. des hydrostatischen Getriebes, an die Antriebswelle an zu. Sie machen deutlich, daß bei kleinen Einzelstellverhältnissen ϕ die Standübersetzungen groß werden. Sie lassen sich dann nur noch durch die Verwendung von gestuften Planetenrädern realisieren. Solche Planetenradstufen bauen aber groß im Durchmesser und daher auch schwer.

Die Zusatzerfindung stellt sich daher die weitere Aufgabe, bei kleinen Werten für ϕ den Durchmesser des für das stufenlos einstellbare, leistungsverzweigende Koppelgetriebe benötigten vierwelligen Umlaufgetriebes zu verkleinern.

Diese Aufgabe wird - ausgehend von einem Stand der Technik nach der Patentanmeldung P 35 12 523.3-12 - entweder durch die im Kennzeichen des Anspruches 2 oder durch die im Kennzeichen des Anspruches 3 aufgeführten Merkmale gelöst.

Für das Konzept nach Anspruch 2 mit Anschluß des stufenlosen Stellgetriebes an die Antriebswelle an gelten für die Standübersetzungen die Beziehungen

Eine Standübersetzung darf frei gewählt werden.

Hingegen lauten für das Konzept nach Anspruch 3 mit Anschluß des stufenlosen Stellgetriebes an die Antriebswelle an die Gleichungen für die Standübersetzungen

Hier muß man i _0I oder i _0II vorgeben.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach Anspruch 1. Sie unterscheidet sich zur Fig. 1 der Hauptanmeldung dadurch, daß jetzt der 1. und 3. Gang in ihrer Lage vertauscht sind und sich nur die Räder 8 und 22 auf der Hohlwelle 18 befinden, während die Räder 10, 12, 14 und 17 auf der Vollwelle 19 sitzen.

In Fig. 10 bilden die Räder 7, 8 den 1. Gang, die Räder 9, 10 den 2. Gang, die Räder 11, 12 den 3. Gang, die Räder 13, 14 den 4. Gang und die Räder 15, 16, 17 den Rückwärtsgang innerhalb der Ganggruppe. Rad 16 ist ein Schieberad. Rad 15 sitzt fest auf der Schiebehülse der Doppel-Schaltzahnkupplung S 1 für den 1. und 3. Gang. Die Doppel- Schaltzahnkupplung S 2 steht für den 2. und 4. Gang zur Verfügung. Die Schaltzahnkupplung mit Synchronisiereinrichtung S 3 verbindet die Vorgelegewelle 18 und 19. Die Vorgelegewelle 19 steht mit den Rädern 20, 21 des 1. Gruppenganges und die Vorgelegewelle 18 mit den Rädern 22, 23 des 2. Gruppenganges in Verbindung. Die Schaltzahnkupplung mit Synchronisiereinrichtung S 4 kann den 1. Gruppengang und die Schaltzahnkupplung mit Synchronisiereinrichtung S 5 den 2. Gruppengang mit der Hauptabtriebswelle ab verbinden.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Räder 11, 12 und 15, 16, 17 zusätzlich auf der Hohlwelle 18 anzuordnen. Es befinden sich dann der erste Gang innerhalb der Ganggruppe auf der Vorgelegewelle 18 und der letzte Gang auf der Vorgelegewelle 19, wobei die übrigen Gänge der Ganggruppe sich auf beide Vorgelegewellen verteilen.

Daten und Schaltlogik für das Getriebe nach Fig. 10

Als Ausführungsbeispiele für vierwellige Umlaufgetriebe zeigen Bild 11 ein Konzept gemäß Anspruch 2 und Bild 12 ein Konzept gemäß Anspruch 3.

Claims (3)

