WO2010118721A1 - Transmission unit having a continuously variable transmission - Google Patents
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- WO2010118721A1 WO2010118721A1 PCT/DE2010/000299 DE2010000299W WO2010118721A1 WO 2010118721 A1 WO2010118721 A1 WO 2010118721A1 DE 2010000299 W DE2010000299 W DE 2010000299W WO 2010118721 A1 WO2010118721 A1 WO 2010118721A1
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- F16H2037/088—Power-split transmissions with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft
- F16H2037/0886—Power-split transmissions with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft with switching means, e.g. to change ranges
Definitions
- the invention relates to a power-split transmission unit, in particular for motor vehicles, which contains a variator, that is to say a continuously variable transmission, and has further transmissions and coupling elements. Such transmissions have a large spread.
- a transmission unit with multi-region structure is known.
- the invention described there relates to a method for controlling and regulating a transmission, wherein a grinding of the clutch is controlled by a translation control and a control of a specific transmittable torque of at least one clutch contained in the transmission structure, so that a cranking of the vehicle takes place.
- the known transmission structures may be unfavorable in terms of the load and the life of the variator and the clutches used.
- the object of the invention is to provide a power-split transmission unit with multi-region structure, which does not have the disadvantages mentioned.
- the transmission unit should be able to operate with a long life of the components used.
- the transmission unit should offer the flexibility of a transmission with large spread and allow a range change possible without torque interruption.
- the area circuit is thus also without interruption of traction.
- the effort in terms of the number of individual transmission elements should be reduced as much as possible.
- a power-split transmission unit having an input shaft, an output shaft, at least one first and a second power branch, a continuously variable transmission arranged in a power branch, further transmissions, at least one first and one second coupling element, wherein the coupling elements alternate.
- Selective switchable and solved at least one summing or differential gear wherein the two power branches are merged in the summation so that the gear unit at a predetermined setting the ratio of the continuously variable transmission has a neutral operating point and the predetermined ratio of the continuously variable transmission is a translation, which is in a range between 20% and 80% of the entire adjustment range of the continuously variable transmission.
- the continuously variable transmission has a total ratio between, for example, 0.3 and 3, then the predetermined ratio is in the range between 0.54 and 2.16, because the Intelverstell Siemens GmbH of 2.7 corresponds to 100%.
- a transmission unit with a neutral operating point is designed so that in this operating point no torque from the input shaft to the output shaft is transferable, the overall ratio of the transmission is thus 0.
- Such transmissions are also referred to as geared-neutral transmission.
- the predetermined ratio of the continuously variable transmission is in a range of about 0.6 to 1.8
- the transmission unit has a total ratio of between about 1 and 3 when translating the variator in the range of about 0.6 to 1.8.
- a further preferred embodiment of the transmission unit is characterized in that the directions of rotation of input shaft and output shaft are equal in a directional change of the continuously variable transmission from the neutral operating point in one direction and at a ratio change of the continuously variable transmission in the other direction, the directions of rotation of the input shaft and output shaft are opposite.
- the transmission unit with a neutral operating point which thus represents a so-called geared-neutral transmission, evolved to the effect that a equipped with the transmission unit according to the invention motor vehicle can not start only without startup clutch. Rather, it is possible for the geared neutral point, in which the continuously variable transmission is preferably in an intermediate ratio, to drive a direction change from forward to reverse and vice versa.
- the travel direction change takes place solely as a function of the direction of the gear ratio adjustment of the continuously variable transmission.
- an adjustment of the continuously variable transmission in the direction of underdrive (slow) can drive the vehicle forward and an adjustment in the direction of overdrive (ins Fast) it will be backwards.
- the gear unit is particularly suitable for mobile machines such as farm tractors or construction machinery, since such work machines often change their direction of travel.
- the transmission unit is used as a continuously variable transmission Kegelinfusednumschlingungsgetriebe arranged between the conical disks plate chain.
- a chain variator known per se
- the transmission of the torque between the surfaces of the conical disks and the plate-link chain takes place by means of so-called rocker pressure pieces.
- the rocker pressure pieces form the rocker joints of the chain with the individual lugs of the link chain and are pressed against the conical disks for torque transmission at their end faces.
- the preferred operating range of the continuously variable transmission has a particularly positive effect when using a chain variator in the transmission range between 0.6 and 1.8, since just in this operating range with high transit time and torque load, the contact load, d. H. the maximum Hertzian pressure and the contact force occurring between the conical disk surfaces and the end faces of the rocker pressure pieces is reduced. In this way chain damage can be safely avoided.
- the transmission unit can be equipped with a planetary gear with sun gear, ring gear and planetary gears arranged on a carrier as summing or differential gear. It is preferred that by means of a coupling element, the ring gear and the carrier are coupled together or separable from each other.
