DE68917538T2

DE68917538T2 - Leistungsgetriebe mit veränderlicher Uebersetzung.

Info

Publication number: DE68917538T2
Application number: DE68917538T
Authority: DE
Inventors: Malcolm Tomlinson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2009-06-14
Also published as: EP0347186A3; DE68917538D1; EP0347186B1; EP0347186A2; US4950208A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis für Kraftfahrzeuge.
Bekannte Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge umfassen im wesentlichen Drehmomentwandler mit Umlaufgetrieben mit gestuftem Übersetzungsverhältnis, die ausgezeichnete Kraftabnahmemerkmale aufweisen und Getriebeumschaltungen bei voller Leistung ermöglichen.
Solche bekannte Getriebe weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, wie z. B.:

Wirkungsgrad

Bei der Vervielfachung von Drehmoment neigen bekannte Automatikgetriebe zu einem sehr geringen Wirkungsgrad. Wenn beispielsweise eine Bremsmomenteinheit mit einem Verhältnis von 3 : 1 das Zweifache des Antriebsdrehmomentes erzeugt, dann beträgt ihr Wirkungsgrad typischerweise weniger als 70%. Solche Verluste sind bei Fahrzeugen mit hohem Kraft-Gewichts-Verhältnis akzeptabel, z. B. bei Fahrzeugen mit starker Motorisierung, da dieser Zustand transient ist, während bei Fahrzeugen mit geringem Kraft-Gewichts-Verhältnis, wie z. B Lastkraftwagen, die Drehmomentvervielfachung vom Wandler bei steiler Bergauffahrt über längere Zeiträume erforderlich ist, wobei die sich ergebenden Leistungsverluste von den Fahrern kritisiert werden und auch eine erhebliche Ölkühlung erfordern.