1. Stufenlos einstellbares, leistungsverzweigendes Verbund-Lastschaltgetriebe mit Gruppenschaltungen, bestehend aus zwei Teilgetrieben, wobei das eine Teilgetriebe ein stufenlos einstellbares, leistungsverzweigendes Koppelgetriebe ist, dessen eine Welle Hauptantriebswelle (an) ist, und das zwei koaxiale Koppelwellen (A, E) hat, von denen beim Verstellen eines stufenlosen Stellgetriebes (a, b) von einer Extremübersetzung zur anderen, bei der beide Koppelwellen synchron laufen, die eine (E) stetig schneller und die andere (A) stetig langsamer läuft bzw. umgekehrt bei entgegengesetzter Verstellung, und wobei das andere Teilgetriebe ein Schaltgetriebe mit einer Ganggruppe und mehreren Gruppengängen ist, das alternativ von einer der beiden Koppelwellen (A, E) angetrieben wird und das eine Hauptabtriebswelle (ab) hat, die in der Weise über verschiedene Übersetzungen mit der jeweils antreibenden Koppelwelle verbindbar ist, daß sich in einem weiten Bereich eine stufenlose Übersetzung zwischen der Hauptantriebswelle (an) und der Hauptabtriebswelle (ab) einstellen läßt und daß bei einem Gangwechsel Schaltkupplungen ohne Zugkraftunterbrechung lastfrei und bei synchronen Drehzahlen schalten, dadurch gekennzeichnet, daß für den letzten Gang innerhalb der Ganggruppe eine Vorgelegewelle (19) und für den ersten Gang innerhalb der Ganggruppe eine andere Vorgelegewelle (18) vorhanden ist und daß die übrigen Gänge der Ganggruppe entweder mit der Vorgelegewelle (18) oder der Vorgelegewelle (19) in Verbindung stehen oder aber ein Teil der übrigen Gänge mit der Vorgelegewelle (18) und der andere Teil der übrigen Gänge mit der Vorgelegewelle (19) in Verbindung steht, wobei diese beiden Vorgelegewellen Antriebswellen verschiedener Gruppengänge darstellen, und daß in bekannter Weise diejenigen Schaltkupplungen Synchroneinrichtungen aufweisen, die die jeweils leerlaufende Rädergruppe ansynchronisieren müssen.

2. Stufenlos einstellbares, leistungsverzweigendes Verbund- Lastschaltgetriebe mit Gruppenschaltungen nach dem Oberbegriff dadurch gekennzeichnet, daß das stufenlos einstellbare, leistungsverzweigende Koppelgetriebe ein vierwelliges Umlaufgetriebe aufweist, das aus drei gekoppelten Planetenstufen besteht, und zwar aus Stufe I mit dem Sonnenrad 1, Hohlrad 2 und Steg s mit den Planetenrädern p, aus Stufe II mit dem Sonnenrad 1′, Hohlrad 2′ und Steg s′ mit den Planetenrädern p′ und aus Stufe III mit dem Sonnenrad 1″, Hohlrad 2″ und Steg s″ mit den Planetenrädern p″, wobei einerseits das Sonnenrad 1 und das Sonnenrad 1″ mit dem Steg s′ und andererseits der Steg s mit dem Hohlrad 2′ und dem Hohlrad 2″ gekoppelt ist und wobei der Steg s die Antriebswelle an, das Hohlrad 2 die Koppelwelle A und der Steg s″ die Koppelwelle E bildet und schließlich die Sonnenradwelle 1′ über ein Stellgetriebe, z. B. über ein hydrostatisches Stellgetriebe, mit der Antriebswelle an oder der Koppelwelle A oder der Koppelwelle E verden wird.

3. Stufenlos einstellbares, leistungsverzweigendens Verbund- Lastschaltgetriebe mit Gruppenschaltungen nach dem Oberbegriff dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare, leistungsverzweigende Koppelgetriebe ein vierwelliges Umlaufgetriebe aufweist, das aus drei gekoppelten Planetenstufen besteht, und zwar aus Stufe I mit dem Sonnenrad 1, Hohlrad 1 und Steg s mit den Planetenrädern p, aus Stufe II mit dem Sonnenrad 1′, Hohlrad 2′ und Steg s′ mit den Planetenrädern p′ und aus Stufe III mit dem Sonnenrad 1″, Hohlrad 2″ und Steg s″ mit den Planetenrädern p″, wobei die Hohlräder 2 und 2′ miteinander verbunden sind und die Antriebswelle an darstellen, die Stege s′ und s″ eine Einheit bilden und als Koppelwelle E fungieren und das Hohlrad 2″ die Koppelwelle A ist und wobei die Planetenräder p′ und p″ miteinander verbunden sind und ferner der Steg s und das Sonnenrad 1′ eine Einheit bilden und schließlich die miteinander verbundenen Sonnenräder 1 und 1″ für den Anschluß eines Stellgetriebes, z. B. eines hydrostatischen Getriebes, vorgesehen sind, das ferner mit der Antriebswelle an oder der Koppelwelle A oder der Koppelwelle E verbunden wird.