- clutches such as dog clutches, torque converters or other switchable coupling elements known per se can be used in one embodiment of the transmission unit.
- chain or belt drives or additional planetary gear can be arranged in the transmission unit.
- gear unit according to the invention basically manages without starting clutch due to its neutral point, it may be useful in certain cases to provide such a starting clutch.
- a simple disconnect clutch can be used.
- the starting and / or separating clutch can be arranged in front of or behind the gear unit. - A -
- the transmission unit can also have several driving ranges. Once, for example, a final ratio of the continuously variable transmission is reached, in one embodiment by means of a coupling element, the area changeable and by a translation adjustment of the variator in the opposite direction, the overall ratio of the transmission unit further in the direction quickly adjustable. Thus, it is not necessary to move the entire variator from one final to the other to continue. There are also several such range combinations possible, both in the forward and in the reverse direction.
- Figure 1 is a schematic representation of a structure of a transmission unit
- FIG. 2 shows a diagram with the ratio of the transmission unit to the ratio of the continuously variable transmission.
- FIG. 1 shows an example of a transmission unit 1 which is provided with an input shaft 2 connected to a drive and with an output shaft 3 connected to an output. Between the output shaft 3 and the output is another transmission, namely an axle 4 arranged with a matched to the wheel diameter translation iAxis.
- the two power paths 101 and 102 are interconnected by means of a planetary gear 9 with a ring gear H, a carrier provided with planetary gears T and a sun gear S.
- the power branch 101 is connected to the carrier T and the power branch 102 is connected to the sun gear S of the planetary gear 9.
- the planetary gear 9 is further provided with a switchable friction clutch K2, with which the carrier T and the ring gear H are coupled together or detachable from each other.
- the gear unit 1 operates as follows: To start, so in the state of the motor vehicle, the clutch K1 is closed and the clutch K2 open. The torque flow thus takes place only via the power branch 101 and the power branch 102.
- the translation of the chain variator 7 is set in a medium transmission range, in such a way that a total ratio of 0 results, the transmission unit 1 is thus in its neutral point. Now, if the chain variator 7 is moved in the direction of overdrive, the motor vehicle moves backwards, the overall ratio and thus the driving speed can be changed continuously.
- the gear unit 1 thus operates to start in reverse or forward drive as a continuously variable, power-split transmission. After reaching the highest gear ratio (the chain variator 7 and thus the transmission unit 1), a range shift takes place, so that the transmission unit 1 also represents a multi-range transmission.
- the transmission unit 1 relating to this diagram is provided, for example, for an agricultural tractor.
- Such an agricultural tractor or a similar vehicle, in particular a mobile work machine is driven in the vast majority of use in an operating range, which corresponds to a total ratio of the transmission unit of about 1 to 3 and a driving speed between about 3 km / and 20 km / h.
- an operating range which corresponds to a total ratio of the transmission unit of about 1 to 3 and a driving speed between about 3 km / and 20 km / h.
- there is a great deal of work and torque load in this operating range for example by plowing or leveling.
- Said operating range is shown by the area between the two horizontal lines intersecting the ordinates at 1 and 3.
- the continuously variable transmission, the chain variator 7, is a conical-pulley transmission with a link chain between the halves of the conical pulley and rocker arms.
- the chain variator 7 has at this high transit time (time shares) and considerable torque loads its best operating range in a range of between about 0.8 and 1, the sixth In this case, namely the contact load, d. H. the maximum Hertzian pressure as well as the contact forces between the conical disc surfaces and the faces of the cradles, particularly favorable with sufficient translation power and variability of the translation. In this way chain damage can be safely avoided.
- the favorable translation range of the chain variator is shown with the area between the numbers 0.8 and 1, 6 on the abscissa.
- the gear unit is tuned by means of the ratios of the other gear stages and the planetary gear so that the desired overall ratio coincides with the low cost of wear range of the chain variator.
- This preferred working range is shown by the intersection of the two aforementioned surfaces in Fig. 2.
- This exemplary relationship between total ratio and Variatorüber GmbH with 0.8 to 1, 6 applies only to symmetric variators, ie variators with equal input and output side conical disks. If an asymmetrical variator is used, the most favorable adjustment range of the variator could also be, for example, between 1 and 0.6, ie asymmetrical next to the ratio of 1.
- the gear unit according to the invention allows to drive through several areas without starting element and without interruption of traction and to switch between forward and reverse. It is thus realized a large spread, which allows it in all situations always the optimal operating point, so to make the ideal overall translation. This is achieved by an optimal choice of structure to reduce variator load at the most driven operating points and thus increases the service life of the transmission.
