Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes sowie Kraftfahrzeug mit einem Leistungsverzweigungsgetriebes

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einer Antriebswelle, mit einem ersten, mechanischen Zweig, der eine Planetengetriebeanordnung mit zumindest zwei Sonnenrädern, einem ersten Hohlrad und einem Planetensteg umfasst, auf dem Doppelplanetenräder angeordnet sind, die mit den Sonnenrädern und mit dem ersten Hohlrad kämmen, wobei zumindest eines der Sonnenräder mit der Antriebswelle gekoppelt ist, mit einem stufenlos verstellbaren zweiten Zweig, der zumindest teilweise über die Planetengetriebeanordnung mit dem ersten, mechanischen Zweig verbindbar ist und wenigstens zwei verstellbare Hydroeinheiten umfasst, die miteinander energetisch koppelbar und in jeweils beide Richtungen als Motor oder Pumpe betreibbar sind, und mit einer Abtriebswelle, welche über den ersten, mechanischen Zweig und den zweiten Zweig mit der Antriebswelle koppelbar ist. Der Planetengetriebeanordnung ist ein Planetenwendegetriebe zugeordnet, durch das die Drehrichtung des ersten, mechanischen Zweiges umkehrbar ist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe.

Bei dem Einsatz von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen ist es erforderlich, diese mit Getrieben zu koppeln, um die Verbrennungsmotoren auch für einen großen Geschwindigkeitsbereich in ihren günstigen Betriebspunk- ten betreiben zu können. Beispielhaft kann diesbezüglich auf Traktoren für den landwirtschaftlichen Betrieb verwiesen werden, bei denen für den Anwendungsfall der Pflanzung per Hand die Geschwindigkeit auf dem Feld zum Teil nur 0,4 km/h erreichen darf, während für den Transfer zwischen dem Feld und dem landwirtschaftlichen Betrieb Geschwindigkeiten von 60 km/h oder höher gewünscht sind. Bei Getrieben mit einer gegebenen Anzahl von Gängen ist der Betrieb des Motors in seinem optimalen Bereich nicht durchgehend gewährleistet, sodass sehr früh das Bedürfnis aufkam, eine kontinuierliche Änderung des Übersetzungsverhältnisses zu erzielen, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig von der Motordrehzahl anbieten zu können.

In der WO 2006/042434 A1 ist dafür ein Leistungsverzweigungsgetriebe offenbart, dass für die Verwendung in landwirtschaftlichen Fahrzeugen geeignet ist, wobei zwischen der mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Antriebswelle und einer Abtriebswelle ein Stufenplanetengetriebe zur Aufteilung der an der Antriebswelle anstehenden Leistung auf einen mechanischen Leistungszweig und einen hydraulischen Leistungszweig vorgesehen ist. Der hydraulische Leistungszweig ist durch zwei hydraulisch miteinander in Verbindung stehende, gleichartige hydrostatische Axialkolbenmaschinen gebildet, welche wahlweise als Pumpe oder Motor betreibbar und in einem vorgegebenen Schwenkwinkelbereich verschwenkbar sind. Die beiden hydrostatischen Axialkolbenmaschinen sind als Hydroeinheiten zur Abdeckung unterschiedlicher Fahrbereiche beziehungsweise Fahrstufen jeweils über zwei Kupplungen auf unterschiedliche Weise mit der Antriebswelle bzw. dem Stufenplanetengetriebe verbindbar. Die beiden Hydroeinheiten sind als Weitwin- kelhydrostaten ausgestaltet.

Diese Druckschrift kann als Referenz für die Kenntnisse des Durchschnittsfachmannes herangezogen werden, da in dieser Druckschrift detailliert die Funktionsweise des Leistungsverzweigungsgetriebes sowie der darin eingesetzten Weitwinkelhydrostaten erläutert ist.