Motorbremsung

Die meisten modernen Drehmomentwandler weisen eine Kupplungseinrichtung auf, die gewöhnlich nur in höhere Gänge einrückt, um Schlupf und Interferenz zu verhindern, die aber möglicherweise eine begrenzte Motorbremsung (Überlauf) nur in diesen Gängen ermöglichen. Der Einbau einer solchen Kupplungseinrichtung bei niedrigen Gängen würde Stoßbelastungen bei der Umschaltung und infolgedessen möglicherweise Schäden am Getriebe verursachen.
Außerdem würde während des Überlaufs eine uneingekuppelte Wandlerturbine das Laufrad überlaufen, was nicht nur alle Übersetzungsverhältnisse effektiv reduziert, einschließlich des bereits flacheren ersten Ganges bei Automatikgetrieben, sondern auch zu einer Überhitzung der Getriebeflüssigkeit bei längeren Gefällstrecken führen kann.
Da bei Lastkraftwagen in den unteren Gängen häufig eine Motorbremsung erforderlich ist, um Bremsversagen bei starken Gefällstrecken zu verhindern oder zu reduzieren, die bei Diesel-Lastkraftwagen durch Einsatz einer Motorbremse häufig verstärkt wird, die aber für konventionelle Automatikgetriebe nicht verfügbar ist, gibt es folglich einen größeren Bedarf an einfachen Kraftbremssystemen mit Drehmomentwandler-Automatikgetrieben, ein Problem, das nur durch den Einbau einer Form von Retarder in das Getriebe oder durch einen separaten Retarder als Zusatz gemildert werden kann, wodurch Zusatzkosten entstehen.
Einige Alternativen für Drehmomentwandler-Automatikgetriebe sind:
(a) elektronisch steuerbare Getriebe mit gestuftem Übersetzungsverhältnis und manueller Umschaltung, die eine elektronische Auskupplung beim Umschalten erfordern und als E.M.S.-Getriebe bekannt sind; und
(b) kontinuierlich variable Getriebe, die nachfolgend als "CVT"-Getriebe bezeichnet werden, die gewöhnlich im Hinblick auf ihre Drehmoment-/Leistungskapazität und ihre Verhältnisspanne beschränkt sind und einen geringeren Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung haben als Sammelgetriebe, die aber eine optimale Motordrehzahl und eine maximale Motorbremsung über vergleichsweise große Drehzahlbereiche erleichtern können.
In der gattungsmäßigen US-A-4470326 (M.R. Schmidt) ist ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis offenbart, das einen Variator, einen Zahnradantrieb und ein Umlaufgetriebe aufweist, wobei der Variator und der Zahnradantrieb parallel zueinander über jeweilige Lastpfade betrieben werden, die sich am Umlaufgetriebe vereinigen, so daß der Kraft- und Drehmomenteingang am Variator stets geringer ist als der Gesamteingang am Getriebe, und wobei der Variator aufeinanderfolgend zwischen seinen Betriebsverhältnisendpunkten zwecks Erzeugung einer Mehrzahl von Betriebsarten mit variablem Verhältnis eingestellt wird, die aneinandergereiht werden, so daß sich ein im wesentlichen stufenloser Übergang zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsarten mit variablem Verhältnis unter kontinuierlicher Kraftübertragung zum Getriebe ergibt.
In dieser Anordnung des Standes der Technik ist der Variator stets parallel zum Zahnradantrieb, arbeitet aber als sogenannter "Doppelpfad"-Eingang zu dem sich vereinigenden Umlaufgetriebe in den ungeraden (1, 3, 5 und 7) Betriebsarten, wobei der Krafteingang zur Antriebsscheibe des Variators mit wachsendem Teilkreisdurchmesser (TKD) größer wird. In den geraden (2, 4, 6 und 8) Betriebsarten zirkuliert er jedoch das Drehmoment, was bedeutet, daß das Drehmoment an der Antriebsscheibe des Variators auf seinem Maximalwert ist, wenn sich der TKD dieser Scheibe auf einem Minimalwert befindet. Die Kapazität des Variators muß dies also bewältigen können. Mit anderen Worten, in diesen sogenannten Betriebsarten mit "zirkulierendem Drehmoment" verringert eine Scheibe des Variators die Drehzahl, um eine Erhöhung der Getriebeabtriebsdrehzahl zu erzielen. Somit muß der Variator maximales Drehmoment und maximale Kraft übertragen, wenn sich die Variatorkapazität auf einem Minimum befindet. Dies kann überwunden werden, so daß die Variatorleistung mit steigender Kapazität wächst, wodurch die Belastung des Variators an dessen Kapazität angepaßt werden kann, indem das Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, das die obengenannten Nachteile in bezug auf bekannte Typen solcher Getriebe überwindet oder wenigstens erheblich verringert und das einen oder mehrere Variatoren aufweist.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis und bei Bedarf ein Getriebe mit stufenlos variablem Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, das eine höhere Kapazität, eine größere Verhältnisspanne, eine bessere Motorbremsung und einen höheren Wirkungsgrad aufweist, so daß die Nachteile in Verbindung mit bekannten Automatikgetrieben und mit CVT-Getrieben mit Direktvariator überwunden werden.
Demgemäß ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl eines unmittelbar mit einem Element des Umlaufgetriebes verbundenen Variatorelementes relativ zu dem anderen Variatorelement erhöht wird, das über ein Getriebe oder unmittelbar mit der Antriebswelle verbunden ist, so daß eine entsprechende Erhöhung der Gesamtabtriebsdrehzahl des Getriebes für alle seine Betriebsarten mit variablem Übersetzungsverhältnis erhalten wird.
Der Variator kann zwischen seinen Betriebsverhältnisendpunkten zurückgespult werden, um einen darauffolgenden Modus mit variablem Verhältnis zu beginnen, wobei Volleistungsantrieb durch einen zugehörigen Getriebezug bei im wesentlichen gleichem Gesamtübersetzungsverhältnis aufrechterhalten bleibt, wodurch ein im wesentlichen stufenloser Übergang zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsarten erleichtert wird.
Auch der Eingang zu dem Variator kann an den Betriebsverhältnisendpunkten zwischen seinen angetriebenen Elementen umgeschaltet werden, um einen darauf folgenden Modus mit variablem Verhältnis zu beginnen, während Volleistungsantrieb über einen zugehörigen Getriebezug mit im wesentlichen demselben Gesamtübersetzungsverhältnis aufrechterhalten wird, was wiederum einen im wesentlichen stufenlosen Übergang zwischen aufeinanderfolgenden variablen Betriebsarten erleichtert.
Die Drehzahl des angetriebenen Variatorelementes, auf das die Antriebsleistung umgeschaltet wird, kann mit der Drehzahl des angetriebenen Variatorelementes synchronisiert werden, von dem die Antriebsleistung geschaltet wird.
Außerdem kann der Motorantrieb zu dem Variator bei seinen Betriebsverhältnisendpunkten für den Beginn eines darauf folgenden Modus mit variablem Verhältnis auf einen anderen Variator am entgegengesetzten Betriebsverhältnisendpunkt bei im wesentlichen gleichem Gesamtübersetzungsverhältnis geschaltet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis kann auch zum Übertragen von Überlaufdrehmoment ohne Schlupf über den vollen stufenlosen Betriebsbereich verwendet werden, um auf diese Weise eine maximale Bremsung des zugehörigen Motors oder einer anderen Kraftmaschine zu erleichtern. In der Tat erleichtern der stufenlose Charakter und die große Verhältnisspanne eines Getriebes, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, eine optimale Motorbremsleistung von Höchstgeschwindigkeit bis auf beispielsweise 3 mph (5 km/h), wobei die verfügbare Verlangsamung mit sich verringernder zugehöriger Fahrzeuggeschwindigkeit exponentiell steigt.
Die Variatorriemenbelastung bzw. die Zugkraft wird vorzugsweise während des/der gesamten Betriebsbereiche(s) des/der Variators/Variatoren konstant gehalten und die Verhältnisspannen der variablen Betriebsarten können benutzt werden, um die Variatorbelastungen zu reduzieren.
Die Verhältnisspannen der Betriebsarten mit variablem Verhältnis erzeugen vorteilhafterweise unterschiedliche Variatorbelastungen für verschiedene Verhältnisbereiche, wodurch die Belastungen über einen häufig benutzten Verhältnisbereich verringert werden.
Außerdem kann ein Antrieb mit festem Verhältnis, das im wesentlichen gleich den Verhältnisendpunkten der benachbarten Betriebsarten mit variablem Verhältnis ist, betrieben werden, während die variablen Betriebsarten vorbereitet werden. Zusätzlich können die Verhältnisspannen aufeinanderfolgender Betriebsarten mit variablem Verhältnis im wesentlichen gleich sein, wobei die Drehzahl(en) des Eingangs/der Eingänge zu dem/den Variator(en) mit der Leistungskapazität des Variators/der Variatoren kompatibel ist/sind. Außerdem kann ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenes Getriebe ein Bereichswechsel-Sammelgetriebe beinhalten, so daß wenigstens ein variabler Variatormodus mit einer anderen Abtriebsdrehzahl wiederholt werden kann, so daß es sich stufenlos über die Gesamtverhältnisspanne des Getriebes erstreckt.
Für einen Kraftabnahmebetrieb des erfindungsgemäßen Getriebes aus dem Ruhezustand kann eine Flüssigkeits-, Magnet- oder Zentrifugalkupplung, ein Flüssigkeitsschwungrad, eine am Schwungrad befindliche mechanische Kupplung oder eine Naßkupplung verwendet werden.
Es kann eine Abstufung jeweils zwischen Betriebsarten mit festem und variablem Verhältnis oder zwischen benachbarten variablen Betriebsarten vorgesehen und ein festes Endübersetzungsverhältnis zum Entlasten des Variators/der Variatoren benutzt werden. Benachbarte variable Betriebsarten können auch überlappen.
Eine hydraulische Kraftquelle kann in jedem beliebigen Modus mit festem Endübersetzungsverhältnis abtrennbar sein, während ein Reduktionsumlaufgetriebe verwendet werden kann, um einen besonders niedrigen variablen Modus bereitzustellen.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Getriebes der in Frage stehenden Art ist ein abgestuftes, zusammengesetztes Planetenrad- Umlaufgetriebe zum Umschalten des Variatorabtriebes von dem kleineren auf das größere der beiden zusätzlichen Sonnenräder des Umlaufgetriebes vorgesehen, um dessen Verhältnis zu reduzieren und die Verringerung der Spanne des variablen Modus zu mildern, die sonst aus einer Vergrößerung des Abtriebsdrehzahlbereiches durch eine Erhöhung der Drehzahl des Zahnradantriebs zu dem Umlaufgetriebe resultieren würde.
Das Getriebe kann auch ein gestuftes, zusammengesetztes Planetenrad- Umlaufgetriebe aufweisen, dessen größeres Sonnenrad so geschliffen werden kann, daß es einen umgekehrten Abtrieb zu dem Antrieb des zugehörigen Trägers erzeugt.
Außerdem kann der Variatorantrieb mit Hilfe einer konventionellen Kraftabnahmekupplung getrennt werden, um manuelle gestufte Zwischenschaltungen zu ermöglichen. In den Verhältnisspannen der Betriebsarten mit variablem Verhältnis kann wenigstens ein Antrieb mit festem Verhältnis enthalten sein.
Auch das Kuppeln kann so angeordnet werden, daß es bei im wesentlichen null Drehzahlunterschied zwischen entsprechenden Elementen des Getriebes erfolgt, so daß eine simultane Betätigung auf separaten Antriebspfaden erleichtert wird, so daß "heiße Umschaltungen" vermieden werden. Welcher Typ von Umlaufgetriebe auch verwendet wird, beispielsweise ein einfaches ein zusammengesetztes oder ein zusammengesetztes mit zusätzlichen Sonnenrädern, es kann, vorzugsweise mit entsprechenden parallelen Zahnrädern, so angeordnet werden, daß komplementäre Verhältnisbereiche entstehen, um die gewünschte stufenlose Aneinanderreihung zu erleichtern.