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Abstract
Description
Getriebeeinheit mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe Gear unit with a continuously variable transmission
Die Erfindung betrifft eine leistungsverzweigte Getriebeeinheit, insbesondere für Motorfahrzeuge, welche einen Variator, also ein stufenlos verstellbares Getriebe enthält und weitere Getriebe und Koppelungselemente aufweist. Solche Getriebe weisen eine große Spreizung auf.The invention relates to a power-split transmission unit, in particular for motor vehicles, which contains a variator, that is to say a continuously variable transmission, and has further transmissions and coupling elements. Such transmissions have a large spread.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 31 294 A1 ist beispielsweise eine Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur bekannt. Die dort beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Getriebes, wobei durch eine Übersetzungsansteuerung und eine Ansteuerung eines gezielten übertragbaren Drehmoments zumindest einer in der Getriebestruktur enthaltenen Kupplung ein Schleifen der Kupplung angesteuert wird, so dass ein Ankriechen des Fahrzeugs erfolgt.From the German patent application DE 196 31 294 A1, for example, a transmission unit with multi-region structure is known. The invention described there relates to a method for controlling and regulating a transmission, wherein a grinding of the clutch is controlled by a translation control and a control of a specific transmittable torque of at least one clutch contained in the transmission structure, so that a cranking of the vehicle takes place.
Wenn die Getriebeeinheit mit dem Variator während einer längeren Betriebszeit in konstanten Betriebspunkten eingesetzt wird, können die bekannten Getriebestrukturen bezüglich der Belastung und der Lebensdauer des Variators und der eingesetzten Kupplungen ungünstig sein.When the gear unit with the variator is used at constant operating points for a longer period of operation, the known transmission structures may be unfavorable in terms of the load and the life of the variator and the clutches used.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine leistungsverzweigte Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur bereitzustellen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll die Getriebeeineinheit in Situationen, in denen das Getriebe für längere Zeit in einem einzigen Betriebspunkt oder in einem engen Betriebsbereich (wie zum Beispiel eine gleiche gesamt Übersetzung) eingesetzt wird, mir einer langen Lebensdauer der verwendeten Bauelemente betrieben werden können. Gleichzeitig soll die Getriebeeinheit die Flexibilität eines Getriebes mit großer Spreizung bieten und einen Bereichswechsel möglichst ohne Drehmomentunterbrechung ermöglichen. Die Bereichschaltung erfolgt somit auch ohne Zugkraftunterbrechung. Außerdem soll auch der Aufwand bezüglich der Anzahl der einzelnen Getriebeelemente so weit wie möglich reduziert sein.The object of the invention is to provide a power-split transmission unit with multi-region structure, which does not have the disadvantages mentioned. In particular, in situations where the transmission is used for a prolonged period of time in a single operating point or in a narrow operating range (such as a same total ratio), the transmission unit should be able to operate with a long life of the components used. At the same time, the transmission unit should offer the flexibility of a transmission with large spread and allow a range change possible without torque interruption. The area circuit is thus also without interruption of traction. In addition, the effort in terms of the number of individual transmission elements should be reduced as much as possible.
Diese Aufgabe wird mit einer leistungsverzweigten Getriebeeinheit mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle, mindestens einem ersten und einem zweiten Leistungszweig, einem in einem Leistungszweig angeordneten stufenlosen Getriebe, weiteren Getrieben, mindestens einem ersten und einem zweiten Koppelungselement, wobei die Koppelungselemente wech- selweise schaltbar sind und mindestens einem Summier- oder Differenzialgetriebe gelöst, wobei die beiden Leistungszweige in dem Summiergetriebe so zusammengeführt sind, dass die Getriebeeinheit bei einer vorbestimmten Einstellung der Übersetzung des stufenlosen Getriebes einen neutralen Betriebspunkt aufweist und die vorbestimmte Übersetzung des stufenlosen Getriebes eine Übersetzung ist, welche in einem Bereich zwischen 20% und 80% des gesamten Verstellbereichs des stufenlosen Getriebes liegt. Wenn also das stufenlose Getriebe eine Gesamtübersetzung zwischen beispielsweise 0,3 und 3 aufweist, liegt demnach die vorbestimmte Übersetzung im Bereich zwischen 0,54 und 2,16, denn der Gesamtverstellbereich von 2,7 entspricht 100%. Eine Getriebeeinheit mit einem neutralen Betriebspunk ist so ausgelegt, dass in diesem Betriebspunkt kein Drehmoment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle übertragbar ist, die Gesamtübersetzung des Getriebes ist also 0. Solche Getriebe werden auch als Geared-Neutral-Getriebe bezeichnet.This object is achieved with a power-split transmission unit having an input shaft, an output shaft, at least one first and a second power branch, a continuously variable transmission arranged in a power branch, further transmissions, at least one first and one second coupling element, wherein the coupling elements alternate. Selective switchable and solved at least one summing or differential gear, wherein the two power branches are merged in the summation so that the gear unit at a predetermined setting the ratio of the continuously variable transmission has a neutral operating point and the predetermined ratio of the continuously variable transmission is a translation, which is in a range between 20% and 80% of the entire adjustment range of the continuously variable transmission. Thus, if the continuously variable transmission has a total ratio between, for example, 0.3 and 3, then the predetermined ratio is in the range between 0.54 and 2.16, because the Gesamtverstellbereich of 2.7 corresponds to 100%. A transmission unit with a neutral operating point is designed so that in this operating point no torque from the input shaft to the output shaft is transferable, the overall ratio of the transmission is thus 0. Such transmissions are also referred to as geared-neutral transmission.
