DE602004009697T2

DE602004009697T2 - Hydromechanisches getriebe für landwirtschaftstraktoren

Info

Publication number: DE602004009697T2
Application number: DE602004009697T
Authority: DE
Inventors: Angelo Ripamonti; Giovanni Rivoltella
Original assignee: Same Deutz Fahr Group SpA
Current assignee: Same Deutz Fahr Group SpA
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2024-08-14
Also published as: MXPA06002110A; US7465245B2; ITTO20030649A1; DE04764114T8; EP1660789B1; BRPI0413221A; ATE376637T1; WO2005019697A1; AR045285A1; DE04764114T1; EP1660789A1; US20070004547A1; DE602004009697D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares hydromechanisches Getriebe für landwirtschaftliche Traktoren, insbesondere spezielle Traktoren, die in Obstplantagen oder dgl. verwendet werden sollen.
Traktoren dieser Art benötigen Getriebe, die extrem kompakt sind, sowohl im Hinblick auf die Höhe als in der Breitenrichtung des Fahrzeugs, da das Getriebe unter dem Antriebsbereich des Fahrzeugs zwischen den Fußrasten des Fahrers aufgenommen ist. Hydromechanische Getriebe der bekannten Art sind für den Einbau in diese landwirtschaftlichen Traktoren kaum geeignet, da sie erhebliche Gesamtquerabmessungen haben.
Die GB 1181526 , die als der nächststehende Stand der Technik angesehen wird, umfasst ein hydromechanisches Getriebe für landwirtschaftliche Traktoren, umfassend:

– eine Eingangswelle, die zu dem Motor koaxial ist,
– eine Kraftausgabewelle,
– eine hydrostatische Einheit, die auf einer zur Motorwelle parallelen Achse angeordnet ist,
– eine Verzweigungsgetriebeeinheit vom epizyklischen Typ mit ersten und zweiten Eingangswellen und einer Ausgangswelle.

Hiervon unterscheidet sich der Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 dadurch, dass die Verzweigungseinheit zwei Ausgangswellen, die mit der Getriebeausgangswelle durch eine Hoch- und Niederbereichskupplungen aufweisende Kupplungseinheit miteinander verbunden sind, sowie eine Umkehreinheit aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein hydromechanisches Getriebe für landwirtschaftliche Traktoren anzugeben, insbesondere für spezielle Traktoren, die in Obstplantagen oder dgl. verwendet werden sollen, das eine Struktur hat, die so kompakt wie möglich ist.
Diese und andere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines stufenlos verstellbaren hydromechanischen Getriebes, welches die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aufweist, vollständig erfüllt. Weitere vorteilhafte Charakteristika der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen spezifiziert.
Kurz gesagt, beruht die Erfindung auf der Idee, ein stufenlos verstellbares hydromechanisches Getriebe anzugeben, umfassend:

– eine hydrostatische Einheit, die eine Pumpe mit variabler Verdrängung, die von der Primärantriebswelle des Traktors angetrieben werden kann, sowie einen von der Pumpe angetriebenen Motor mit fester Verdrängung enthält, wobei die Pumpe und der Motor in Reihe entlang einer Richtung angeordnet sind, die mit Abstand quer abwärts von der Achse der Primärantriebswelle und von der Achse der Welle der Kraftausgabe des Traktors angeordnet ist;
– eine epizyklische Drehmomentverzweigungseinheit, die in Reihe mit der hydrostatischen Einheit angeordnet ist und eine erste und eine zweite Eingangswelle enthält, die mit dem Motor der hydrostatischen Einheit bzw. dem Primärantrieb des Traktors gekoppelt ist, sowie zumindest eine erste und eine zweite Ausgangswelle;
– eine Kupplungseinheit, die in Reihe mit der hydrostatischen Einheit und mit der Drehmomentverzweigungseinheit positioniert und angeordnet ist, um die Ausgangswelle des Getriebes selektiv mit der ersten oder zweiten Ausgangswelle der Drehmomentverzweigungseinheit zu koppeln, derart, um ein Paar von Vorwärtsbetriebsbereichen vorzusehen;
– eine Umkehreinheit, die in Reihe mit der hydrostatischen Einheit, der Drehmomentverzweigungseinheit und der Kupplungseinheit positioniert ist und angeordnet ist, um einen Rückwärtsbetriebsbereich bereitzustellen.