Außerdem können für alle variablen Betriebsarten ähnliche Gesamtverhältnisspannen vorgesehen werden, so daß die Variatorbelastungen in jedem Modus ähnlich sind, solange ihre Antriebsdrehzahlen ähnlich sind.
In einer anderen Ausgestaltung beinhaltet das Getriebe einen Antrieb mit festem Verhältnis, das im wesentlichen gleich den Verhältnisendpunkten benachbarter variabler Betriebsarten ist und das in Betrieb sein kann, während die variablen "vorbereitet" werden.
Auch hier kann der Volleistungsantrieb von einem Variator bei dessen Endverhältnis auf einen anderen Variator bei dessen Anfangsverhältnis bei gleichem Gesamtübersetzungsverhältnis geschaltet werden, während der letztere durch den Einbau eines Bereichswechsel-Sammelgetriebes stufenlos erweiterbar ist, so daß die variablen Betriebsarten bei unterschiedlichen Drehzahlen wiederholt werden können.
Wie oben angedeutet, ist eine Kraftabnahme aus dem Ruhezustand durch Einbauen einer Flüssigkeitskupplung, ähnlichen, bekannten Kraftabnahmemitteln und/oder einer am Schwungrad sitzenden mechanischen Kupplung möglich. Alternativ kann eine Kraftabnahme aus dem Ruhezustand auch durch Einrücken der Getriebekupplungen bewirkt werden.
Das feste Endübersetzungsverhältnis (Abtrieb) kann zum Entlasten des Variators/der Variatoren benutzt und eine hydraulische Kraftquelle (Antrieb) kann in dem Modus mit dem Endverhältnis abgetrennt werden.
Bevor die verschiedenen Verfahren zum Betreiben eines Getriebes mit variablem Verhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben werden, wird eine allgemeinere Einführung in die Erfindung anhand von Hintergrundinformationen als angebracht angesehen.
Demgemäß wird für den Rest dieser Beschreibung der Begriff "Halb-CVT" allgemein zur Beschreibung eines Getriebes mit variablem Verhältnis benutzt, bei dem bei Wechseln von einer Stufe zur anderen das Verhältnis konstant bleibt und das Getriebe streng genommen somit nicht kontinuierlich variabel ist. Es ist jedoch stufenlos variabel, ein bedeutendes Merkmal, das Wechsel bei voller Leistung zwischen Stufen oder Betriebsarten erleichtert und "heiße Umschaltungen" eminiert.
Durch Verwenden eines Variators, der nur das Sonnenrad einer Umlauf- Zahnradgruppe antreibt und durch Ausgleichen eines solchen Antriebs mit Hilfe eines Getriebes mit festem Verhältnis zu einem zugehörigen Träger oder Hohlrad braucht der Variator lediglich einen Bruchteil des Gesamtantriebsdrehmoments und der Gesamtkraft zu der Zahnradgruppe zu tragen.
Dafür ist die Abtriebsverhältnisspanne einer bestimmten Stufe jedoch kleiner als die Verhältnisspanne des Variators, beispielsweise 2 : 1 bei einem Variator mit einem Verhältnis von 5 : 1.
Um die Ausgangsverhältnisspanne stufenlos zu erweitern, nutzt das Getriebe dann eines der drei folgenden weiteren Prinzipien:
(i) das RÜCKSPUL-Prinzip, bei dem ein Antrieb mit festem Verhältnis, das dem resultierenden Gesamtverhältnis bei einem Verhältnisendpunkt des variablen Modus entspricht, eingekuppelt wird, so daß der Variator zurückgespult werden und die zugehörige Umlauf-Zahnradgruppe gewechselt werden kann, so daß nach einem erneuten Einkuppeln des Variators dieser dasselbe Verhältnis erzeugt, wie es am Ende der vorhergehenden variablen Stufe bestand, und von dort weitergeht, nachdem zunächst der zugehörige Antrieb mit festem Verhältnis ausgekuppelt wurde;
(ii) Das ABWECHSELUNGS-Prinzip, bei dem ein Antrieb mit festem Verhältnis, das dem resultierenden Gesamtverhältnis an einem Endpunkt des variablen Modus entspricht, eingekuppelt ist, so daß der Variatorantrieb auf das bisherige Abtriebselement umgeschaltet werden kann, wodurch sich eine Rückspulung des Variators erübrigt, die den entsprechenden Wechseln von Umlauf-Zahnradgruppe und zugehörigem Getriebe entspricht, um dasselbe Ausgangsverhältnis zu erzeugen wie das Verhältnis am Endpunkt des vorhergehenden variablen Modus und von dort weitergeht, nachdem der zugehörige Antrieb mit festem Verhältnis zunächst ausgekuppelt wurde; und
(iii) das DOPPELVARIATOR-Prinzip, bei dem ein zweiter Variator, dessen Antrieb sich am anderen Endpunkt des ersten Variators befindet und der mit einem zweiten Umlaufgetriebe plus einem ausgeglichenen Zahnradantrieb verbunden ist, eingekuppelt ist, so daß die Abtriebsverhältnisse beider Antriebe miteinander übereinstimmen, worauf der erste Variator getrennt und in Vorbereitung auf eine weitere (dritte) progressive Stufe zurückgespult wird, indem die ausgleichende Getriebedrehzahl und möglicherweise auch das Verhältnis der Umlauf-Zahnradgruppe justiert wird, indem von der zweiten auf die dritte variable Stufe auf eine Weise umgeschaltet wird, die dem Umschalten von der oben beschriebenen ersten auf die zweite variable Stufe ähnlich ist. Alternativ kann die Verhältnisspanne durch Einbauen eines abwärtigen Bereichswechsel-Sammelgetriebes erweitert werden, so daß der erste und der zweite variable Modus über den hohen Bereich wiederholt werden kann, d. h. der flachere Endpunkt des zweiten variablen Modus im niedrigen Bereich entspricht dem tiefsten Endpunkt des ersten variablen Modus im hohen Bereich am Umschaltpunkt.
Es muß verstanden werden, daß eine Umkehr dieser Folgen das gesamte Getriebe auf sein ursprüngliches Anfangsverhältnis zurückbringt.
Damit das erfindungsgemäße Verfahren besser verständlich wird, werden verschiedene Typen von Getrieben mit variablem Verhältnis zur Anwendung eines solchen Verfahrens nachfolgend beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht des ersten Getriebetyps mit variablem Verhältnis, bei dem das Doppelvariatorprinzip angewendet wurde und der zwei Scheibenvariatoren aufweist, mit vier variablen Stufen und Direkt- und Rückwärtsantrieb;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines zweiten Getriebetyps mit variablem Verhältnis, der ebenfalls das Doppelvariatorprinzip anwendet, aber zwei Hayes/Perbury-Variatoren aufweist, mit vier variablen Stufen und Direkt- und Rückwärtsantrieb, sowie bei Bedarf einer besonders niedrigen variablen Stufe;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines dritten Getriebetyps mit variablem Verhältnis, bei dem das Rückspulprinzip angewendet wurde und der einen Scheibenvariator aufweist, mit zwei variablen und zwei festen Betriebsarten plus Rückwärtsantrieb;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines vierten Getriebetyps mit variablem Verhältnis, bei dem ebenfalls das Rückspulprinzip angewendet wurde und der wiederum einen Scheibenvariator aufweist, mit drei variablen und drei festen Betriebsarten plus Rückwärtsantrieb;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines fünften Getriebetyps mit variablem Verhältnis, der dem in Fig. 4 gezeigten Getriebe ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß es das Abwechslungsbetrieb anwendet;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines sechsten Getriebetyps mit variablem Verhältnis, bei dem ebenfalls das Abwechslungsprinzip angewendet wurde und der einen einzelnen Hayes/Perbury-Variator aufweist, mit vier variablen Betriebsarten sowie mit Direkt- und Rückwärtsgängen;
Fig. 7 eine Schnittansicht eines siebten Getriebetyps mit variablem Verhältnis, bei dem das Rückspulprinzip angewendet wurde und der einen Hayes/Perbury-Variator aufweist, mit drei festen und zwei variablen Betriebsarten und einer manuellen Kupplung;
Fig. 8A und 8B jeweils Schnittansichten von zwei Hinterachsenformen zur Verwendung mit einem der sieben in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Getriebetypen;
Fig. 9, 10 und 11 jeweils grafische Darstellungen von Verhältnisaneinanderreihungen und typischen Reduktionen von Variatorbelastung und -leistung;
Fig. 12 eine grafische Darstellung einer Folge von Elementen zur Erzeugung eines Getriebes mit fünf variablen Betriebsarten wie in Fig. 2 gezeigt;
Fig. 13 und 14 jeweils vereinfachte Anordnungen für ein Antriebsscheibengetriebe mit zwei variablen Betriebsarten und eine weitere mit einem Hayes/Perbury-Variator.
In den Zeichnungen veranschaulichen die Fig. 1 bis 7 Antriebe mit festem Verhältnis oder Direktantriebe, nachdem das entsprechende Getriebe bis auf sein flachstes Verhältnis übergegangen ist. Somit ist der Variator unter Dauergeschwindigkeitsbedingungen nicht nur entlastet, sondern das Getriebe fährt auch mit einem festen Verhältnis, wie es von Fahrern beim Fahren mit Dauergeschwindigkeit bevorzugt wird. Für im Start/Stoppbetrieb fahrende Fahrzeuge wie z. B. Stadtbusse wäre das feste Endverhältnis überflüssig. Die Kupplungen haben auch alphanumerische Bezugszeichen, um anzuzeigen, welche aktiviert werden müssen, wenn sich das Getriebe in einem bestimmten Modus befindet, z. B.:
F1 = 1. festes Verhältnis
F2 = 2. festes Verhältnis
V1 = 1. variable Verhältnisstufe
V2 = 2. variable Verhältnisstufe
Vn = xte variable Verhältnisstufe
D = Direktantrieb (1 : 1)
R = Rückwärtsantrieb
In den Zeichnungen sind die meisten Kupplungen auch als hydraulisch zu betätigende Mehrplatten-Naßkupplungen dargestellt, aber da es keine Kupplungen gibt, die unter Kraft synchronisiert werden müssen, könnten dies auch mechanisch zu betätigende oder unter bestimmten Umständen Synchron- oder Klauenkupplungen sein. Wie gezeigt, erfolgt die Kraftabnahme jedoch in den meisten Fällen über eine Flüssigkeitskupplung, obwohl es auch denkbar ist, daß aufgrund der mit Halb-CVTs erzielbaren tiefen Verhältnisse die Kraftabnahme durch die modulierte Betätigung von V1- oder F1-Kupplungen möglich ist, und zwar auf der Basis, daß die Energie für die Kraftabnahmesynchronisierung von Kupplungen umgekehrt proportional zum Quadrat des Übersetzungsverhältnisses ist. Eine sogenannte "Spar"-Version von Halb-CVT, d. h. das Getriebe von Fig. 7, hat eine normale Kupplungskraftabnahme und manuelle Synchronkupplungen, aber die Synchronkegel sind nicht dargestellt. Diese Art von Kupplung ist möglich, wenn die Kraftabnahmekupplung (Schwungrad) bei Zwischenumschaltungen ausgekuppelt ist. Bei dieser Anordnung sind auch Abstufungen (Stufen) zwischen Betriebsarten möglich, so daß die Gesamtverhältnisspanne erweitert wird.
In Fig. 7 sind zwar zwei variable Betriebsarten dargestellt, es ist jedoch auch möglich, daß die gestuften Zwischenumschaltungen nur einen einzigen variablen Modus erfordern, z. B.:
F1:V1max = 1,6) Das Ergebnis ist gleich
V1max:V1max = 2,2) einer Spanne von 4,576.
V1min:F2 = 1,3)
Es wird jetzt kurz auf die Fig. 8A und 8B eingegangen, in denen zwei stufenlose Getriebeformen dargestellt sind, die in die Antriebsköpfe eingebaut wurden, die wiederum in einem nackten Hinterachsengehäuse montiert sind. Dies ist möglich, weil die Stufenlosigkeit bedeutet, daß die starke obere Antriebszugträgheit keine Synchronisierung bei Modusänderungen erfordert, obwohl Doppelreduktionsachsen, d. h. eine Umlaufreduktion an einem Ende einer zugehörigen Halbwelle, für eine ausreichende Verhältnistiefe notwendig sein können.
Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß der Antriebszug nur einem Motordrehmoment ausgesetzt ist und daß somit keine Reaktion mit reduziertem Drehmoment an den Motoraufhängungen und praktisch kein "Kraftabhub" des rechten Hinterrades bei einer harten Beschleunigung auftreten.
Die spezifischen Typen von Halb-CVTs, die gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in den Begleitzeichnungen dargestellt betrieben werden, werden nachfolgend ausführlich beschrieben.

