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.

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.

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.

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.

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.

Bei einer bevorzugten Getriebeeinheit liegt die vorbestimmte Übersetzung des stufenlosen Getriebes in einem Bereich von etwa 0,6 bis 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.

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.

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.

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.

Als Koppelungselemente sind in einer Ausgestaltung der Getriebeeinheit nasse oder trockene Reibungskupplungen, Schaltkupplungen wie Klauenkupplungen, Drehmomentwandler oder andere an sich bekannte schaltbare Koppelungselemente verwendbar.

Als weitere Getriebeelemente können Zahnradstufen, Ketten- oder Riementriebe oder zusätzliche Planetengetriebe in der Getriebeeinheit angeordnet sein.

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 -

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.

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:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Struktur einer Getriebeeinheit und

Figur 2 ein Diagramm mit dem Verhältnis Übersetzung der Getriebeeinheit zu Übersetzung des stufenlosen Getriebes.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Bezuqszeichenliste

1 Getriebeeinheit

2 Eingangswelle

3 Ausgangswelle

4 Achsgetriebe

5 Zahnradstufe

6 Zahnradstufe

7 Kettenvariator

8 Zahnradstufe

9 Planetengetriebe

101 Leistungszweig

102 Leistungszweig

K1 Reibungskupplung

K2 Reibungskupplung