Bei einer bevorzugten Getriebeeinheit liegt die vorbestimmte Übersetzung des stufenlosen Getriebes in einem Bereich von etwa 0,6 bis 1 ,8In a preferred transmission unit, the predetermined ratio of the continuously variable transmission is in a range of about 0.6 to 1.8
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Getriebeeinheit bei einer Übersetzung des Variators im Bereich zwischen ungefähr 0,6 bis 1 ,8 eine Gesamtübersetzung zwischen ungefähr 1 und 3 auf.In one embodiment of the invention, the transmission unit has a total ratio of between about 1 and 3 when translating the variator in the range of about 0.6 to 1.8.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Getriebeeinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die bei einer Übersetzungsänderung des stufenlosen Getriebes von dem neutralen Betriebspunkt ausgehend in eine Richtung die Drehrichtungen von Eingangswelle und Ausgangswelle gleich sind und bei einer Übersetzungsänderung des stufenlosen Getriebes in die andere Richtung die Drehrichtungen von Eingangswelle und Ausgangswelle entgegengesetzt sind. Auf diese Weise wird die Getriebeeinheit mit einem neutralen Betriebspunkt, welches also ein sogenanntes Geared-Neutral-Getriebe darstellt, dahingehend weiterentwickelt, dass ein mit der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit ausgerüstetes Motorfahrzeug nicht nur ohne Anfahrkupplung anfahren kann. Vielmehr ist es möglich, um den Geared-Neutral-Punkt, bei dem sich das stufenlose Getriebe bevorzugt in einer mittleren Übersetzung befindet, Eine Fahrrich- tungsänderung von vorwärts nach rückwärts und umgekehrt zu fahren. Die Fahrrichtungsän- derung erfolgt allein in Abhängigkeit der Richtung der Übersetzungsverstellung des stufenlosen Getriebes. So kann zum Beispiel ausgehend von der Übersetzungseinstellung im Geared- Neutral-Punkt eine Verstellung des stufenlosen Getriebes in Richtung Underdrive (ins Langsame) das Fahrzeug vorwärts antreiben und eine Verstellung in Richtung Overdrive (ins Schnelle) wird es nach rückwärts sein. Somit ist die Getriebeeinheit besonders für fahrbare Arbeitsmaschinen wie Ackerschlepper oder Baumaschinen geeignet, da solche Arbeitsmaschinen häufig ihre Fahrrichtung ändern.A further preferred embodiment of the transmission unit is characterized in that the directions of rotation of input shaft and output shaft are equal in a directional change of the continuously variable transmission from the neutral operating point in one direction and at a ratio change of the continuously variable transmission in the other direction, the directions of rotation of the input shaft and output shaft are opposite. In this way, the transmission unit with a neutral operating point, which thus represents a so-called geared-neutral transmission, evolved to the effect that a equipped with the transmission unit according to the invention motor vehicle can not start only without startup clutch. Rather, it is possible for the geared neutral point, in which the continuously variable transmission is preferably in an intermediate ratio, to drive a direction change from forward to reverse and vice versa. The travel direction change takes place solely as a function of the direction of the gear ratio adjustment of the continuously variable transmission. Thus, for example, starting from the gear ratio in the geared neutral point, an adjustment of the continuously variable transmission in the direction of underdrive (slow) can drive the vehicle forward and an adjustment in the direction of overdrive (ins Fast) it will be backwards. Thus, the gear unit is particularly suitable for mobile machines such as farm tractors or construction machinery, since such work machines often change their direction of travel.