Die Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die nur als nicht einschränkendes Beispiel angegeben ist, in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, worin:
1 ist eine schematische Darstellung eines stufenlos verstellbaren hydromechanischen Getriebes gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2 ist der Ravigneaux-Drehzahlgraph, der sich auf die Drehmomentverzweigungseinheit des Getriebes von 1 bezieht;
3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung eines hydromechanischen Getriebes gemäß der Erfindung;
4 ist der Ravigneaux-Drehzahlgraph, der sich auf die Drehmomentverzweigungseinheit des Getriebes von 3 bezieht;
5 ist der Ravigneaux-Drehzahlgraph, der sich auf die Umkehreinheit der Getriebe der 1 und 3 bezieht; und
6 ist ein Graph, der eine Betriebscharakteristik im Diagramm der Geschwindigkeit des Traktors/der Drehzahl der Ausgangswelle der hydrostatischen Einheit zeigt, die mit einem Getriebe gemäß der Erfindung erhalten werden kann.
Zuerst in Bezug auf 1 ist ein stufenlos verstellbares hydromechanisches Getriebe gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung allgemein mit T bezeichnet.
Das Getriebe T hat eine Eingangswelle IS, die mittels einer Kupplung Ci mit einem Brennkraftmaschinenprimärantrieb (nicht gezeigt) eines landwirtschaftlichen Traktors gekoppelt werden kann. Die Eingangswelle IS ist zu einer Welle S1 der Kraftausgabe des Traktors koaxial, welche sich in der Längsrichtung des Traktors entlang einer Achse x1 erstreckt.
Das Getriebe T umfasst eine hydrostatische Einheit HU, die aus einer Pumpe P mit variabler Verdrängung und einem Motor M mit fester Verdrängung besteht, die in Reihe entlang einer Achse x2 angeordnet sind, die parallel zu der Achse x1 und hiervon nach unten versetzt ist. Natürlich könnte auch der Motor M vom Typ mit variabler Verdrängung sein.
Das Getriebe T umfasst auch eine mechanische Drehmomentverzweigungseinheit TSU vom epizyklischen Typ, die in Reihe mit der hydrostatischen Einheit HU angeordnet ist.
Die Eingangswelle IS trägt ein erstes Zahnrad G1, das mit einem Zahnrad G2 in Eingriff steht, das an einer Eingangswelle S2 der hydrostatischen Einheit HU getragen ist. Die Pumpe P der hydrostatischen Einheit kann daher mittels dieser ersten Zahnradanordnung G1–G2 vom Primärantrieb des Traktors angetrieben werden.
Die Drehmomentverzweigungseinheit TSU enthält:

– ein erstes Eingangssonnenrad A, das mit einer Ausgangswelle S3 der hydrostatischen Einheit HU antriebsmäßig verbunden ist, in anderen Worten, mit einer ersten Eingangswelle der Einheit TSU;
– ein zweites Eingangssonnenrad B, das mit einer zweiten Eingangswelle S4 der Einheit TSU antriebsmäßig verbunden ist, hergestellt in der Form einer Hohlwelle, in die die Welle S3 eingesetzt ist;
– ein Ausgangssonnenrad D, das mit einer ersten Ausgangswelle S5 der Einheit TSU antriebsmäßig verbunden ist; und
– einen Doppelplanetenträger C, der an seinem Innenumfang drei mit 120° Winkelabstand voneinander angeordnete Sätze (in 1 ist nur einer davon gezeigt) von drei Planetenrädern sb, sa, sd trägt, die zur Drehung miteinander antriebsmäßig verbunden sind, und an seinem Außenumfang drei Planetenräder se, die mit 120° Winkelabstand voneinander angeordnet sind (in 1 ist nur eines davon gezeigt).

Jedes der Planetenräder sb kämmt mit dem Sonnenrad B, jedes der Planetenräder sa kämmt indirekt mit dem Sonnenrad A über die Planetenräder Se, und jedes der Planetenräder sd kämmt mit dem Sonnenrad D. Der Planetenträger C ist mit der zweiten Ausgangswelle S6 der Einheit TSU antriebsmäßig verbunden, die in der Form einer Hohlwelle hergestellt ist, in die die erste Ausgangswelle S5 eingesetzt ist.
Die Eingangswelle IS trägt auch ein zweites Zahnrad G3, das mit dem Zahnrad G4 kämmt, das von der Eingangswelle S4 der Drehmomentverzweigungseinheit TSU getragen wird. Die Einheit TSU erhält daher ein Drehmoment von dem Primärantrieb des Traktors durch diese zweite Zahnradanordnung G3–G4 sowie von der hydrostatischen Einheit HU (durch die Welle S3 und das Sonnenrad A).
Das Getriebe T umfasst auch eine Umkehreinheit RU vom epizyklischen Typ, die in Reihe mit der hydrostatischen Einheit HU und mit der Drehmomentverzweigungseinheit TSU entlang der Längsachse x2 angeordnet ist.
Die Umkehreinheit RU enthält:

– ein erstes Sonnenrad Ar, das mit einer ersten Eingangswelle S7 der Einheit RU antriebsmäßig verbunden ist, welche in der Form einer Hohlwelle hergestellt ist, die mit der zweiten Ausgangswelle S6 der Drehmomentverzweigungseinheit TSU zum drehenden Antrieb verbunden ist;
– ein zweites Sonnenrad Br, das mit sowohl einer zweiten Eingangswelle S8 als auch mit einer Ausgangswelle OS der Einheit RU antriebsmäßig verbunden ist, wobei die zweite Eingangswelle S8 in die erste hohle Eingangswelle S7 eingesetzt ist und die Ausgangswelle OS auch die Ausgangswelle des Getriebes T bildet, welches durch Kegelrad G5 die Hinterräder des Traktors in Drehung versetzt und durch eine Zahnradanordnung G6–G7 die Vorderräder in Drehung versetzt; und
– einen Doppelplanetenträger Cr, der an seinem Innenumfang drei mit 120° Winkelabstand angeordnete Sätze (in 1 ist nur einer davon gezeigt) von zwei Planetenrädern sar und sbr trägt, die zur Drehung miteinander antriebsmäßig verbunden sind, und auf einem Außenumfang drei Planetenräder sdr, die mit 120° Winkelabstand angeordnet sind (in 1 ist nur eines davon gezeigt).