Fig. 1 - DOPPELVARIATOR-PRINZIP

Halb-CVT mit zwei Scheibenvariatoren, vier variablen Stufen Direktantrieb und Rückwärtsgang die eine Folge von V1, V2, V3, V4 und D und eine typische stufenlose Verhältnisspanne von 20 : 1 aufweisen

In Fig. 1 ist ein erster Typ von Halb-CVT dargestellt, bei dem eine Kraftmaschine, nämlich ein Motor (nicht dargestellt) zum Antreiben einer Flüssigkeitskupplung 1 und einer Hydraulikpumpe 2 über eine Pumpenkupplung 3 angeordnet ist. Der Abtrieb von der Flüssigkeitskupplung 1 ist mit einer Hauptwelle 4 verbunden, die in der Lage ist, selektiv Hauptwellenzahnräder 5, 6, 7 durch Einkuppeln der entsprechenden Kupplungen 8, 9, 10 anzutreiben, und kann unmittelbar mit einer Abtriebswelle 11 durch Einkuppeln einer anderen Kupplung 12 verkuppelt werden.
Das Hauptwellenzahnrad 5 greift in ein erstes Variator-Antriebszahnrad 13 ein, das über eine Welle 17 unmittelbar mit einer ersten Variatorantriebsscheibe 14 verbunden ist, die wiederum über einen Endlosriemen 16 mit einer ersten Variatorabtriebsscheibe 15 verbunden ist. Das Hauptwellenzahnrad 5 greift in ein zweites Variator-Antriebszahnrad 18 ein, das zum Antreiben einer zweiten Variator-Abtriebsscheibe 20 über einen weiteren Endlosriemen 21 mit einer zweiten Variator-Antriebsscheibe 19 verbunden ist. Die Variatorkupplung 8 ist während der variablen stets Betriebsarten eingekuppelt und in V1 wird ein Teil der Antriebskraft von der Hauptwelle 4 über die Kupplung 8 und die Zahnräder 5, 13 auf die erste Variator-Antriebsscheibe 14 und von dort über den Riemen 16 und die erste Variator-Abtriebsscheibe 15 auf eine Welle 22 übertragen, die mit einem Sonnenrad 23 eines zusammengesetzten Umlaufgetriebes 31 verbunden ist, das ein erstes Sonnenrad 23, ein Hohlrad 24, erste Planetenräder 29, ein zweites Sonnenrad 25, ein zweites Hohlrad 26, zweite Planetenräder 30 und einen Träger 27 aufweist. Die Hauptwelle ist so angeordnet, daß sie die restliche Antriebskraft über die Kupplung 9 überträgt, die in das Hauptwellenzahnrad 6 eingekuppelt ist, das in ein an dem Träger 27 befestigtes Zahnrad 28 eingreift.
Somit ist die V1-Antriebskraft in zwei ausgeglichene Pfade unterteilt, die sich an dem zusammengesetzten Umlaufgetriebe 31 vereinigen und eine Abtriebskraft an dem zweiten Hohlrad 26 erzeugen, das starr an einer Welle 32 befestigt ist, die über eine eingekuppelte Kupplung 33 und ein Zahnrad 34 die Abtriebskraft über ein Abtriebszahnrad 35 mit größerem Durchmesser auf die Abtriebswelle 11 überträgt.
Da die relativen Teilkreisdurchmesser der Antriebs- und der Abtriebsscheiben 14, 15 variieren, z. B. die Drehzahl von Scheibe 15 relativ zu Scheibe 14 erhöhen, wird bei entsprechenden Verhältnissen der Umlauf-Zahnradgruppe 31 und der Zahnräder 6, 28 die Drehzahl der Abtriebswelle 11 relativ zur Antriebswelle 4 erhöht, aber nicht in demselben Verhältnis wie die Scheiben. Wenn die Verhältnisspanne des Variators 5 : 1 beträgt, dann kann die Verhältnisspanne im V1-Modus durch Verwendung eines entsprechenden Getriebes typischerweise auf etwa 2,0 eingestellt werden.
Ebenso wird im V2-Modus ein Teil der Motorantriebskraft in der Hauptwelle 4 über die Kupplung 8 und die Zahnräder 5, 18 auf die zweite Variator-Antriebsscheibe 19 und über den Riemen 21 und die zweite Variator-Abtriebsscheibe 20 auf das Sonnenrad 36 eines einfachen Umlaufgetriebes 37 übertragen werden, das ein Sonnenrad 36, ein Hohlrad 39, einen Träger 38 und Planeträder 38a aufweist.
Die verbleibende Antriebskraft in der Hauptwelle 4 wird über die eingerückte Kupplung 10, das Zahnrad 7 und ein weiteres an dem Hohlrad 39 befestigtes Zahnrad 40 übertragen.
Somit ist auch der V2-Antrieb in zwei ausgeglichene Pfade unterteilt, die sich in dem einfachen Umlaufgetriebe 37 vereinigen und eine Abtriebskraft an dem Träger 38 und der damit verbundenen Welle 41 erzeugen, die über eine eingerückte Kupplung 42 und das Zahnrad 43 die Abtriebskraft über ein Abtriebszahnrad 35 mit größerem Durchmesser auf die Abtriebswelle 11 überträgt.
Wenn die Drehzahl der zweiten Variator-Abtriebsscheibe 20 relativ zur zugehörigen Antriebsscheibe 19 erhöht wird, dann kann diese Anordnung auch die Drehzahl der Abtriebswelle 11 um ein Verhältnis erhöhen, das ähnlich dem im V1- Betriebsmodus ist, z. B. 2,0 : 1. Außerdem kann das Anfangsverhältnis (tiefstes Verhältnis) des V2-Modus identisch oder im wesentlichen identisch sein mit dem Endverhältnis (flachstes Verhältnis) des V1-Modus, so daß eine kleine zeitliche Überlappung bei der Betätigung der Kupplungen 9, 33 und 10, 42 einen Volleistungsantrieb erleichtert, während von einem Modus auf den anderen umgeschaltet wird.
Somit ist der V3-Modus identisch mit dem V1-Modus, mit der Ausnahme, daß die Abtriebswelle 32 mit einer eingerückten Kupplung 44 und einem Zahnrad 45, das in ein Abtriebszahnrad 46 mit kleinerem Durchmesser eingreift, anstatt mit der Kupplung 33 und den Zahnrädern 34, 35 in dem oben beschriebenen V1-Modus verbunden ist.
Dieser Unterschied im Abtriebsgetriebe, nämlich 34, 35 im Gegensatz zu 45, 46, der effektiv auf einen Bereichswechsel hinausläuft, macht es möglich, daß das Anfangsverhältnis (tiefstes Verhältnis) von V3 gleich oder im wesentlichen gleich ist wie das Endverhältnis (flachstes Verhältnis) von V2, was wiederum eine kleine zeitliche Überlappung beim Einkuppeln der entsprechenden Kupplungen 10, 42 mit den Kupplungen 9, 44 ermöglicht, um eine volle Antriebsleistung beim V2/V3-Moduswechsel zu erleichtern.
Auch hier ist der V4-Modus dem V2-Modus sehr ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Abtriebswelle 41 mit einer eingerückten Kupplung 47 und dem Zahnrad 48, das in das Abtriebszahnrad 46 mit kleinerem Durchmesser eingreift, anstatt mit der Kupplung 42 und den eingreifenden Zahnrädern 43, 35 verbunden ist.
Der Unterschied im Abtriebsgetriebe macht es möglich, daß das Anfangsverhältnis (tiefstes Verhältnis) des V4-Modus gleich oder im wesentlichen gleich ist wie das Endverhältnis (flachstes Verhältnis) des V3-Modus, so daß eine kleine zeitliche Überlappung beim Einkuppeln der entsprechenden Kupplungen 9, 44 in die Kupplungen 10, 42 möglich ist, um wiederum einen Volleistungsantrieb während des zugehörigen Moduswechsels zu erleichtern.
Das Endverhältnis (flachstes Verhältnis) von V4 ist derart, daß die Abtriebswelle 11 im wesentlichen mit derselben Drehzahl rotiert wie die Hauptwelle 4, so daß die Hauptwelle 4 unmittelbar in die Abtriebswelle 11 eingekuppelt werden kann, indem die Kupplung 12 unmittelbar vor dein Ausrücken der Kupplungen 8, 10, 47 eingerückt wird, so daß ein Volleistungsantrieb während der Umschaltung vom V4- in den D-Modus möglich wird.
Der restiltierende Direktantrieb ist mit konventionellen Hinterachsen kompatibel.
Es muß auch bemerkt werden, daß der Drehmomenteingang zu den Variatoren weiter durch Einstellen ihrer Antriebsdrehzahlen über Zahnräder 5, 13 und 5, 18 mit entsprechenden Einstellungen der anderen Zahnrad- und/oder Umlaufgetriebeverhältnisse modifiziert werden kann, um da 3 gewünschte Gesamtübersetzungsverhältnis zu erzielen.
Wenn die Direktantriebskupplung 12, die von einer Flüssigkeitskupplungsturbine verbundene Welle 4 angetrieben wird, eine mechanisch betätigte Reibungskupplung im Gegensatz zu einer hydratilisch betätigten Kupplung ist, dann ist es möglich, eine andere mechanisch betätigte Reibungskupplung 3 auszukuppeln, um Pumpenladungsverluste im Direktmodus zu eliminieren, wenn die Variatoren getrennt werden. Sie würde natürlich wieder erneut eingekuppelt, um einen eventuell zugehörigen Hydraulikkreislauf vor einem eventuellen Herunterschalten aus dem D-Modus vorzubereiten. Es wird auch darauf hingewiesen, daß Kupplungen 9, 10 nicht unbedingt notwendig sind, aber eingebaut wurden, um die Variatoren im Direktmodus D vollständig zu trennen.
Der Rückwärtsbetrieb erfolgt durch ein Schieberrad 49, das mit der Hauptwelle 4 in Eingriffsbeziehung mit einem Zwischenrad 50 verkeilt ist, das bereits in ein starr an dem Zahnrad 34 befestigten Zahnrad 51 eingreift, wodurch das Rückwartsdrehmoment zum größeren Abtriebszahnrad 35 und der Abtriebswelle 11 übertragen wird.
Da jedoch noch ein gewisser Abtrieb (Rücktrieb) von der Flüssigkeitskupplung vorliegt, muß entweder die Hauptwelle durch eine Niederdruckbetätigung der Kupplung 12 bei der Rückwärtsgangeinkupplung arretiert oder eine Rückwärtsgang-Naßkupplung in den Getriebezug 51, 50, 49 eingebaut werden.
Der resultierende Verhältnisbereich dieser besonderen Art von Halb-CVT ist das Quadrat des Produktes der Verhältnisspannen der variablen Grundbetriebsarten, nämlich:
(V&sub1;·V&sub2;)² oder V&sub1;·V&sub2;·V&sub3;·V&sub4;
wobei V&sub1;, V&sub2;, V&sub3; und V&sub4;die Verhältnisspannen der jeweiligen Betriebsarten V1, V2, V3 und V4 sind.