Bei einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Getriebeeinheit wird als stufenloses Getriebe ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit zwischen den Kegelscheiben angeordneter Laschenkette verwendet. Bei einem solchen an sich bekannten Kettenvariator erfolgt die Übertragung des Drehmoments zwischen den Oberflächen der Kegelscheiben und der Laschenkette mittels sogenannter Wiegedruckstücke. Die Wiegedruckstücke bilden mit den einzelnen Laschen der Laschenkette die Wiegegelenke der Kette und werden an ihren Stirnflächen gegen die Kegelscheiben zur Drehmomentenübertragung angepresst. Der bevorzugte Betriebsbereich des stufenlosen Getriebes wirkt sich bei Verwendung eines Kettenvariators im Übersetzungsbereich zwischen 0,6 und 1,8 besonders positiv aus, da gerade in diesem Betriebsbereich mit hoher Laufzeit und Drehmomentbelastung die Kontaktbelastung, d. h. die maximale Hertzsche Pressung sowie die auftretende Kontaktkraft, zwischen den Kegelscheibenoberflächen und den Stirnflächen der Wiegedruckstücke reduziert ist. Auf diese Weise werden Kettenschädigungen sicher vermieden.In a further particularly preferred embodiment of the transmission unit is used as a continuously variable transmission Kegelscheibenumschlingungsgetriebe arranged between the conical disks plate chain. In such a chain variator known per se, the transmission of the torque between the surfaces of the conical disks and the plate-link chain takes place by means of so-called rocker pressure pieces. The rocker pressure pieces form the rocker joints of the chain with the individual lugs of the link chain and are pressed against the conical disks for torque transmission at their end faces. The preferred operating range of the continuously variable transmission has a particularly positive effect when using a chain variator in the transmission range between 0.6 and 1.8, since just in this operating range with high transit time and torque load, the contact load, d. H. the maximum Hertzian pressure and the contact force occurring between the conical disk surfaces and the end faces of the rocker pressure pieces is reduced. In this way chain damage can be safely avoided.
Die Getriebeeinheit kann mit einem Planetengetriebe mit Sonnenrad, Hohlrad und auf einem Träger angeordneten Planetenrädern als Summier- oder Differenzialgetriebe ausgestattet sein. Dabei wird es bevorzugt, dass mittels eines Koppelungselements das Hohlrad und der Träger miteinander koppelbar bzw. voneinander trennbar sind.The transmission unit can be equipped with a planetary gear with sun gear, ring gear and planetary gears arranged on a carrier as summing or differential gear. It is preferred that by means of a coupling element, the ring gear and the carrier are coupled together or separable from each other.
Als Koppelungselemente sind in einer Ausgestaltung der Getriebeeinheit nasse oder trockene Reibungskupplungen, Schaltkupplungen wie Klauenkupplungen, Drehmomentwandler oder andere an sich bekannte schaltbare Koppelungselemente verwendbar.As coupling elements wet or dry friction clutches, clutches such as dog clutches, torque converters or other switchable coupling elements known per se can be used in one embodiment of the transmission unit.
Als weitere Getriebeelemente können Zahnradstufen, Ketten- oder Riementriebe oder zusätzliche Planetengetriebe in der Getriebeeinheit angeordnet sein.As further gear elements gear stages, chain or belt drives or additional planetary gear can be arranged in the transmission unit.
Obwohl die erfindungsgemäße Getriebeeinheit aufgrund ihres Neutralpunktes prinzipiell ohne Anfahrkupplung auskommt, kann es in bestimmten Fällen sinnvoll sein, eine solche Anfahrkupplung vorzusehen. Alternativ kann auch eine einfache Trennkupplung verwendet werden. Die Anfahr- und/oder Trennkupplung kann vor oder hinter der Getriebeeinheit angeordnet sein. - A -Although the gear unit according to the invention basically manages without starting clutch due to its neutral point, it may be useful in certain cases to provide such a starting clutch. Alternatively, a simple disconnect clutch can be used. The starting and / or separating clutch can be arranged in front of or behind the gear unit. - A -
Die Getriebeeinheit kann auch mehrere Fahrbereiche aufweisen. Sobald beispielsweise eine Endübersetzung des stufenlosen Getriebes erreicht ist, ist bei einem Ausführungsbeispiel mittels eines Koppelungselements der Bereich wechselbar und durch eine Übersetzungsverstellung des Variators in die entgegengesetzte Richtung die Gesamtübersetzung der Getriebeeinheit weiter in Richtung schnell verstellbar. Somit ist es nicht erforderlich, den gesamten Variator von einer Endübersetzung zur anderen zu verstellen, um weiter zu fahren. Es sind auch mehrere solcher Bereichskombinationen möglich, sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung.The transmission unit can also have several driving ranges. Once, for example, a final ratio of the continuously variable transmission is reached, in one embodiment by means of a coupling element, the area changeable and by a translation adjustment of the variator in the opposite direction, the overall ratio of the transmission unit further in the direction quickly adjustable. Thus, it is not necessary to move the entire variator from one final to the other to continue. There are also several such range combinations possible, both in the forward and in the reverse direction.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen in vereinfachter, teils schematischer Darstellung:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, an embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals. In a simplified, partly schematic representation:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Struktur einer Getriebeeinheit undFigure 1 is a schematic representation of a structure of a transmission unit and
Figur 2 ein Diagramm mit dem Verhältnis Übersetzung der Getriebeeinheit zu Übersetzung des stufenlosen Getriebes.FIG. 2 shows a diagram with the ratio of the transmission unit to the ratio of the continuously variable transmission.