Jedes der Planetenräder sar kämmt mit dem Sonnenrad Ar, und jedes der Planetenräder sbr kämmt indirekt mit dem Sonnenrad Br über ein entsprechendes Planetenrad sdr. Der Planetenträger Cr ist in Bezug auf die Eingangs- und Ausgangswellen der Einheit RU drehbar gelagert und kann mittels einer Bremsvorrichtung BD an sich bekannter Bauart blockiert werden.
Die Kupplungseinheit CU ist zwischen der Drehmomentverzweigungseinheit TSU und der Umkehreinheit RU eingefügt und enthält:

– eine erste Kupplung Cw zum Kuppeln der ersten und zweiten Eingangswelle S7, S8 der Umkehreinheit RU, um einen ersten Niedergeschwindigkeits-"Arbeit"-Betriebsbereich des Getriebes vorzusehen, wie er nachfolgend im Detail erläutert wird; und
– eine zweite Kupplung Ct zum Kuppeln der ersten Ausgangswelle S5 der Drehmomentverzweigungseinheit TSU mit der zweiten Eingangswelle S8 der Umkehreinheit RU, um einen zweiten Höhergeschwindigkeits-"Transport"-Betriebsbereich des Getriebes vorzusehen, wie er im Rest der Beschreibung veranschaulicht wird.