Fig. 2 - DOPPELVARIATOR-PRINZIP

Halb-CVT mit zwei Hayes/Perbury-Variatoren, vier variablen Stufen, Direktantrieb und Rückwärtsgang mit einer Folge von V1, V2, V3, V4 und D und einer typischen stufenlosen Verhältnisspanne von 20 : 1

Die Grundprinzipien von Aufbau und Betrieb des zweiten Typs von Halb-CVT, der in Fig. 2 dargestellt ist, sind denen des unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Typs sehr ähnlich, mit der Ausnahme, daß bei diesem zweiten Getriebe jeder der beiden Hayes/Perbury-Variatoren einen koaxialen Antrieb und Abtrieb hat, wobei die Rotation jedes Abtriebs der des entsprechenden Antriebs entgegengesetzt ist. Demzufolge erfordert dieses System eine ganz andere Anordnung als die der Scheibenvariatoren des ersten Getriebes, die im wesentlichen darin besteht, daß vier Hauptachsen im Gegensatz zu drei Hauptachsen erforderlich sind.
In Fig. 2 treibt die Flüssigkeitskupplung 1, die von einem Motor (auch hier nicht dargestellt) als Kraftmaschine angetrieben wird, eine Antriebswelle 53 auf einer oberen Achse an, die starr mit einem Zahnrad 54 verbunden ist, das in ein anderes Zahnrad 55 eingreift, das an einer Gegenwelle 56 auf der unteren Achse befestigt ist. Wenn eine Kupplung 57 eingerückt wird, dann ist die Antriebswelle 53 mit einem Zahnrad 58 verkuppelt, das in die Zahnräder 59, 60 eingreift und über zugehörige Wellen 63, 64 entsprechende Hayes/Perbury-Variatoren 61, 62 in einer Richtung antreibt, die der der Antriebswelle 53 entgegengesetzt ist. Die Abtriebskräfte von den Variatoren 61, 62 haben jedoch die entgegengesetzte Richtung zu den Wellen 63, 64 und sind mit dem Antriebssonnenrad 23 eines zusammengesetzten Umlaufgetriebes 31 gemäß Fig. 1 und mit dem Antriebssonnenrad 36 eines einfachen Umlaufgetriebes 37 ebenfalls gemäß Fig. 1 verbunden. Die untere Bereichswechselanordnung ist ebenfalls oben unter Bezugnahme auf das erste Getriebe von Fig. 1 beschrieben und die Gegenwelle 56 weist Kupplungen 9, 10 und Zahnräder 6, 7 wie die Hauptwelle 4 von Fig. 1 auf
Somit wird im V1-Modus die Antriebskraft von der Antriebswelle 53 zwischen dem Sonnenrad 23 über die eingerückte Kupplung 57, die Zahnräder 58, 59, die Welle 63 und den Variator 61 einerseits und dem Träger 27 über Zahnräder 54, 55, die Welle 56, die eingerückte Kupplung 9 und die eingreifenden Zahnräder 6, 28 andererseits aufgeteilt, um eine kombinierte Abtriebskraft an dem Hohlrad 26 und einen Endabtrieb an einer Abtriebsweile 66 über die Welle 32, die eingerückte Kupplung 33 und die eingreifenden Zahnräder 34, 35 Zu erzeugen, wobei der Endabtrieb 66 der Richtung der Antriebswelle 53 entgegengesetzt ist.
Im V2-Modus ist der Antrieb von der Antriebswelle 53 zwischen dem Sonnenrad 36 über die Kupplung 57, die Zahnräder 58, 60, die Welle 64 und den Variator 62 einerseits und dem Hohlrad 39 über Zahnräder 54, 55, die Welle 56, die eingerückte Kupplung 10 und die eingreifenden Zahnräder 7, 40 andererseits aufgeteilt, um eine kombinierte Abtriebskraft am Träger 38 und einen Endabtrieb an der Abtriebswelle 66 über die Welle 41, die eingerückte Kupplung 42 und die eingreifenden Zahnräder 43, 35 zu erzeugen.
Für einen stufenlosen Übergang von V1 auf V2 ist das Endverhältnis (flachstes Verhältnis) von V1 gleich dem Anfangsverhältnis (tiefstes Verhältnis) von V2. Wie oben in bezug auf den ersten Typ von Halb-CVT beschrieben, sind die beiden oberen Verhältnisse V3 und V4 durch Übertragen ihrer entsprechenden Abtriebsdrehmomente auf die Abtriebswelle 66 über die Kupplung 44 und die Zahnräder 45, 46 bzw. über die Kupplung 47 und die Zahnräder 48, 46 anstatt über die eingerückte Kupplung und die eingreifenden Räder 33, 34, 35 bzw. 42, 43, 35 möglich.
Bei dem Endverhältnis von V4 erfolgt ein Antrieb F mit festem Verhältnis durch Einrücken einer Kupplung 68 und Ausrücken aller anderen Kupplungen. Dies erfolgt jedoch in Gegenrichtung zur Antriebswelle 53 und der Teilschnitt zeigt eine Anordnung zum Umwandeln aller Betriebsarten in einen Abtrieb mit gleicher Drehrichtung durch den Eingriff eines Zahnrades 69, das starr an den Bereichswechselzahnrädern 35, 46 der Gegenwelle befestigt ist, in ein Zahnrad 67, das starr an einer Abtriebswelle 11 befestigt ist, die sich auf derselben Achse befindet wie die Antriebswelle 53. Diese Anordnung erleichtert einen Direktkupplungs-Endantrieb D durch Einkuppeln der Kupplung 12 und Auskuppeln aller anderen Kupplungen.
Wie in Fig. 1, sind die Kupplungen 9, 10 für den Betrieb des Betriebes nicht wesentlich für den Betrieb des Getriebes, erleichtern jedoch das Trennen des Variators im D-Modus.
Der Rückwärtsbetrieb kann durch Verschieben eines mit der Hauptwelle 53 verkeilten Zahnrades 70 in Eingriffsbeziehung mit einem anderen Zahnrad 71 erzielt werden, das die Rotation des Zahnrades 43 umkehrt, wodurch die Drehrichtung der Abtriebskraft umgekehrt wird.
Um jedoch die Hauptwellendrehung durch Rücktrieb der Flüssigkeitskupplung zu überwinden, könnte die Kupplung 68 oder 12 vorübergehend durch Niederdruck beim In- Eingriff-Bringen der Rückwärtsgänge eingekuppelt werden.
Eine verbesserte Anordnung zur Erzielung eines Abtriebs mit gleicher Drehrichtung besteht darin, den Abtrieb von der Flüssigkeitskupplung 1 auf die Welle 56 anstatt auf die Welle 53 anzuwenden, wodurch die im Teilschnitt gezeigten Zahnräder 67, 69 eliminiert werden, und den oben unter Bezugnahme auf das erste Getriebe von Fig. 1 beschriebenen Rückwärtsgetriebezug zu benutzen.
Die Verhältnisspanne kann weiter durch Einbauen eines Reduktionsumlaufgetriebes 37a in die Abtriebswelle 41 des einfachen Umlaufgetriebes 37 erweitert werden. Dadurch ergibt sich ein besonders niedriger (EL) variabler Modus, indem der V2-Drehzahlbereich um eine entsprechende Menge verringert wird, so daß das flachste Verhältnis des EL-Modus an das Anfangsverhältnis des V1-Modus gereiht wird.
Somit arbeitet der EL-Modus wie der V2-Modus, mit der Ausnahme, daß außerdem die Kupplung 37c frei ist und das Bremsband 37b des Umlaufgetriebes 37a eingekuppelt wird, um das Hohlrad 37d zu schleifen, wodurch diese Drehzahlreduktion an der Welle 41 erzeugt wird.
Für V2- und V4-Betriebsarten ist das Bremsband 37b ausgekuppelt und die Kupplung 37c ist eingekuppelt.