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Getriebeeinheit 1 , welche eine mit einem Antrieb verbundene Eingangswelle 2 und einer mit einem Abtrieb verbundenen Ausgangswelle 3 versehen ist. Zwischen der Ausgangswelle 3 und dem Abtrieb ist ein weiteres Getriebe, nämlich ein Achsgetriebe 4 mit einer auf den Raddurchmesser abgestimmten Übersetzung iAchse angeordnet.FIG. 1 shows an example of a transmission unit 1 which is provided with an input shaft 2 connected to a drive and with an output shaft 3 connected to an output. Between the output shaft 3 and the output is another transmission, namely an axle 4 arranged with a matched to the wheel diameter translation iAxis.
Die Getriebeeinheit 1 ist in zwei Leistungszweige 101 und 102 aufgeteilt, wobei vor der Verzweigung ein weiteres Getriebe in Form einer Zahnradstufe 5 mit einer Übersetzung von i1 = - 0,66 vorgeschaltet ist. Der Leistungszweig 101 weist eine schaltbare Reibungskupplung K1 sowie eine im Drehmomentenfluss dahinter angeordnete Zahnradstufe 6 mit einer Übersetzung von i2 = -3 auf. Im Leistungszweig 102 befinden sich ein stufenlos verstellbares Kegel- scheibenumschlingungsgetriebe mit einer zwischen Kegelscheibenhälften angeordneten Laschenkette, nämlich ein Kettenvariator 7, welcher eine Übersetzung iVar zwischen 2,3 und 0,4 darstellen kann. Dahinter ist ein weiteres Getriebe, nämlich eine weitere Zahnradstufe 8 mit einer Übersetzung von i3 = -1 ,3 vorgesehen. Die beiden Leistungspfade 101 und 102 sind mittels eines Planetengetriebes 9 mit einem Hohlrad H, einem mit Planetenrädern versehenen Träger T und einem Sonnenrad S zusammengeschaltet. Dazu ist der Leistungszweig 101 mit dem Träger T und der Leistungszweig 102 mit dem Sonnenrad S des Planetengetriebes 9 verbunden. Das Planetengetriebe 9 ist weiterhin mit einer schaltbaren Reibungskupplung K2 versehen, mit der der Träger T und das Hohlrad H miteinander koppel- oder voneinander lösbar sind. Wenn der Träger T mit dem Hohlrad H mittels der Kupplung K2 verbunden sind, ist das Planetengetriebe 9 „auf Block" geschaltet, das heißt der Träger T, das Sonnenrad S und das Hohlrad H drehen mit gleicher Geschwindigkeit. Die Übersetzung beträgt dann i = 1. Das in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Planetengetriebe 9 weist dann eine Standübersetzung, also eine Übersetzung bei stehendem Träger T, von iP = -1 ,5 auf.The transmission unit 1 is divided into two power branches 101 and 102, wherein before the branch another gear in the form of a gear stage 5 with a ratio of i1 = - 0.66 is connected upstream. The power branch 101 has a switchable friction clutch K1 and a gear stage 6 arranged downstream of it in the torque flow with a gear ratio of i2 = -3. In the power branch 102, there are a continuously variable conical disk belt transmission with a link chain arranged between conical pulley halves, namely a chain variator 7, which can represent a ratio iVar between 2.3 and 0.4. Behind this, another gear, namely a further gear stage 8 with a ratio of i3 = -1, 3 is provided. The two power paths 101 and 102 are interconnected by means of a planetary gear 9 with a ring gear H, a carrier provided with planetary gears T and a sun gear S. For this purpose, the power branch 101 is connected to the carrier T and the power branch 102 is connected to the sun gear S of the planetary gear 9. The planetary gear 9 is further provided with a switchable friction clutch K2, with which the carrier T and the ring gear H are coupled together or detachable from each other. When the carrier T is connected to the ring gear H by means of the clutch K2, the planetary gear 9 is switched to "block", that is, the carrier T, the sun gear S and the ring gear H rotate at the same speed and the ratio is i = 1 The planetary gear 9 used in this embodiment then has a state translation, ie a translation when the support T is stationary, of iP = -1, 5.