Auch ist ein Satz von Geschwindigkeitssensoren vorgesehen, die in der dargestellten Ausführung umfassen: einen ersten Sensor ss1, der der Ausgangswelle S3 der hydrostatischen Einheit HU zugeordnet ist, einen zweiten Sensor ss2, der dem Zahnrad G3 zugeordnet ist, der an der Eingangswelle IS des Getriebes T getragen wird, sowie in dritter Sensor ss3, der dem Zahnrad G6 zugeordnet ist, der von der Ausgangswelle OS der Getriebes T getragen wird. Diese Sensoren führen einem elektronischen Controller des Getriebes (nicht gezeigt) jeweilige Signale zu.
Nun wird der Betrieb der vorgenannten einzelnen Komponenten des Getriebes im Detail beschrieben.
Die Kupplung Ci, die die Kupplung der Brennkraftmaschine des Traktors mit dem Getriebe T ermöglicht, wird durch Drucköl hydraulisch betätigt und wird daher ausgerückt, wenn die Maschine steht. Die Kupplung Ci unterstützt den Start der Brennkraftmaschine, da sie diese von den stromabwärtigen Komponenten trennt, und wegen ihrer Trägheit. Wenn der Traktor steht und die Kraftabgabewelle arbeitet, trennt die Kupplung Ci die Brennkraftmaschine von dem Getriebe T, um hierdurch die Energieverschwendung drastisch zu reduzieren. Die Kupplung Ci kann auch, in einem Notfall, die Brennkraftmaschine von dem Getriebe und daher von den Rädern abkoppeln.
Die zwei Zahnradanordnungen G1–G2 und G3–G4 treiben die hydrostatische Einheit HU und die Drehmomentverzweigungseinheit TSU jeweils an. Insbesondere überträgt die Zahnradanordnung G1–G2 die Bewegung der Pumpe P mit variabler Verdrängung der hydrostatischen Einheit HU mit einer Drehzahl, die, bei konstantem Übertragungsverhältnis τ₁₂, durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine des Traktors bestimmt ist. Die Zahnradanordnung G3–G4 überträgt die Bewegung des Sonnenrads B der Drehmomentverzweigungseinheit TSU mit einer Drehzahl rpmB, die, bei konstantem Übertragungsverhältnis τ₃₄, durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt ist.
In Bezug auf die hydrostatische Einheit HU sei angenommen, dass die Kupplung Ci eingerückt ist und die Brennkraftmaschine des Traktors mit konstanter Drehzahl rpmE läuft (z. B. mit der Drehzahl maximalen Drehmoments), die Pumpe 1 von der Brennkraftmaschine durch die Zahnradanordnung G1–G2 mit konstanter Drehzahl rpmP gleich rpmE/τ₁₂ angetrieben wird, und diese wiederum den Motor M antreibt, während ihre eigene Verdrängung stufenlos verändert wird. Diese Verdrängungsveränderung erhält man durch Verändern der Neigung einer Taumelscheibe vom an sich bekannten Typ, die die Kolben der Pumpe P trägt und die z. B. durch zwei proportionale Solenoidventile angetrieben wird, die von dem elektronischen Controller geeignete Steuersignale erhalten, je nachdem, ob der Traktorfahrer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringern oder erhöhen möchte. Die Drehzahl rpmA des Motors M und des hiermit verbundenen Sonnenrads A verändert sich daher stufenlos zwischen einem Wert rpmA = rpmP und einem Wert rpmA = –rpmP, wenn sich die Neigung der Scheibe zwischen einem maximalen positiven Wert und einem maximalen negativen Wert verändert.
Bevorzugt ist, wie in der Ausführung von 1 gezeigt, das Übertragungsverhältnis τ₁₂ der Zahnradanordnung G1–G2 gleich dem Übertragungsverhältnis τ₃₄ der Zahnradanordnung G3–G4 (τ₁₂ = τ₃₄ = τ), unter der Annahme, dass zumindest anfänglich die volumetrische Effizienz der Pumpe P und Motor M-Einheit gleich 1 ist, sodass die Pumpe P und das Sonnenrad B mit der gleichen Drehzahl rpmP = rpmB = rpmE/τ rotieren. Die Drehzahl rpmA des Motors M und des hiermit verbundenen Sonnenrads A verändert sich daher stufenlos zwischen rpmB und –rpmB.
Was die Drehmomentverzweigungseinheit TSU betrifft, so wird diese sowohl von dem Hydraulikmotor M der hydrostatischen Einheit HU durch das Sonnenrad A, das sich mit einer Drehzahl rpmA dreht, welche (zwischen –rpmB und +rpmB) variabel ist, als auch durch die Brennkraftmaschine des Traktors über das Sonnenrad B, das sich mit einer konstanten Drehzahl rpmB dreht, angetrieben.
Die Drehzahlen der Sonnenräder A, B und D und das Planetenträgers C der Einheit TSU korrelieren miteinander so, wie im Ravigneaux-Graph von 2 gezeigt, worin za, zb und zd jeweils die Zähnezahlen der Planetenräder sa, sb und sd angeben, wohingegen zA, zB und zD jeweils die Zähnezahlen der Sonnenräder A, B und D angeben. Unter Fortführung der vorhergehenden Annahme, dass sich das Sonnenrad B mit einer konstanten Drehzahl rpmB dreht, während das Sonnenrad A mit einer Drehzahl rpmA dreht, die zwischen –rpmB und +rpmB variiert, wird die Drehzahlcharakteristik des Sonnenrads B durch den Punkt VB repräsentiert, wird jene des Sonnenrads A durch das Segment repräsentiert, das zwischen den Punkten VA1 (wo rpmA = –rpmB) und VA2 (wo rpmA = +rpmB) liegt, wird jene des Planetenträgers C durch das Segment repräsentiert, das zwischen den Punkten VC1 (wo rpmC = 0) und VC2 (wo rpmC = +rpmB) liegt, und wird jene des Sonnenrads D durch das Segment repräsentiert, das zwischen den Punkten VD1 (wo rpmD = +rpmB) und VD2 (wo rpmD = k × rpmB, wobei k eine Konstante ist, die von der Zähnezahl der Zahnräder der epizyklischen Drehmomentverzweigungseinheit TSU abhängig ist), liegt.
Den vorgenannten ersten "Arbeit"-Betriebsbereich erhält man durch Einrücken der Kupplung Cw der Kupplungseinheit CU und indem man sowohl die andere Kupplung Ct der Einheit CU als auch die Bremsvorrichtung BD der Umkehreinheit RU ausgerückt lässt, derart, dass die Ausgangswelle OS des Getriebes T mit der zweiten Ausgangswelle S6 der Drehmomentverzweigungseinheit TSU gekoppelt wird, welche mit dem Planetenträger C antriebsmäßig verbunden ist. Wenn sich die Drehzahl des Hydraulikmotors M der hydrostatischen Einheit HU zwischen –rpmB und +rpmB verändert, verändert sich auf diese Weise die Drehzahl des Planetenträgers C zwischen 0 und +rpmB (wie im oben beschriebenen Ravigneaux-Graph gezeigt), und daher verändert sich die Geschwindigkeit des Traktors zwischen 0 und dem Wert v_work, z. B. gleich 20 km/h.