Fig. 3 - RÜCKSPULPRINZIP

Halb-CVT mit Scheibenvariator, zwei variablen Betriebsarten, zwei festen Betriebsarten und Rückwärtsgang mit einer Folge von V1, F1, V2 und F2 und einer typischen stufenlose Verhältnisspanne von 4,0

Das oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschriebene erste und zweite Halb-CVT-Getriebe ist in der Lage, eine im wesentlichen kontinuierliche Verhältnisänderung über die gesamte Verhältnisspanne zu erzeugen, die typischerweise bei 20 : 1 oder mehr liegen könnte, wie dies für schwere Lastkraftwagen oder Geländefahrzeuge notwendig sein kann. Für kleinere Fahrzeuge ist die erforderliche Verhältnisspanne gewöhnlich niedriger als für größere Fahrzeuge und die Kosten von zwei Variatoren können sich auch durchaus als kommerziell zu hoch erweisen.
Demgemäß zeigt Fig. 3 einen dritten Typ von Halb-CVT, der eine solche Anforderung erfüllt.
Bei diesem dritten Getriebe treibt der Abtrieb von der Flüssigkeitskupplung 1 eine Hauptwelle 72, die feststehende Zahnräder 73 bis 77 aufweist und, über eine eingerückte Kupplung 78, eine Variatorantriebsscheibe 79 an, die über einen Endlosriemen 81 mit einer Variatorabtriebsscheibe 80 verbunden ist.
Im V1-Modus treibt der Anteil der Antriebskraft von der Abtriebsscheibe 80 ein erstes Sonnenrad 82 eines zusammengesetzten Umlaufgetriebes 83 an, das außer dem Sonnenrad 82 ein erstes Hohlrad 84, erste Planeträder 85, ein zweites Sonnenrad 86, ein zweites Hohlrad 87, zweite Planeträder 88 und einen Träger 89 umfaßt. Die Antriebswelle 72 überträgt auch die restliche Antriebskraft über ein erstes Hauptwellenzahnrad 73, ein Zahnrad 90, eine eingerückte Kupplung 91, eine Vorgelegewelle 92 und ein an der Vorgelegewelle befestigtes Zahnrad 93, das in ein weiteres, an dem Träger 89 befestigtes Zahnrad 94 eingreift.
Die Antriebspfade vereinigen sich an dem zusammengesetzten Umlaufgetriebe 83 und erzeugen einen Abtrieb an dem zweiten Hohlrad 82, das starr an einem Differentialträger 95 befestigt ist, und von dort über Hinterachswellenräder 98 und Ritzei 99 auf Abtriebswellen 96, 97.
Da sich die Drehzahl der Variatorabtriebsscheibe 80 relativ zur Antriebsscheibe 79 erhöht, erhöht sich die mittlere Drehzahl der Abtriebswelle 96, 97 relativ zur Antriebshauptwelle 72, wenn auch nicht in demselben Verhältnis. Wenn die Variator- Verhältnisspanne 5 : 1 beträgt, dann würde die Verhältnisspanne im V1-Modus typischerweise bei etwa 2,4 : 1 liegen.
Um zu ermöglichen, daß der Varintor bei diesem Verhältnis vor dem Arbeiten in einem schnelleren V2-Modus-Bereich zurückspult, wird die Antriebskraft von F1 mit festem Verhältnis abgenommen, was durch Einkuppeln einer Kupplung 102 in eine zweite Vorgelegewelle 103 erfolgt, wodurch die Antriebskraft von der Hauptwelle 72 über Zahnräder 75, 101 und die Vorgelegewelle 103 auf das zweite Vorgelegewelle- Abtriebszahnrad 100 übertragen wird, das in ein Endantriebszahnrad 104 eingreift, das auf einem Differentialträger 95 montiert ist. Auf diese Weise wird ein F1-Modus mit festem Verhältnis erzeugt, das gleich oder im wesentlichen gleich dem Endverhältnis (flachstes Verhältnis) des V1-Modus ist.
Mit dieser Anordnung kann die erste Vorgelegekupplung 91 ausgekuppelt werden, so daß der Variator zurückspulen kann.
Wenn eine solche Rückspulung nach etwa 2 Sekunden abgeschlossen ist, dann kann der V2-Modus durch Betätigen einer ersten Vorgelegekupplung 105 zum Antreiben des Planetenradträgers 89 mit einer höheren Drehzahl über Zahnräder 76, 106, die Welle 92 und eingreifende Zahnräder 93, 94 eingekuppelt werden, so daß das Anfangsverhältnis (tiefstes Verhältnis) das V2-Modus im wesentlichen gleich dem Endverhältnis (flachstes Verhältnis) des V1-Modus ist, wodurch ein stufenloser Übergang von V1 - F1 - V2 erleichtert wird.
Wenn das Variatorverhältnis von seinem Anfangsverhältnis auf sein Endverhältnis wechselt, dann ändert sich auch das Verhältnis des Endantriebszahnrads 104, d. h. am Abtrieb, wieder auf den Antrieb 72, jedoch mit einer typischen Verhältnisspanne von beispielsweise 1,67. Die Verhältnisspannen von V1 und V2 können zwischen Werten variieren, die durch praktikable Getriebezahnräder bestimmt werden. Beim Endverhältnis des V2-Modus wird der zweite F2-Modus mit festem Verhältnis durch Einrücken einer Kupplung 108 angenommen, so daß der F2-Antrieb über die Zahnräder 77, 107, die Kupplung 108, die Welle 103 und die Zahnräder 100, 104 von der Hauptwelle 72 kommt. Das F2-Verhältnis ist wiederum dem V2-Endverhältnis sehr ähnlich.
Wenn der F2-Modus eingekuppelt ist, dann können alle anderen Kupplungen, einschließlich der Variatorantriebskupplung 78, ausgekuppelt werden, so daß Durchdrehverluste auf einen Minimum reduziert werden können.
Die sich daraus ergebende Verhältnisspanne lautet dann typischerweise:
2,40·1,67 = 4,00
Zur Erzielung eines Rückwärtsantriebes wird eine Kupplung 109 auf der zweiten Vorgelegewelle 103 eingerückt, um von der Hauptwelle 72 über das Zahnrad 74 eine Rückwärtsgangwelle 110, einen Vorgelegewelle-Rückwärtsgang 111 und die Endzahnräder 100, 104 anzutreiben.

Fig. 4 - RÜCKSPULPRINZIP

Halb-CVT mit Scheibenvariator, drei variablen Betriebsarten, drei festen Betriebsarten und Rückwärtsgang, mit einer Folge von V1, F1, V2, F2, V3 und F3 und einer typischen stufenlosen Verhältnisspanne von 8,76

Ein in Fig. 4 dargestellter vierter Typ von Halb-CVT arbeitet nach einem Funktionsprinzip, das dem des oben beschriebenen dritten Getriebes ähnlich ist, wobei bemerkenswerte Unterschiede in der Anwesenheit eines zusätzlichen einfachen Umlaufgetriebes 112 und zweier Optionen für den ersten Sonnenradantrieb eines zusammengesetzten Umlaufgetriebes 113 bestehen. Auch ein bedarfsmäßiger Antriebspfad ist dargestellt, der durch Versetzen der Flüssigkeitskupplung 1 auf die rechte Seite der Figur erzielt wird.
Die V1- und F1-Betriebsarten arbeiten grundsätzlich auf dieselbe Weise wie dieselben Betriebsarten des dritten Getriebes von Fig. 3 und demzufolge erhielten die entsprechenden Komponenten gleiche Bezugszahlen, obwohl ein leichter Unterschied darin besteht, daß die Kupplung 114, die in den Variatorausgang eingebaut wurde, eingerückt wird und der Abtrieb des zweiten Hohlrades 87 unmittelbar auf das Abtriebszahnrad 104 erfolgt.
Somit, und während des Zurückspulens des Variators, leitet der V2-Modus den Variatorabtrieb über die Zahnräder 118, 119 durch Auskuppeln der Kupplung 114 und Einkuppeln der Kupplung 115 auf ein Sonnenrad 117 des einfachen Umlaufgetriebes 112 um. Die Antriebswelle 72 überträgt die restliche Kraft über eine eingerückte Kupplung 120 und ein Hauptwellenzahnrad 121 auf ein weiteres Zahnrad 122, das an einem Hohlrad 123 des einfachen Umlaufgetriebes 112 befestigt ist.
Der vereinigte Antrieb erzeugt einen Abtrieb an einem zugehörigen Träger 124, der dann über eine Welle 125 und ein Zahnrad 126 auf das Abtriebszahnrad 104 übertragen wird.
Das Anfangsverhältnis des V2-Modus ist im wesentlichen dasselbe wie das des F1- Modus und das Endverhältnis des V2-Modus ist im wesentlichen dasselbe wie das feste Verhältnis des F2-Modus.
Der F2-Modus erfolgt durch Einkuppeln einer Vorgelegekupplung 127, wodurch das Abtriebszahnrad 104 über Zahnräder 77, 107, 100 angetrieben wird.
Der V3-Modus wird durch Zurückspulen des Variators im F2-Modus erzielt, nachdem zunächst die Variatorabtriebskupplung 115 und die Hauptwellenkupplung 120 ausgekuppelt und dann die Variatorabtriebskupplung 116 und die Vorgelegekupplung 128 eingekuppelt werden, bevor die Kupplung 127 für den F2-Modus ausgekuppelt wird.
Das Ergebnis ist, daß eine erste kleinere Planetenradstufe 130 von einem größeren Sonnenrad 129 und der Träger 89 über Zahnräder 131, 132, die Welle 92 und Zahnräder 93, 94 von der Hauptwelle 72 angetrieben werden, wodurch ein V3-Anfangsverhältnis erzeugt wird, das im wesentlichen gleich dem F2-Verhältnis ist, und ein V3-Endverhältnis, das im wesentlichen gleich dem F3-Verhältnis ist, wobei der Abtrieb über das Hohlrad 87 am Zahnrad 104 erfolgt.
Der F3-Modus wird durch Einrücken einer Kupplung 133 erzielt, wodurch die Antriebskraft von der Hauptwelle 72 über Zahnräder 134, 135, 100 auf das Abtriebszahnrad 104 übertragen wird. Die sich daraus ergebene Verhältnisspanne lautet dann typischerweise:
2,25·2,25·1,73 = 8,76
Rückwärtsgänge mit dieser Art von Umlauf-Zahnradgruppe mit doppeltem Sonnenrad und gestuftem Planetenrad werden durch Schleifen des größeren Sonnenrades 129 durch Einrücken der Kupplung 116 und eines Bremsbandes 136 und Einrücken der Vorgelegekupplung 128 erzielt, vorausgesetzt daß die Teilkreisdurchmesser der folgenden Gleichung entsprechen:
1 < größeres Sonnenrad (129)/erstes Hohlrad (84)· größeres Planetenrad (85)/kleineres Planetenrad (130)