Die Getriebeeinheit 1 arbeitet wie folgt: Zum Anfahren, also im Stand des Motorfahrzeugs, ist die Kupplung K1 geschlossen und die Kupplung K2 geöffnet. Der Drehmomentenfluss erfolgt also nur über den Leistungszweig 101 und den Leistungszweig 102. Die Übersetzung des Kettenvariators 7 ist in einem mittleren Übersetzungsbereich eingestellt, und zwar so, dass sich eine Gesamtübersetzung von 0 ergibt, die Getriebeeinheit 1 sich also in ihrem neutralen Punkt befindet. Wenn jetzt der Kettenvariator 7 in Richtung Overdrive verstellt wird, fährt das Motorfahrzeug rückwärts, wobei die Gesamtübersetzung und damit die Fahrgeschwindigkeit stufenlos verändert werden kann. Falls der Kettenvariator 7 aus dem neutralen Punkt in Richtung Underdrive verstellt wird, ändert sich die Drehrichtung der Ausgangswelle 3 und das Motorfahrzeug bewegt sich vorwärts, wobei ebenfalls eine stufenlose Geschwindigkeitsänderung erfolgen kann, bis der Kettenvariator 7 seine Endstellung erreicht hat. In diese Position des Kettenvariators 7 kann jetzt eine Bereichsumschaltung erfolgen, indem die Kupplungen K1 und K2 wechselseitig und gegensinnig geschaltet werden, nämlich die Kupplung K1 wird geöffnet und die Kupplung K2 geschlossen. Diese Kupplungsbetätigung kann schleifend erfolgen, um eventuell auftretende Drehmomentstöße zu mildern. Sobald die Kupplung K1 geöffnet und die Kupplung K2 geschlossen ist, erfolgt der Drehmomentenfluss nur noch über den Leistungszweig 102, wobei der Kettenvariator ausgehend von seine Underdrive-Übersetzung stufenlos verstellt werden kann, bis die maximale Gesamtübersetzung erreicht ist.The gear unit 1 operates as follows: To start, so in the state of the motor vehicle, the clutch K1 is closed and the clutch K2 open. The torque flow thus takes place only via the power branch 101 and the power branch 102. The translation of the chain variator 7 is set in a medium transmission range, in such a way that a total ratio of 0 results, the transmission unit 1 is thus in its neutral point. Now, if the chain variator 7 is moved in the direction of overdrive, the motor vehicle moves backwards, the overall ratio and thus the driving speed can be changed continuously. If the chain variator 7 is moved from the neutral point in the direction of underdrive, the direction of rotation of the output shaft 3 changes and the motor vehicle moves forward, which also can be a stepless speed change, until the chain variator 7 has reached its end position. In this position of the chain variator 7 now a range can be done by the clutches K1 and K2 are switched to each other and in opposite directions, namely the clutch K1 is opened and the clutch K2 closed. This clutch operation can be carried out grinding to mitigate any occurring torque shocks. Once the clutch K1 is opened and the clutch K2 is closed, the torque flow takes place only via the power branch 102, wherein the chain variator can be adjusted continuously from its underdrive ratio until the maximum total ratio is reached.
Die Getriebeeinheit 1 arbeitet also zum Anfahren in Rückwärts- oder Vorwärtsfahrt als stufenlos verstellbares, leistungsverzweigtes Getriebe. Nach Erreichen der größten Übersetzung ins Schnelle (des Kettenvariators 7 und damit der Getriebeeinheit 1) erfolgt eine Bereichumschal- tung, so dass die Getriebeeinheit 1 auch ein Mehrbereichsgetriebe darstellt. In der Darstellung des Diagramms der Fig. 2 ist die Gesamtübersetzung einer Getriebeeinheit 1 über der Übersetzung des in dieser Getriebeeinheit enthaltenen stufenlosen Getriebes, des Kettenvariators 7, aufgetragen. Die dieses Diagramm betreffende Getriebeeinheit 1 ist beispielsweise für einen Ackerschlepper vorgesehen. Ein solcher Ackerschlepper oder ein ähnliches Fahrzeug, insbesondere eine fahrbare Arbeitsmaschine, wird in der weitaus meisten Nutzungszeit in einem Betriebsbereich gefahren, welcher einer Gesamtübersetzung der Getriebeeinheit von etwa 1 bis 3 und einer Fahrgeschwindigkeit zwischen etwa 3 km/ und 20 km/h entspricht. Gleichzeitig besteht in diesem Betriebsbereich eine große Arbeitsleistung und Drehmomentbelastung, beispielsweise durch Pflügen oder Planieren. Der genannte Betriebsbereich ist mittels der Fläche zwischen den beiden waagerechten Linien, welche die Ordinate bei 1 und 3 schneiden, gezeigt.The gear unit 1 thus operates to start in reverse or forward drive as a continuously variable, power-split transmission. After reaching the highest gear ratio (the chain variator 7 and thus the transmission unit 1), a range shift takes place, so that the transmission unit 1 also represents a multi-range transmission. In the representation of the diagram of FIG. 2, the total ratio of a transmission unit 1 on the translation of the continuously variable transmission contained in this transmission unit, the chain variator 7, applied. The transmission unit 1 relating to this diagram is provided, for example, for an agricultural tractor. Such an agricultural tractor or a similar vehicle, in particular a mobile work machine is driven in the vast majority of use in an operating range, which corresponds to a total ratio of the transmission unit of about 1 to 3 and a driving speed between about 3 km / and 20 km / h. At the same time there is a great deal of work and torque load in this operating range, for example by plowing or leveling. Said operating range is shown by the area between the two horizontal lines intersecting the ordinates at 1 and 3.