Bei der Geschwindigkeit v_work drehen sich die Platten und Gegenplatten der Kupplungen Cw und Ct mit der gleichen Geschwindigkeit rpmB, wie aus dem oben beschriebenen Ravigneaux-Graph ersichtlich ist. In der Tat dreht sich die Platte der Kupplung Cw, die mit der Ausgangswelle S6 und mit dem Planetenträger C der Drehmomentverzweigungseinheit TSU antriebsmäßig verbunden ist, mit der Geschwindigkeit rpmB gemeinsam mit der zugeordneten Gegenplatte, mit der sie zur Drehung gekoppelt ist. Was die Kupplung Ct betrifft, ist die Gegenplatte mit der Gegenplatte der Kupplung Cw antriebsmäßig verbunden und dreht sich daher mit rpmB, wie auch die Platte, die von der Ausgangswelle der Einheit TSU getragen ist, die mit dem Sonnenrad D antriebsmäßig verbunden ist. Somit wird es möglich, die Kupplung Cw auszurücken und die Kupplung Ct einzurücken, um hierdurch den "Transport"-Betriebsbereich zu erhalten, worin die Ausgangswelle OS des Getriebes T durch das Sonnenrad Br und die Welle S8 der Umkehreinheit RU mit der ersten Ausgangswelle S5 der Drehmomentverzweigungseinheit TSU gekoppelt ist, die mit dem Sonnenrad D antriebsmäßig verbunden ist. Da sich die Drehzahl des Hydraulikmotors M der hydrostatischen Einheit HU zwischen +rpmB und –rpmB verändert, verändert sich an diesem Punkt die Drehzahl des Sonnenrads D zwischen +rpmB und k × rpmB (als Ergebnis des oben beschriebenen Ravigneaux-Graphs), und daher verändert sich die Geschwindigkeit des Traktors zwischen v_work und einem Maximalwert v_max, z. B. gleich angenähert 45 km/h.
Ein dritter "Rückwärts"-Betriebsbereich zum Rückwärtsfahren des Traktors (bis zu einer Maximalgeschwindigkeit v_rev von z. B. angenähert 25 km/h) erhält man durch Betätigen der Bremsvorrichtung BD der Umkehreinheit RU derart, um den Planetenträger Cr zu blockieren.
Unter der Annahme, dass der Planetenträger blockiert ist, werden die Drehzahlen der Sonnenräder Ar und Br des Planetenträgers Cr der Umkehreinheit RU so miteinander korreliert, wie im Ravigneaux-Graph von 5 gezeigt, worin zar und zbr jeweils die Zähnezahlen der Planetenräder sar und sbr angeben, während zAr und zBr jeweils die Zähnezahlen der Sonnenräder Ar und Br angeben. Das Eingangssonnenrad Ar ist mit dem Planetenträger C der Drehmomentverzweigungseinheit TSU antriebsmäßig verbunden, und daher verändert sich dessen Drehzahl rpmAr zwischen 0 und +rpmB, wenn sich rpmA zwischen –rpmB und +rpmB verändert. Das Ausgangssonnenrad Br, das mit der Ausgangswelle OS des Getriebes T antriebsmäßig verbunden ist, dreht sich in entgegengesetzter Richtung zum Eingangsrad Ar, um hierdurch die Ausgangsbewegung umzukehren, mit einer Drehzahl rpmBr im Bereich von 0 (von rpmAr = rpmC = 0) bis k' × rpmB (wenn rpmAr = rpmC = rpmB) reicht, wobei k' eine Konstante ist, die von der Zähnezahl der Zahnräder der epizyklischen Einheit RU abhängig ist.
Die drei Betriebsbereiche "Arbeit", "Transport" und "Rückwärts" werden im Graph von 6 angegeben, die die Veränderung der Drehzahlen rpmA (Eingangssonnenrad A), rpmB (Eingangssonnenrad B), rpmC (Planetenträger C) und rpmD (Ausgangssonnenrad D) als Funktion der Geschwindigkeit des Traktors zeigt.
Der Betrieb des Getriebes T wird durch den vorgenannten elektronischen Controller gesteuert/geregelt, welcher das Übertragungsverhältnis stufenlos reguliert, und daher die Geschwindigkeit des Traktors, indem er die Drehzahl der Ausgangswelle der hydrostatischen Einheit ändert und das Einrücken und/oder Ausrücken der Kupplungen steuert, z. B. gemäß vom Fahrer gegebenen Befehlen mittels an sich bekannter elektrohydraulischer Vorrichtungen und gemäß der Information über die Kraft und das Drehmoment an den Reifen und an der Brennkraftmaschine. Die Signale, die der Drehzahl der Ausgangswelle der hydrostatischen Einheit, der Eingangswelle des Getriebes und der Ausgangswelle des Getriebes entsprechen, die von den jeweiligen Sensoren ss1, ss2 und ss3 gelesen wurden, zusätzlich zu jenen der Brennkraftmaschine (die von einem in den Figuren nicht gezeigten bestimmten Sensor erfasst werden), werden als Rückkopplungssignale zur geschlossenschleifigen Regelung des Getriebes verwendet.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Charakteristik der Erfindung ist die hydrostatische Einheit HU des Getriebes T so ausgestaltet, dass die Maximaldrehzahl des Motors M erreicht wird mit einer Neigung der Scheibe der Pumpe P, die geringer ist (z. B. angenähert 10%) als die maximal erreichbare Neigung. Es gibt daher einen Reserveneigungswinkel der Scheibe, was ermöglicht, dass die Drehzahl des Hydraulikmotors M auf Werte von weniger als –rpmB gebracht wird, wie durch das Segment VA1–VA3 angegeben, das im Ravigneaux-Graph von 2 in einer unterbrochenen Linie gezeigt ist.
Auf diese Weise kann, wenn das Getriebe im "Arbeit"-Bereich arbeitet (d. h. wenn die Kupplung Cw eingerückt ist, die Kupplung Ct ausgerückt ist und die Bremsvorrichtung BD der Umkehreinheit RU gelöst ist), ein Umkehren bei niedriger Geschwindigkeit ausgeführt werden, z. B. bis zu angenähert –2 km/h, wie durch das Segment VC1–VCR des Ravigneaux-Graphs gezeigt, ohne die Umkehreinheit zu benötigen. Diese Betriebszustand ist besonders nützlich, wenn die Position des Traktors dauernd korrigiert werden muss, z. B. während des Kuppeins eines transportierten oder geschleppten Geräts.
Ähnlich ist, wenn das Getriebe im "Transport"-Bereich arbeitet (d. h. wenn die Kupplung Ct eingerückt ist, die Kupplung Cw ausgerückt ist und die Bremsvorrichtung BD der Umkehreinheit RU gelöst ist) möglich, eine Maximalgeschwindigkeit des Traktors oberhalb der Geschwindigkeit v_max (z. B. von anngenähert 2,5 km/h) zu erreichen, indem das Getriebe in dem Abschnitt der Charakteristik arbeiten gelassen wird, die durch das Segment VD2–VD3 des Ravigneaux-Graphs definiert ist, oder um die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu reduzieren, während die gleiche maximale Geschwindigkeit des Traktors beibehalten wird, um den Kraftstoffverbrauch und den Geräuschpegel zu begrenzen.
Wie aus der vorgehenden Beschreibung klar wird, bietet das Getriebe gemäß der Erfindung den Vorteil einer extrem kompakten Struktur, weil die hydrostatische Einheit, die Drehmomentverzweigungseinheit, die Kupplungseinheit und die Umkehreinheit in Reihe entlang einer Längsachse angeordnet sind, die von der Achse der Kraftausgabewelle des Traktors nach unten versetzt ist. Diese Charakteristik der Kompaktheit wird ferner durch die besondere Konstruktion des die Drehmomentverzweigungseinheit bildenden epizyklischen Getriebezugs ohne Ringrad gewährleistet.
Nun wird eine zweite Ausführung eines hydromechanischen Getriebes gemäß der Erfindung kurz in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben, worin jenen Teilen und Elementen, die jenen der zuvor beschriebenen 1 und 2 identisch sind oder diesen entsprechen, die gleichen Bezugssymbole gegeben worden sind.
Die Struktur dieser zweiten Ausführung des Getriebes T ist im Wesentlichen identisch zu jener der ersten Ausführung, außer dass die Drehmomentverzweigungseinheit TSU aus einem epizyklischen Getriebezug ohne Ringrad besteht. In diesem Fall enthält die Drehmomentverzweigungseinheit TSU tatsächlich:

– ein erstes Eingangssonnenrad A, das mit der Ausgangswelle S3 der hydrostatischen Einheit HU antriebsmäßig verbunden ist;
– einen Eingangsplanetenträger C, der mit der Eingangswelle S4 der Einheit TSU antriebsmäßig verbunden ist, die in der Form einer Hohlwelle ausgebildet ist, in die die Welle S3 eingesetzt ist;
– ein Ausgangssonnenrad D, das mit der ersten Ausgangswelle S5 der Einheit TSU antriebsmäßig verbunden ist;
– ein Ausgangsringrad B, das mit der zweiten Ausgangswelle S6 der Einheit TSU antriebsmäßig verbunden ist;
– wobei der Planetenträger C trägt: drei Sätze von Planetenrädern sb und sd, die mit 120° Winkelabstand angeordnet sind (in 3 ist nur eines davon gezeigt), wobei diese Zahnräder zur Drehung miteinander antriebsmäßig verbunden sind; und
– drei Planetenräder sa, die mit 120° Winkelabstand voneinander angeordnet sind (in 3 ist nur eines davon gezeigt), wobei jedes der Planetenräder sb indirekt mit dem Sonnenrad A über ein entsprechendes Planetenrad sa kämmt und jedes der Planetenräder sd zwischen dem Sonnenrad D und dem Ringrad B eingefügt ist.