Fig. 5 - ABWECHSLUNGS-PRINZIP

Ein in Fig. 5 dargestellter fünfter Halb-CVT ist dem in Fig. 4 dargestellten Getriebe ähnlich, mit der Ausnahme, daß der Variator zwischen benachbarten variablen Betriebsarten nicht zurückgespult zu werden braucht und daß der Variatorantrieb von einer Scheibe auf die andere umschaltet. Der Variator muß jedoch normalerweise mit seinen entsprechenden Eingangsantrieben zwischen benachbarten variablen Betriebsarten synchronisiert werden und demzufolge sind die festen Zwischenbetriebsarten F1 und F2 weiterhin notwendig.
Auch die in Fig. 5 gezeigte Anordnung hat drei Wellen, jedoch ist diese Anordnung kompakter als die in Fig. 4 gezeigte Anordnung mit vier Wellen.
Die Kraftabnahme aus dem Ruhezustand erfolgt im V1-Modus über die Flüssigkeitskupplung 1, die eine Getriebsantriebswelle 72 und ein Variatorzahnrad 137 antreibt.
Der V1-Modus teilt die Antriebskraft auf gewöhnliche Weise wie folgt auf in:
(a) Antriebskraft für den Variator, dessen Abtrieb ein Sonnenrad antreibt; und
(b) Antriebskraft für ein anderes Element des Umlaufgetriebes zum Ausgleichen des Drehmoments auf dem Sonnenrad.
Somit erfolgt der Antrieb von dem Zahnrad 137, dem Teil (a) der Antriebskraft auf die Variatorscheibe 138, das heißt der Antriebsscheibe im V1-Modus, über das Zahnrad 139, eine eingerückte Kupplung 140 und eine Welle 141. Ein Antriebsriemen 142 überträgt diesen Teil der Antriebskraft auf die Variatorscheibe 143, das heißt, die Variatorabtriebsscheibe im V1-Modus, und von dort über eine Welle 176 und eine weitere eingerückte Kupplung 160 auf ein kleineres Sonnenrad 145 eines zusammengesetzten Umlaufgetriebe 146.
Der Teil (b) der Antriebskraft wird über eine eine eingerückte Kupplung 147 und eingreifende Zahnräder 148, 149 übertragen und treibt einen Träger 150 des Umlaufgetriebes 146 an.
Die vereinigten Antriebspfade erzeugen eine Abtriebskraft an einem zweiten Hohlrad 151 und, über Zahnräder 152, 153, auf eine Getriebeabtriebswelle 154.
Bei einem Wechsel der Variator-Antriebs-/Abtriebs-Drehzahl von einem Anfangsverhältnis von etwa 2,24 auf ein Endverhältnis von etwa 0,45 für einen Variator mit einer Verhältnisspanne von 5 : 1, liegt die Änderung des Übersetzungsverhältnisses konstruktionsbedingt bei etwa 2,25 : 1, um den Prozentanteil des vollen Drehmoments und der durch den Variator verlaufenden Kraft zu verringern, die als die begrenzenden Betriebsfaktoren angesehen werden.
Wenn das Endverhältnis des V1-Modus erreicht ist, dann wird eine Kupplung 155 eingerückt, so daß ein F1-Modus mit festem Verhältnis, das im wesentlichen gleich dem letzten V1-Verhältnis ist, über die weiterhin eingerückte Kupplung 147, die Zahnräder 156, 157, die Kupplung 155, die Welle 158 und die Zahnräder 159, 153 an einer Abtriebswelle 154 erzielt wird.
Um den V2-Modus zu erzielen, werden dann die Variatorkupplung 140 und eine Kupplung 160 ausgerückt und die Kupplungen 161 und 162 eingerückt, um die Scheibe 143 mit ihrem zugehörigen Antriebszahnrad 163 zu synchronisieren. Diese Scheibe wird dann zu der Antriebsscheibe, die die jetzige Abtriebsscheibe 138 über den Antriebsriemen 142 antreibt. Diese treibt wiederum die Welle 141 und das Sonnenrad 164 eines einfachen Umlaufgetriebes 165 an. Außerdem wird durch das Einrücken der Kupplung 162 eine Antriebskraft mit festem Verhältnis über eingreifende Zahnräder 168, 167 zum Hohlrad 166 des Umlaufgetriebes 165 geleitet, um eine vereinigte Abtriebskraft an dem Träger 169 zu erzeugen, der an der bereits im F1-Modus angetriebenen Welle 158 befestigt ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Kupplungen 155, 147 ausgerückt, so daß der V2-Modus von seinem Anfangsverhältnis auf sein Endverhältnis übergehen kann.
In diesem Augenblick wird das feste F2-Verhältnis durch Einrücken der Kupplungen 170, 171 übernommen, um die Welle 158 über die Zahnräder 172, 173 und dann die Abtriebswelle 154 über Zahnräder 159, 153 im wesentlichen mit demselben Gesamtübersetzungsverhältnis wie V2 mit seinem flachsten Verhältnisendpunkt anzutreiben.
Die V2-Kupplungen 161, 162 werden dann ausgekuppelt und die Kupplungen 140, 174 für den V3-Modus eingekuppelt, um die Variatorscheibe 138 mit ihrem Antriebszahnrad 139 zu synchronisieren, so daß es wieder zu der wirksamen Antriebsscheibe wird, die eine Abtriebsscheibe 143 über einen Kraftriemen 142 antreibt. Die Abtriebsscheibe 143 treibt dann ein größeres Sonnenrad 175 durch eine Welle 176 und die eingerückte Kupplung 174 an. Das größere Sonnenrad 175 greift in die kleineren Zahnräder 177 der gestuften Planetenräder ein, um eine geringere Verhältnisreduktion in dem Umlaufgetriebe 146 zu erzielen, das, weil der Träger 150 schneller angetrieben wird als im V1-Modus, aufgrund der ineinandergreifenden Zahnräder 178, 179 einen V3 Bereich mit einem Anfangsverhältnis wie F2 erzeugt und nach dem Ausrücken der F2- Kupplung 171 auf ein Endverhältnis von eins übergehen kann, so daß die Abtriebswelle 154 stufenlos und unmittelbar über die Kupplung 154a an die Antriebswelle 72 gekuppelt werden kann, so daß alle anderen Kupplungen ausgerückt werden können, um Durchdrehverluste auf ein Minimum zu reduzieren.
Diese Betriebsfolgen werden umgekehrt, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle absinkt oder der Leistungsbedarf dies verlangt. Eine typische Verhältnisspanne wäre dieselbe wie die für die vierte Ausgestaltung, nämlich:
V1·V2·V3 =2,25·2,25·1,73 = 8,76
Der Rückwärtsgang erfolgt auf eine ähnliche Weise wie oben in bezug auf das vierte Getriebe beschrieben.

Fig. 6 - ABWECHSLUNGSPRINZIP

Halb-CVT mit Perbury-Variator vier variablen Betriebsarten, vier festen Betriebsarten und Rückwärtsgang, mit einer Folge von V1, F1, V2, F2, V3, F3, V4 und D und einer typischen stufenlosen-Verhältnisspanne von 20 : 1

Bei mehrstufigen Systemen kann die Kraftabnahme aus dem Ruhezustand auf flachem Untergrund zwar nahezu im untersten Bereich erfolgen, in diesem Fall V2, aber es wird angenommen, daß die Kraftabnahme aus dem Ruhezustand im V1-Modus erfolgt, damit der komplette Bereich dieses sechsten Getriebes ersichtlich wird.
Somit, auch in bezug auf Fig. 6, nach der Kraftabnahme durch die Flüssigkeitskupplung 1, wird die Antriebskraft auf eine Antriebswelle 180 übertragen, die im V1-Modus die Antriebskraft auf zwei Pfade aufteilt, nämlich:
(a) durch Aktivieren der Kupplung 181 zu den Variatorantriebselementen 183 und dann über Rotoren 184 zur Erzielung eines Rückwärtsabtriebs bei Element 185, der über eingreifende Zahnräder 186, 187 ein erstes Sonnenrad 188 eines zusammengesetzten Umlaufgetriebes 189 antreibt; sind
(b) zu einem Träger 190 des Umlaufgetriebes 189 über eingreifende Zahnräder 191, 192, eine eingerückte Kupplung 193, eine Welle 194 und ein Zahnrad 195, das in ein anderes Zahnrad 196 eingreift, das an dem Träger 190 befestigt ist.
Diese Anordnung resultiert in einem vereinigten Abtrieb an einem zweiten Hohlrad 197 und dann, über eine Welle 198, eine eingerückte Kupplung 200, ein Zahnrad 199, Zwischenräder 201, 202 und ein Niederbereichs-Abtriebszahnrad 203, zu einer Abtriebswelle 204. Mit dem Übergang des Variators von seinem Anfangsverhältnis auf sein Endverhältnis wird die Drehzahl der Abtriebswelle 204 um einen Faktor von etwa 40% der Verhältnisspanne des Variators erhöht. An diesem Punkt wird das feste F1-Verhältnis durch Einrücken der Kupplungen 205, 206 übernommen, und die Antriebskraft über die Zahnräder 207, 208 auf eine Welle 209 und über die Zahnräder 202, 203 auf die Abtriebswelle 204 zu übertragen. Das F1-Verhältnis und das V1-Endverhältnis sind im wesentlichen identisch und demzufolge kommt es nur zu minimalem Schlupf zwischen den Kupplungen 205, 206 und 193, 200, 181, bevor die letztere Kupplungsgruppe ausgerückt und das Mittelelement 185 des Variators und die eingreifenden Zahnräder 213, 214, 215 durch Einkuppeln der Kupplungen 182, 210, 211 mit der Antriebswelle 180 "synchronisiert" werden, um das V2-Verhältnis zu erzielen, gefolgt vom Auskuppeln der F1-Kupplungen 205, 206. Der Begriff "synchronisiert" wird hier für alle Verbindungskomponenten 185, 213, 214 und 215 verwendet, obwohl er streng genommen nur auf die Geschwindigkeit des Zahnrades 215 zutrifft, da die Drehrichtung umgekehrt ist und die Drehzahlen unterschiedlich sein können.
Dadurch wird die V2-Antriebskraft von der Antriebswelle 180 wie folgt aufgeteilt:
(i) das Variator-Mittelelement 185, das jetzt zum Antriebselement wird und einen Abtrieb an einem im Eingriff mit einem anderen Zahnrad 217 befindlichen Zahnrad 216 erzeugt, um ein Sonnenrad 218 eines einfachen Umlaufgetriebes 219 anzutreiben; und
(ii) das Hohlrad 220 des Umlaufgetriebes 219 über die eingerückte Kupplung 210 und die eingreifenden Zahnräder 221, 222.
Die aufgeteilten Antriebskräfte werden an einem Träger 223 vereint und über die eingerückte Kupplung 211 und die eingreifenden Zahnräder 212, 203 auf die Abtriebswelle 204 übertragen.
Mit dem Wechsel des Variators von seinem Anfangs- auf sein Endverhältnis erhöht sich die Drehzahl der Abtriebswelle 204 relativ zu der Antriebswelle 180, aber nur um etwa 40% der Erhöhung des Drehzahlverhältnisses zwischen dem Variatorabtriebselement 183 und dem Antriebselement 185.
An diesem Punkt wird das feste F2-Verhältnis durch Einrücken der Kupplungen 223, 206 aktiviert, um die Antriebskraft von der Antriebsweile 180 über eingreifende Zahnräder 225, 226 die Welle 209 und die eingreifenden Zahnräder 202, 203 auf die Abtriebswelle 204 zu übertragen worauf die V2-Kupplungen 182, 210, 211 ausgerückt werden, damit die Variatorendelemente 183 durch Aktivieren der Kupplungen 181, 193 und einer Hochbereichskupplung 227 mit der Antriebswelle 180 synchronisiert werden können, wodurch das Anfangsverhältnis für den V3-Modus erzeugt wird, das dem F2- Verhältnis sehr ähnlich ist.
Die Antriebe im V3- und F3-Modus sind mit dem V1- und dem F1-Modus identisch, mit der Ausnahme, daß ein Bereichswechsel an dem Getriebe erfolgt, das die Abtriebswelle 204 antreibt, zum Beispiel, anstatt der vereinigten V3-Abtriebskraft von der Welle 198, die über die Kupplung 200 und die Zahnräder 199, 201, 202, 203 übertragen wird, verläuft sie über die Kupplung 227 und die Zahnräder 28, 220, 230. Ebenso verläuft im F3-Modus die Kraft über die Kupplung 206a und die Zahnräder 229, 230, anstatt über die Kupplung 206 und die Zahnräder 202, 203.
Mit dem V4-Modus verhält es sich wie mit dem V2-Modus, mit der Ausnahme, daß die Antriebskraft von der Welle 224 zur Abtriebswelle 204 über eine Kupplung 231 und die eingreifenden Zahnräder 232, 230 anstatt über die Kupplung 221 und die Zahnräder 212, 203 übertragen wird, so daß das V4-Anfangsverhältnis ähnlich dem F3- Verhältnis ist. Das Endverhältnis des V4-Modus liegt beinahe eins, so daß eine Direktkupplung zwischen der Antriebswelle 180 und der Abtriebswelle 204 über eine Kupplung 233 möglich ist, so daß alle anderen Kupplungen ausgerückt werden können um Durchdrehverluste auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Betriebsmodusfolgen werden umgekehrt, entweder mit sinkender Drehzahl der Abtriebswelle oder wenn die Notwendigkeit besteht, die Motordrehzahl relativ zur Drehzahl der Abtriebswelle zu erhöhen.
Die Umkehr erfolgt durch Verschieben eines Zwischenrades 234, das sich bereits in Eingriff mit dem Zahnrad 226 befindet, in Eingriff mit dem Niederbereichs- Abtriebszahnrad 203 und durch Einrücken der Kupplung 205 oder der Kupplung 224, um das Zahnrad 226 über Zahnräder 207, 208 und die Welle 209 bzw. über das Zahnrad 225 anzutreiben.