Das stufenlose Getriebe, der Kettenvariator 7, ist ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit einer zwischen den Kegelscheibenhälften angeordneten Laschenkette mit Wiegedruckstücken. Der Kettenvariator 7 hat bei dieser hohen Laufzeit (Zeitanteile) und erheblichen Drehmomentbelastungen seinen günstigsten Betriebsbereich in einem Übersetzungsbereich zwischen etwa 0,8 und 1 ,6. In diesem Fall sind nämlich die Kontaktbelastung, d. h. die maximale Hertzsche Pressung sowie die auftretenden Kontaktkräfte zwischen den Kegelscheibenoberflächen und den Stirnflächen der Wiegedruckstücke, besonders günstig bei ausreichender Übersetzungsleistung und Variabilität der Übersetzung. Auf diese Weise werden Kettenschädigungen sicher vermieden. Der günstige Übersetzungsbereich des Kettenvariators ist mit der Fläche zwischen den Zahlen 0,8 und 1 ,6 auf der Abszisse dargestellt. Die Getriebeeinheit ist mittels der Übersetzungsverhältnisse der weiteren Getriebestufen und des Planetengetriebes so abgestimmt, dass die gewünschte Gesamtübersetzung mit dem für den Verschleiß günstigen Übersetzungsbereich des Kettenvariators zusammenfällt. Dieser bevorzugte Arbeitsbereich ist durch die Überschneidung der beiden vorgenannten Flächen in Fig. 2 dargestellt. Dieser beispielhafte Zusammenhang zwischen Gesamtübersetzung und Variatorübersetzung mit 0,8 bis 1 ,6 gilt nur für symmetrische Variatoren, also Variatoren mit gleich großen an- und abtriebsseitigen Kegelscheiben. Falls ein asymmetrischer Variator verwendet wird, könnte der günstigste Verstellbereich des Variators auch beispielsweise zwischen 1 und 0,6, also asymmetrisch neben der Übersetzung von 1 liegen.The continuously variable transmission, the chain variator 7, is a conical-pulley transmission with a link chain between the halves of the conical pulley and rocker arms. The chain variator 7 has at this high transit time (time shares) and considerable torque loads its best operating range in a range of between about 0.8 and 1, the sixth In this case, namely the contact load, d. H. the maximum Hertzian pressure as well as the contact forces between the conical disc surfaces and the faces of the cradles, particularly favorable with sufficient translation power and variability of the translation. In this way chain damage can be safely avoided. The favorable translation range of the chain variator is shown with the area between the numbers 0.8 and 1, 6 on the abscissa. The gear unit is tuned by means of the ratios of the other gear stages and the planetary gear so that the desired overall ratio coincides with the low cost of wear range of the chain variator. This preferred working range is shown by the intersection of the two aforementioned surfaces in Fig. 2. This exemplary relationship between total ratio and Variatorübersetzung with 0.8 to 1, 6 applies only to symmetric variators, ie variators with equal input and output side conical disks. If an asymmetrical variator is used, the most favorable adjustment range of the variator could also be, for example, between 1 and 0.6, ie asymmetrical next to the ratio of 1.
Die erfindungsgemäße Getriebeeinheit erlaubt es ohne Anfahrelement und ohne Zugkraftunterbrechung mehrere Bereiche zu durchfahren sowie zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt zu wechseln. Es wird somit eine große Spreizung realisiert, die es erlaubt, in allen Situationen immer den optimalen Betriebspunkt, also die ideale Gesamtübersetzung zu treffen. Dazu sorgt eine optimale Wahl der Struktur zur Reduktion der Variatorbelastung bei den meist gefahrenen Betriebspunkten und erhöht somit die Lebensdauer des Getriebes. The gear unit according to the invention allows to drive through several areas without starting element and without interruption of traction and to switch between forward and reverse. It is thus realized a large spread, which allows it in all situations always the optimal operating point, so to make the ideal overall translation. This is achieved by an optimal choice of structure to reduce variator load at the most driven operating points and thus increases the service life of the transmission.
BezuqszeichenlisteLIST OF REFERENCES
1 Getriebeeinheit1 gear unit
2 Eingangswelle2 input shaft
3 Ausgangswelle3 output shaft
4 Achsgetriebe4 axle gearbox
5 Zahnradstufe5 gear stage
6 Zahnradstufe6 gear stage
7 Kettenvariator7 chain variator
8 Zahnradstufe8 gear stage
9 Planetengetriebe9 planetary gear
101 Leistungszweig101 power branch
102 Leistungszweig102 power branch
K1 ReibungskupplungK1 friction clutch
K2 Reibungskupplung K2 friction clutch
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