Die Drehzahlen der Sonnenräder und des Planetenträgers sind so korreliert, wie im Ravigneaux-Graph in 4 gezeigt. Da im Gegensatz zur ersten Ausführung in diesem Fall die Drehzahl rpmC des Planetenträgers konstant ist, wird der Planetenträger von der Brennkraftmaschine durch die Zahnradanordnung G3–G4 direkt angetrieben, wohingegen die Drehzahl rpm des Eingangssonnenrads A zwischen –rpmC und +rpmC variiert, als Funktion der Veränderung der Verdrängung der Pumpe P der hydrostatischen Einheit HU. Wenn sich die Drehzahl rpmA des Sonnenrads A zwischen –rpmC und +rpmC verändert, verändert sich daher die Drehzahl rpmB des Ausgangsringrads B zwischen 0 und +rpmC (dem Segment VB1–VB2), um hierdurch den "Arbeits"-Betriebsbereich vorzusehen, worin die Geschwindigkeit des Traktors zwischen 0 und z. b. 20 km/h variiert. Wenn dann rpmA zwischen +rpmC und –rpmC verändert wird, ändert sich die Drehzahl rpmD des Ausgangssonnenrads D zwischen +rpmC und k × rpmC (dem Segment VD1–VD2), wobei k ein Parameter ist, der von der Konstruktion der epizyklischen Einheit TSU abhängig ist, um hierdurch den "Transport"-Betriebsbereich vorzusehen, worin sich die Geschwindigkeit des Traktors z. B. zwischen 20 km/h und 60 km/h verändert.
In Bezug auf die Lösung, die eine Drehmomentverzweigung ohne Ringrad verwendet, hat diese zweite Ausführung eine geringere gesamte axiale Abmessung, da sie anstelle des Dreifachplanetengetriebes sb-sa-sd ein Doppelplanetengetriebe sb-sd verwendet, hat aber eine größere gesamte radiale Abmessung aufgrund des Vorhandenseins des Ringrads B. Diese zweite Lösung ergibt auch Werte von k, die größer als jene sind, die man im Falle der Verzweigung ohne Ringrad erhält (z. B. Werte gleich oder größer als 3, anstelle Werte von angenähert 2–2,5), und daher größere Maximalgeschwindigkeiten als jene der Lösung ohne Ringrad, oder alternativ, für die gleiche Maximalgeschwindigkeit, die Möglichkeit des Schaltens vom "Arbeit"-Bereich zum "Transport"-Bereich bei niedriger Geschwindigkeit (z. B. bei angenährt 15 km/h anstatt 20 km/h). Wie die Version ohne Ringrad ermöglicht auch diese zweite Lösung, dass der Lauf bei maximalem Winkel der Pumpenscheibe dazu benutzt wird, während des Betriebs im "Arbeits"-Bereich umzukehren, ohne die Kupplung Cw ausrücken zu müssen und die Bremsvorrichtung BD betätigen zu müssen.
Während das Prinzip der Erfindung unverändert bleibt, können natürlich die Ausführungen und Details der Konstruktion von den beschriebenen und dargestellten weithin verändert werden, lediglich als nicht einschränkendes Beispiel.