Fig. 7 - RÜCKSPULPRINZIP (Mit Antriebsauskupplung beim Umschalten)

Halb-CVT mit Hayes/Perbury-Variator, zwei variablen Betriebsarten, drei festen Betriebsarten und Rückwärtsgang, mit einer Folge von F1, V1, F2, V2 und F3

Bei einem siebten Typ von Halb-CVT wie in Fig. 7 gezeigt anstatt einer Flüssigkeitskupplung wird die von der Kraftmaschine, nämlich einem Motor (nicht dargestellt) kommende Abtriebskraft von einer konventionellen manuell betätigten Kupplung 235 abgenommen, die an einem Schwungrad 236 der Kraftmaschine befestigt ist, so daß eine Antriebswelle 237 bewegt wird, wobei die Kraftabnahme aus dem Ruhezustand im F1-Modus erfolgt, um den Variator vor Krafteingangsspitzen zu schützen. Dieser erste F1-Modus wird durch Bewegen der Kupplung 238, die eine Synchronkupplung sein kann, in die F1-Position bewegt, um die Antriebskraft von der Antriebswelle 237 über Zahnräder 253, 239, 240, 245, eine Welle 246 und Zahnräder 247, 248 auf einen Differentialträger 249 zu übertragen. Außerdem rückt bei rotierender Welle 237 eine Kupplung 255 ein und treibt den Variator 256 an, wobei die Hydraulikkraft von einer durch die Kraftmaschine angetriebene Pumpe (ebenfalls nicht dargestellt) geliefert wird.
Da die manuelle Kupplung eine Abtrennung der Kraftmaschinenenergie erlaubt, ist eine Abstufung (Unterlappung) zwischen dem F1-Verhältnis und dem Anfangsverhältnis des V1-Modus ähnlich der bei konventionellen Schaltgetrieben möglich.
Somit kehrt die Kupplung 238 für den V1-Modus, während die Kupplung eingerückt ist, in ihren Neutralzustand zurück und die Kupplungen 257, 258 sind eingerückt, um folgendermaßen zwei Antriebspfade von der Antriebswelle 237 zu dem Zahnrad 245 herzustellen:
(a) über die Kupplung 255, den Variator 256, das Variatorabtriebszahnrad 259, das eingreifende Zahnrad 260, die Kupplung 258 und die Welle 261 zu dem kleineren ersten Sonnenrad 262 des zusammengesetzten Umlaufgetriebes 263; und
(b) über die Zahnräder 253, 266, die Kupplung 257, die Welle 267 und die Zahnräder 268, 269 zum Antreiben eines Trägers 270 des Umlaufgetriebes 263.
Diese Anordnung resultiert in einer vereinigten Abtriebskraft am Zahnrad 245 und, über die Welle 246, die Zahnräder 247, 248, den Differentialträger 249 und das Differentialgetriebe 250, zu den Abtriebswellen 251, 252.
Beim Übergang des Variatorverhältnisses vom Anfangsverhältnis auf das Endverhältnis erhöht sich auch die Abtriebsdrehzahl am Differentialträger 249 relativ zur Drehzahl der Antriebswelle 237, obwohl die Verhältnisspanne nur etwa 40% der Spanne des Variators beträgt.
An diesem Punkt wird die Kraftabnahmekupplung 235 ausgerückt, um ein Umschalten in den F2-Modus durch Bewegen der Synchronkupplung 243 in die F2- Position erleichtert, während gleichzeitig die V2-Kupplungen 257, 258 ausgekuppelt werden, worauf die Abnahmekupplung 235 wieder eingekuppelt wird. Somit erfolgt der F2-Antrieb über die Hauptwelle 237, die Kupplung 243 in ihrer F2-Position, die Zahnräder 241a, 241 und 240, 245, die Welle 246 und die Zahnräder 247, 248 zum Differentialträger 249. Es ist eine Abstufung (Unterlappung) zwischen dem Endverhältnis des V1-Modus und dem festen Verhältnis des F2-Modus möglich.
Ebenso kann es eine Abstufung zwischen dem festen Verhältnis des F2-Modus und dem Anfangsverhältnis des V2-Modus geben, die durch Rückspulen des Variators im F2- Modus und anschließendes Ausrücken der Abnahmekupplung 235, Bewegen der Synchronkupplung 243 in die Neutralstellung und gleichzeitiges Einrücken der Kupplungen 265, 271 erzielt werden kann, um die V2-Antriebskraft von der Antriebswelle 237 auf das Zahnrad 245 folgendermaßen aufzuteilen.
(a) über die Kupplung 255, den Variator 256, die Zahnrader 259, 260 und eine eingerückte Kupplung 271 zu dem größeren Antriebssonnenrad 272 des zusammengesetzten Umlaufgetriebes 263; und
(b) über die Zahnräder 254, 264, die Kupplung 265, die Welle 267 und die Zahnräder 268, 269 zum Antreiben des Trägers 270 des Umlaufgetriebes 263.
Dies ergibt eine vereinigte Antriebskraft an dem Zahnrad 245 und über die Welle 246, die Zahnräder 247, 248, den Differentialträger 249 und das Differentialgetriebe 250 zu den Abtriebswellen 251, 252.
Beim Übergang des Variators von seinem Anfangs- auf sein Endverhältnis erhöht sich das Verhältnis der Getriebeabtriebsdrehzahl relativ zur Antriebsdrehzahl, aber nur um etwa 40% der Verhältnisspanne des Variators.
Ähnliche Antriebs-Abtriebs-Verhältnisspannen in den Betriebsarten V1 und V2 werden durch Wechseln des Gesamtverhältnisses des Umlaufgetriebes 263 durch Wählen des entsprechenden Antriebssonnenrades 262 bzw. 272 und Errechnen eines entsprechenden Antriebsverhältnisses für die Drehzahl des Trägers 270 erzielt.
Zum Erleichtern der Umschaltung in F3 wird die Abnahmekupplung 235 ausgekuppelt, während sich die synchronisierende Kupplung 243 in die F3-Position bewegt und die V2-Modus-Kupplungen 265, 271 ausgekuppelt sind. Somit ist der F3- Antrieb wie der F2-Antrieb, mit der Ausnahme, daß der Antrieb über die Zahnräder 242a, 242 anstatt über die Zahnräder 241a, 241 erfolgt. Auch hier ist eine Abstufung (Unterlappung) zwischen dem V2-Endverhältnis und dem F3-Verhältnis möglich.
Eine sich ergebende typische Verhältnisspanne würde wie folgt lauten:
Der E2-Modus kann auch gelöscht werden, wenn eine Überlappung zwischen dem V1- und dem V2-Modus vorliegt, so daß die Umschaltungen mit demselben Variatorverhältnis erfolgen können, so daß die Verzögerung beim Rückspulen beispielsweise einer mittleren Verhältnisdifferenz von 1,4 oder so vermieden wird. In einem solchen Fall würde die Übersetzungsverhältnisspanne etwa wie folgt lauten:
Während im F3-Modus alle anderen Kupplungen ausgekuppelt werden können, um Durchdreh- und Pumpverluste zu verringern, müssen doch im Hinblick auf Umschaltungen in variable Betriebsarten einige wieder eingekuppelt werden.
Rückwärtsbetrieb wird durch Bewegen der Kupplung 238 in Rückwärtsposition erzielt, um die Antriebskraft von der Antriebswelle 237 über ein Zahnrad 273, einen Rückwärts-Zwischengang 274, einen Rückwärtsgang 275, eingreifende Zahnräder 240, 245, die Welle 246 und das Zahnrad 247 auf das Abtriebszahnrad 248 zu übertragen, wobei Umschaltungen bei ausgerückter Kupplung erfolgen.
Alternativ kann der Rückwärtsbetrieb auch wie oben in bezug auf das in Fig. 4 der Zeichnungen gezeigte vierte Getriebe erzielt werden.
Es ist einleuchtend, daß die in Fig. 3 gezeigte Anordnung für das dritte Getriebe mit den Scheibenvariatoren an eine konventionelle Schwungrad-Kraftabnahmekupplung angepaßt werden kann und dann auf ähnliche Weise arbeitet wie das Getriebe von Fig. 7.
In Fig. 8A ist ein Hinterachseinbau wie zuvor beschrieben dargestellt. In diesem Fall sind die Achsen eines Halb-CVT gemäß Fig. 3, d. h. dem dritten Getriebe, parallel zur Achse der Hinterachse und der Antrieb erfolgt über ein Antriebsritzel 276, um den Antrieb um 90º zu einer Antriebswelle 277 zu rotieren.
Fig. 8B zeigt einen Hinterachseinbau mit den Halb-CVT-Achsen im rechten Winkel zur Achse der Hinterachse und beschreibt einen Halb-CVT-Typ gemäß Fig. 2, d. h. dem zweiten Getriebe, min einem konventionellen Hinterachs-Kegelrad 278 und einem Ritzel 279.
Ein besonderes Merkmal dieser Anordnung besteht darin, das das Halb-CVT vollständig in einem eigenen Gehäuse untergebracht ist, wobei ein anderes Öl wie z. B. Hypoidöl für das Endantriebs-Kegelrad und das Ritzel verwendet werden kann.
Es muß verstanden werden, daß Kraftabnahmeeinheiten auf die festen oder variablen Betriebsarten in jedem der oben beschriebenen Getrieben angewandt werden können, während das zugehörige Fahrzeug in einer beliebigen Betriebsart gefahren wird oder stillsteht. Nun unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10, die erstere zeigt, wie Gesamtverhältnisspannen bei unterschiedlichen festen Antriebsverhältnissen für spezifische Typen von Umlauf-Zahnradgruppen variieren und wie beispielsweise die drei Verhältnisse in Fig. 10 gewählt wurden.
Fig. 10 stellt grafisch dar, wie sich die Verhältnisse eines Halb-CVT mit drei variablen Betriebsarten, zum Beispiel das oben in bezug auf das in Fig. 5 dargestellte Getriebe beschriebene, aneinanderreihen und so eine erweiterte stufenlose Verhältnisspanne erzeugen. Sie zeigt auch typische Reduktionen der Zugkräfte (oder Netto-Riemenbelastung) und die Kraft, die von den Halb-CVT-Variatoren im Vergleich zu Direktvariatoren übertragen werden.
Hier zeigt Fig. 11 eine detailliertere grafische Darstellung der Art und Weise, in der sich die Zugkräfte und die von Variatoren übertragene Kraft mit einer Verkleinerung der Spanne dem variablen Modus des Halb-CVT ändert.
Fig. 12 zeigt eine grafische Darstellung dein in bezug auf das zweite Getriebe von Fig. 2 beschriebenen Sequenzen mit fünf variablen Betriebsarten. Es erhielten zwar alle variablen Betriebsarten dieselbe Spanne (dm), aber die obere sind die untere Reihe, das heißt der einfache und der zusammengesetzte Sammelgetriebezug, könnten so angeordnet werden, daß verschiedene variable Modusspannen zwischen der oberen und der unteren Reihe erzeugt werden.
Es ist zu verstehen, daß für eine Motorbremsung mit Halb-CVT das Getriebe mit der Kraftmaschine (dem Motor verkuppelt werden kann, um eventuellen Turbinen- /Laufradschlupf auszuschließen, der auftreten könnte, wenn nur eine Flüssigkeitskupplung verwendet würde. Bei einer solchen Anordnung erleichtern der stufenlose Charakter und die breite Verhältnisspanne eines Getriebes, das gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird, eine optimale Motorbremsung.
Es sollte ebenfalls verstanden werden, daß die oben beschriebenen Getriebe gemäß den Fig. 1 bis 7 ein oder mehrere feste Verhältnisse innerhalb einer variablen Modusspanne haben können, so daß ein langer andauernder Betrieb in der Mitte der Spanne, z. B. Pflügen, mit einem mechanisch wirksameren festen Verhältnis erfolgen und auf ein anderes festes Verhältnis umgeschaltet werden könnte, während der Antrieb in diesem variablen Modus bleibt, oder auch von einem variablen Modus auf andere, wobei der inkrementale Wechsel in festen Verhältnissen abgedeckt wird. Außerdem können Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis drehbar auf einem drehbaren Element montiert und durch einfache Zahnkupplungen montiert werden, bevor die endgültige Verkupplung des rotierbaren Elementes über eine Naßkupplung mit einer Welle stattfindet.
Um die Variatoren vor Beschädigungen beim Starten aus dem Ruhezustand bei der Kraftabnahme zu schützen, sollte verstanden werden, daß sich ihre jeweiligen Eingänge oberhalb des Abnahmemittels befinden, so daß sie bereits rotieren und während der Abnahme auch weiterrotieren, wobei sich das Abnahmemittel in dem Antriebsteil mit festem Verhältnis, befindet.
In Fig. 13 ist eine stark vereinfachte Anordnung für ein Scheibengetriebe mit zwei variablen Betriebsarten dargestellt, die nach dem Rückspulprinzip und mit einer Kraftaufnahme durch Naßkupplung arbeiten, die sich in dem Antriebsteil mit festem Verhältnis befindet.
Fig. 14 Zeigt ebenfalls ein vereinfachtes Getriebe, das ähnlich dem von Fig. 13 ist, mit der Ausnahme, daß es einen Hayes/Perbury-Variator aufweist.
Was die Steuerung anbetrifft, so ist vorgesehen, daß ein drittes Pedal auf der linken Seite in einem zugehörigen Fahrzeug eingebaut wird, um bei bedarf eine Umgehung zu ermöglichen, um hohe Motorumdrehungen für einen plötzlichen Leistungsschub oder für eine Motorbremsung zu ermöglichen. Dieses Pedal kann nachfolgend auch zur Aktivierung einer Motorbremse unter Fahrbedingungen mit geschlossener Drossel benutzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis, das einen Variator (Fig. 1-14, 15, 16; 19, 20, 21), einen Zahnradantrieb (Fig. 1-6, 28; 7, 40) und ein Umlaufgetriebe (Fig. 1-31, 37) umfaßt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Betreiben des Variators (14, 15, 16; 19, 20, 21) und des Zahnradantriebs (16, 28; 7, 40) parallel zueinander über jeweilige Lastpfade und Vereinigen der Lastpfade am Umlaufgetriebe (31, 37), so daß der Kraft- und Drehmomenteingang am Variator (14, 15, 16; 19, 20, 21) geringer ist als der Gesamteingang am Getriebe, und Einstellen des Variators (14, 15, 16; 19, 20, 21) aufeinanderfolgend zwischen seinen Betriebsverhältnisendpunkten, um eine Mehrzahl von Betriebsarten mit variablem Verhältnis zu erzeugen, die aneinandergereiht werden, so daß sich ein im wesentlichen stufenloser Übergang zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsarten mit variablem Verhältnis unter kontinuierlicher Kraftübertragung auf das Getriebe ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl eines unmittelbar mit einem Element (Fig. 1- 23, 36; Fig. 3-82) des Umlaufgetriebes (Fig. 1-31, 37; Fig. 3-83) verbundenen Variatorelementes (Fig. 1-15, 20; Fig. 3-80) relativ zu dem anderen Variatorelement (Fig. 1-14, 19; Fig. 3-79) erhöht wird, das über ein Getriebe oder unmittelbar mit der Antriebswelle (Fig. 1-4; Fig. 3-72) verbunden ist, so daß eine entsprechende Erhöhung der Gesamtabtriebsdrehzahl des Getriebes für alle seine Betriebsarten mit variablem Übersetzungsverhältnis erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Variator (Fig. 3- 79, 80, 81) zwischen seinen Betriebsverhältnisendpunkten zurückgespult werden kann, um einen darauf folgenden Modus mit variablem Verhältnis zu beginnen, wobei Volleistungsantrieb durch einen zugehörigen Getriebezug (Fig. 3-75, 100, 101, 104; 77, 100, 104, 107) bei im wesentlichen gleichem Gesamtübersetzungsverhältnis aufrechterhalten bleibt, wodurch ein im wesentlichen stufenloser Übergang zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsarten erleichtert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang zu dem Variator (Fig. 5- 132, 138, 143) an den Betriebsverhältnisendpunkten zwischen seinen angetriebenen Elementen (138, 143) umgeschaltet wird, um einen darauffolgenden Modus mit variablem Verhältnis zu beginnen, während Volleistungsantrieb über einen zugehörigen Getriebezug (148, 149; 156, 157; 178, 179; 172, 123) mit im wesentlichen demselben Gesamtübersetzungsverhältnis aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des angetriebenen Variatorelementes (Fig. 5-138; 143), auf das die Antriebsleistung umgeschaltet wird, mit der Drehzahl des zugehörigen Antriebselementes (Fig. 5-139; 163) synchronisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorantrieb zu dein Variator (Fig. 5-138, 143) bei seinen Betriebsverhältnisendpunkten für den Beginn eines darauffolgenden Modus mit variablen Verhältnis auf einen anderen Variator (Fig. 1-19, 20, 21) am entgegengesetzten Betriebsverhältnisendpunkt bei im wesentlichen gleichem Gesamtübersetzungsverhältnis geschaltet werden kann.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Überlaufdrehmoment ohne Schlupf über den vollen stufenlosen Betriebsbereich übertragen wird, um auf diese Weise eine maximale Bremsung durch eine zugehörige Kraftmaschine zu erleichtern.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Variatorriemenbelastung (Fig. 10 und 11) bzw. die Zugkraft (Fig. 10 und 11) während des/der gesamten Betriebsbereiche(s) des Variators/der Variatoren konstant gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisspannen der Betriebsarten mit variablem Verhältnis unterschiedliche Variatorbelastungen (Fig. 10) für verschiedene Verhältnisbereiche des Getriebes erzeugen, wodurch die Belastungen über einen häufig benutzten Verhältnisbereich verringert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisspannen (Fig. 10) Betriebsarten mit variablem Verhältnis im wesentlichen gleich sind.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl(en) des Eingangs/der Eingänge zu dem/den Variator(en) (Fig. 1-14, 15, 16; 19, 20, 21) mit der Leistungskapazität des Variators/der Variatoren (14, 15, 16; 19, 20, 21) kompatibel gemacht werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereichswechsel-Sammelgetriebe (Fig. 1-34, 35, 43; 45, 46, 48) die Wiederholung von wenigstens einem variablen Variatormodus mit einer anderen Abtriebsdrehzahl ermöglicht, so daß es sich stufenlos über die Gesamtverhältnisspanne des Getriebes erstreckt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Kraftabnahmebetrieb aus dem Ruhezustand eine Flüssigkeitskupplung (Fig. 2-1), eine Magnet- oder eine Zentrifugalkupplung, eine am Schwungrad befindliche mechanische Kupplung (Fig. 7-235), eine Naßkupplung oder ein Flüssigkeitsschwungrad vorgesehen ist.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstufung zwischen benachbarten variablen Betriebsarten vorgesehen ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein festes Endübersetzungsverhältnis (Fig. 1-4, 11, 12) den Variator/die Variatoren (Fig. 1-14, 15, 16, 19, 20, 21) entlastet.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich benachbarte Betriebsarten mit variablem Übersetzungsverhältnis überlappen.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine hydraulische Kraftquelle in jedem beliebigen Modus mit festem Endübersetzungsverhältnis abtrennbar ist.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reduktionsumlaufgetriebe (Fig. 2-37a) einen besonders niedrigen variablen Modus bereitstellt.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgestuftes, zusammengesetztes Planetenrad-Umlaufgetriebe (Fig. 4-113) den Variatorabtrieb (Fig. 4-80) von dem kleineren (Fig. 4-82) auf das größere (Fig. 4-129) der beiden zusätzlichen Sonnenräder des Umlaufgetriebes (113) umschaltet, um dessen Verhältnis zu reduzieren und die Verringerung der Spanne des variablen Modus zu mildern, die sonst aus einer Vergrößerung des Abtriebsdrehzahlbereiches durch eine Erhöhung der Drehzahl des Zahnradantriebs (Fig. 4-92, 94) zu dem Umlaufgetriebe (113) resultieren würde.

19. Verfahren nach einem der vorliegendenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das größere Sonnenrad (Fig. 5-175) eines gestuften, zusammengesetzten Planetenrad-Umlaufgetriebes (Fig. 5-146) so geschliffen ist, daß es einen umgekehrten Abtrieb zu dem Antrieb des zugehörigen Trägers (Fig. 5-150) erzeugt.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verhältnisspannen der Betriebsarten mit variablem Verhältnis wenigstens ein Antrieb mit festem Verhältnis enthalten ist.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb zu dem Variator/den Variatoren (Fig. 13 und 14) oberhalb des Antriebskraft-Abnahmenmittels (Fig. 13 und 14) erfolgt, so daß der Variator/die Variatoren vor und während der Kraftabnahme rotiert/rotieren.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das genannte Kraftabnahmemittel (Fig. 13 und 14) in dem Antriebsteil mit festem Verhältnis befindet.