Claims

Stufenlos verstellbares hydromechanisches Getriebe für landwirtschaftliche Traktoren, umfassend: eine Eingangswelle (IS), die zur Kopplung mit einem Primärantrieb des Traktors angeordnet ist und sich entlang einer ersten Richtung (x1) erstreckt, die mit der Welle des Primärantriebs und mit einer Welle (S1) der Kraftabnahme des Traktors im wesentlichen fluchtet; eine Ausgangswelle (OS); eine hydrostatische Einheit (HU), die eine Pumpe (P) mit variabler Verdrängung, die zum Antrieb durch die Primärantriebswelle des Traktors angeordnet ist, und einen von der Pumpe (P) angetriebenen Motor (M) enthält, worin die Pumpe und der Motor im wesentlichen in Reihe entlang einer zweiten Richtung (x2) mit Querabstand unterhalb von der ersten Richtung (x1) positioniert sind; eine Drehmomentverzweigungseinheit (TSU) vom epizyklischen Typ, die im wesentlichen in Reihe mit der hydrostatischen Einheit (HU) entlang der zweiten Richtung (x2) positioniert ist und eine erste und eine zweite Eingangswelle (S3, S4) enthält, die mit dem Motor (M) der hydrostatischen Einheit (HU) bzw. dem Primärantrieb des Traktors gekoppelt ist, und zumindest eine erste und eine zweite Ausgangswelle (S5, S6), wobei sich die Drehzahlen der ersten und der zweiten Ausgangswelle (S5, S6) jeweils in einem ersten und einem zweiten Bereich (VD1–VD2, VC1–VC2; VD1–VD2, VB1–VB2), die einander benachbart sind, bei hoher Geschwindigkeit bzw. niedriger Geschwindigkeit verändern, wenn sich die Drehzahl der ersten Eingangswelle (S3) zwischen eine Maximalwert (rpmA; rpmC) und einem Minimalwert (–rpmA; –rpmC) verändert; eine Kupplungseinheit (CU), die im wesentlichen in Reihe mit der hydrostatischen Einheit (HU) und mit der Drehmomentverzweigungseinheit (TSU) entlang der zweiten Richtung (x2) positioniert und angeordnet ist, um die Ausgangswelle (OS) des Getriebes selektiv mit der ersten oder der zweiten Ausgangswelle (S5, S6) der Drehmomentverzweigungseinheit (TSU) derart zu koppeln, dass ein Paar von Vorwärtsbetriebsbereichen („Transport” und „Arbeit") bei hoher bzw. niedriger Geschwindigkeit bereitgestellt wird; und eine Umkehreinheit (RU), die im wesentlichen in Reihe mit der hydrostatischen Einheit (HU), der Drehmomentverzweigungseinheit (TSU) und der Kupplungseinheit (CU) entlang der zweiten Richtung (x2) positioniert ist und zwischen die Kupplungseinheit (TU) und die Ausgangswelle (OS) des Getriebes eingefügt ist, wobei die Einheit angeordnet ist, um einen Rückwärtsbetriebsbereich („rückwärts") bereitzustellen.
Hydromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es auch eine erste Kupplung (Ci) aufweist, um die Eingangswelle (IS) des Getriebes der Welle des Primärantriebs des Traktors zu koppeln.
Hydromechanisches Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (IS) in der Form einer Hohlwelle hergestellt ist und in sich die Welle (S1) der Kraftabnahme des Traktors aufnimmt.
Hydromechanisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (IS) ein erstes und ein zweites Antriebszahnrad (G1, G3) trägt, die mit einem dritten Abtriebszahnrad (G2), das mit einer Antriebswelle (S2) der Pumpe (P) der hydrostatischen Einheit (HU) gekoppelt ist, bzw. mit einem vierten Abtriebszahnrad (G4), das mit der zweiten Eingangswelle (S4) der Drehmomentverzweigungseinheit (TSU) gekoppelt ist, in Eingriff stehen, derart, dass die Pumpe (P) und die Welle (S4) durch die Eingangswelle (IS), in anderen Worten durch den Primärantrieb des Traktors, jeweils mit entsprechenden konstanten vorbestimmten Gangverhältnissen (τ₁₂, τ₃₄) durch die Zahnräder (G1–G2) und (G3–G4) angetrieben werden.
Hydromechanisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentverzweigungseinheit (TSU) enthält: – ein erstes Eingangssonnenrad (A), das mit der ersten Eingangswelle (S3) in Antriebsverbindung steht; – ein zweites Eingangssonnenrad (B), das mit der zweiten Eingangswelle (S4) in Antriebsverbindung steht; – ein Ausgangssonnenrad (D), das mit der ersten Ausgangswelle (S5) in Antriebsverbindung steht; und einen Doppelplanetenträger (C), der auf einem Innenumfang Sätze von drei Planetenrädern (sa, sb, sd), die zur Drehung miteinander in Antriebsverbindung stehen, nämlich ein erstes Planetenrad (sa), ein zweites Planetenrad (sb) und ein drittes Planetenrad (sd), und auf einem Außenumfang vierte Planetenräder (se) trägt; wobei jedes erste Planetenrad (sa) mit dem ersten Eingangssonnenrad (A) über ein entsprechendes viertes Planetenrad (se) in Eingriff steht, jedes zweite Planetenrad (sb) mit dem zweiten Eingangssonnenrad (B) ein Eingriff steht und jedes dritte Planetenrad (sd) mit dem Ausgangssonnenrad (D) in Eingriff steht; wobei der Planetenträger (C) auch mit der zweiten Ausgangswelle (S6) in Antriebsverbindung steht.
Hydromechanisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentverzweigungseinheit (TSU) enthält: – ein erstes Eingangssonnenrad (A), das mit der ersten Eingangswelle (S3) in Antriebsverbindung steht; – einen Eingangsplanetenträger (C), der mit der zweiten Eingangswelle (S4) in Antriebsverbindung steht; – ein Ausgangssonnenrad (D), das mit der ersten Ausgangswelle (S5) in Antriebsverbindung steht; – ein Ausgangsringrad (B), das mit der zweiten Ausgangswelle (S6) in Antriebsverbindung steht; wobei der Planetenträger (C) trägt: Sätze zweier Planetenräder (sb, sd), die zur Drehung miteinander in Antriebsverbindung stehen, nämlich ein erstes Planetenrad (sb) und ein zweites Planetenrad (sd), und dritte Planetenräder (sa), wobei jedes erste Planetenrad (sb) mit dem Eingangssonnenrad (A) über ein entsprechendes drittes Planetenrad (sa) in Eingriff steht und jedes zweite Planetenrad (sd) zwischen das Ausgangssonnenrad (D) und das Ausgangsringrad (B) eingefügt ist.
Hydromechanisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehreinheit (RU) enthält: – eine erste und eine zweite Eingangswelle (S7, S8); – ein erstes Sonnenrad (Ar), das mit der ersten Eingangswelle (S7) in Antriebsverbindung steht; – ein zweites Sonnenrad (Br), das sowohl mit der zweiten Eingangswelle (S8) als auch der Ausgangswelle (OS) des Getriebes in Antriebsverbindung steht; und – einen Doppelplanetenträger (Cr), der an einem Innenumfang Sätze zweier Planetenräder (sar, sbr), die zur Drehung miteinander in Antriebsverbindung stehen, nämlich ein erstes Planetenrad (sar) und ein zweites Planetenrad (sbr), und an einem Außenumfang dritte Planetenräder (sdr) trägt, wobei jedes erste Planetenrad (sar) mit dem ersten Sonnenrad (Ar) in Eingriff steht und jedes zweite Plantenrad (sbr) mit dem zweiten Sonnenrad (Br) über ein entsprechendes drittes Planetenrad (sdr) in Eingriff steht, wobei der Radträger (Cr) in Bezug auf die Eingangs- und Ausgangswellen (S6, S7, OS) drehbar angebracht ist und über eine Bremsvorrichtung (BD) sperrbar ist.
Hydromechanisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (CU) enthält: – eine erste Kupplung (Cw) zum Kuppeln der ersten und der zweiten Eingangswelle (S7, S8) der Umkehreinheit (RU), um den Niedergeschwindigkeits-Vorwärts-Betriebsbereich („Arbeit") des Getriebes bereitzustellen; und – eine zweite Kupplung (Ct) zum Kuppeln der ersten Ausgangswelle (S5) der Drehmomentverzweigungseinheit (TSU) mit der zweiten Eingangswelle (S8) der Umkehreinheit (RU), um den Hochgeschwindigkeit-Vorwärts-Betriebsbereich („Transport”) des Getriebes bereitzustellen.
Hydromechanisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es auch einen elektronischen Controller aufweist, um die Drehzahl der Pumpe (P) der hydrostatischen Einheit (HU) zum Einrücken oder Ausrücken der Kupplungen (Ci, Ct, Cw) und zum Aktivieren oder Deaktivieren der Bremsvorrichtung (BD) der Umkehreinheit (RU) gemäß vorbestimmten Betriebsmodi zu setzen, um die vorgenannten Vorwärtsbetriebsbereiche („Arbeit” und „Transport") und den Rückwärtsbetriebsbereich („Rückwärts") bereitzustellen.
Hydromechanisches Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es auch einen ersten Drehzahlsensor (ss1) zum Erfassen der Drehzahl der Ausgangswelle (S3) der hydrostatischen Einheit (HU), in anderen Worten jene der ersten Eingangswelle der Drehmomentverzweigungseinheit (TSU), einen zweiten Drehzahlsensor (ss2) zum Erfassen der Drehzahl der Eingangswelle (IS) des Getriebes sowie einen dritten Drehzahlsensor (ss3) zum Erfassen der Drehzahl der Ausgangswelle (OS) des Getriebes umfasst, wobei jeder der Sensoren dem elektronischen Controller des Getriebes ein entsprechendes Signal zuführt.
Hydromechanisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Einheit (HU) eine Drehzahl der ersten Eingangswelle (S3) der Drehmomentverzweigungseinheit (TSU), deren Modul größer ist als der Modul des Minimalwerts (–rpmA; –rpmC) derart zuführen kann, dass es dann, wenn das Getriebe im Niedergeschwindigkeitsarbeitsbereich („Arbeit") arbeitet, möglich ist, bei niedriger Geschwindigkeit umzukehren, ohne die Umkehreinheit (RU) und die Kupplungseinheit (CU) betätigen zu müssen.