Als nachteilig zeigt sich bei diesem Leistungsverzweigungsgetriebe aller- dings, dass die Rückwärtsfahrt einen schlechten Wirkungsgrad aufweist. In der WO 2016/102572 A1 ist daher zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle eine Reversierstufe zum Wechseln zwischen einem Vorwärts- Fahrbereich und einem Rückwärts-Fahrbereich vorgesehen, wobei die Reversierstufe die Drehrichtungen der Sonnenräder des Hohlrads und der Stegwelle der Planetengetriebeanordnung beim Wechseln zwischen dem Vorwärts-Fahrbereich und dem Rückwärts-Fahrbereich entweder alle umkehrt oder alle konstant hält. Beim Wechseln zwischen Vorwärts-Fahrbereich und Rückwärts-Fahrbereich werden also die relativen Drehrichtungen der Sonnenräder, des Hohlrads und der Stegwelle in einer Gleichsinnigkeit gehalten, sodass nicht Einzelkomponenten der Planetengetriebeanordnung reversiert werden, während andere Komponenten nicht reversiert werden, sodass ausgeschlossen ist, dass es beim Wechsel zwischen Vorwärts- und Rückwärts-Fahrbereich in der Planetengetriebeanordnung zu Drehrichtungsüberlagerungen kommt. Die Reversierstufe umfasst dabei zwischen einer Abtriebsseite der Planetengetriebeanordnung und der Abtriebswelle zwei Kupplungselemente, wobei im Vorwärts-Fahrbereich Drehmoment über das erste Kupplungselement und im Rückwärts-Fahrbereich Drehmoment über das zweite Kupplungselement übertragen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leistungsverzweigungsgetriebe bereitzustellen, dessen Aufbau vereinfacht ist und abtriebsseitig der Planetengetriebeanordnung ohne Kupplungen auskommt. Aufgabe ist weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsbetriebes sowohl für den Rückwärts-Fahrbereich als auch für den Vorwärts-Fahrbereich und ein Kraftfahrzeug mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und des Anspruchs 15 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Das eingangs genannte Leistungsverzweigungsgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass die Drehrichtungen der Komponenten der Planetengetriebeanordnung mit ihren Sonnenrädern, dem Hohlrad und der Stegwelle sowohl für den Vorwärtsfahrbereich als auch für den Rückwärtsfahrbereich beibehalten bleibt und ein Planetenwendegetriebe genutzt wird, um die Drehrichtung der Planetengetriebeanordnung beim Wechsel zwischen dem Vor- wärts-Fahrbereich und dem Rückwärts-Fahrbereich umzukehren, sodass die Abtriebswelle mit dem richtigen Drehsinn angetrieben wird. Es ist nicht erforderlich, dafür Kupplungen einzusetzen, was die Komplexität des Leistungsverzweigungsgetriebes reduziert, die Anwendung vereinfacht und auch Bauraum einspart, sodass ein einfaches und kompaktes Leistungsverzweigungsgetriebe vorliegt, bei dem der Rückwärts-Fahrbereich gleichwertig zum Vorwärts-Fahrbereich angetrieben wird, ohne dass Blindleistung anfällt.

Wenn das Planetenwendegetriebe eine axial verstellbare Schaltmuffe aufweist, in deren einer Axialstellung die Drehrichtung des Planetenstegs direkt auf einen ersten, mechanischen Zweig übertragbar ist und in deren anderer Axialstellung die Drehrichtung des Planetenstegs umgekehrt einem ersten, mechanischen Zweig zuführbar ist, wird die Kompaktheit des Aufbaus gefördert, wobei sich dann anbietet, dass die Schaltmuffe in einer der Axialstellungen gegen Verdrehung gegenüber einem Getriebegehäuse blockiert ist.

Bevorzugt ist weiterhin, wenn die Schaltmuffe als ein Wende-Hohlrad gebildet ist mit einem Wendeplaneten mit einer zugeordneten ungeraden Anzahl von Zahnrädern, wobei das radial innenliegende Zahnrad der Schaltmuffe durch eine Koppelwelle mit dem ersten, mechanischen Zweig drehfest verbunden ist. Es liegt damit ein sehr kompakter Aufbau vor, wobei in der einen Axialstellung der Schaltmuffe diese durch Festlegung gegenüber dem Getriebegehäuse gegen Verdrehung gesichert ist und damit das in Kontakt mit der als Wende-Hohlrad gebildeten Schaltmuffe liegende Zahnrad an dem Wende-Hohlrad abläuft und damit die Drehrichtung umgekehrt wird gegenüber dem anderen Fall in der anderen Axialstellung, wenn das Wende- Hohlrad ohne Drehblockade insgesamt mit der Planetengetriebeanordnung um läuft.

Vorgesehen ist weiterhin, dass die Koppelwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und eine mit der Antriebswelle verbundene Zapfenwelle umgibt.

Vorgesehen ist auch, dass der erste, mechanische Zweig in Richtung des Kraftflusses nach dem Planetenwendegetriebe und der zweite Zweig über eine erste Kupplung mit einer Summierwelle verbunden beziehungsweise verbindbar ist, die mit der Antriebswelle verbunden ist. Auf diese Weise ist die Nutzung des hydrostatischen Zweiges des Leistungsverzweigungsgetriebes sichergestellt, wobei auch hier wiederum darauf hinzuweisen ist, dass über die Summierwelle die Kraft des mechanischen Zweiges und des hydrostatischen Zweiges zusammengeführt wird, wobei zwar in konventioneller Weise dem hydrostatischen Zweig eine Kupplung zugeordnet ist, aber abtriebsseitig der Planetengetriebeanordnung durch das Planetenwendegetriebe keine Kupplung erforderlich ist, um den Kraftfluss zur Summierwelle zu ermöglichen, also die Kraftübertragungskette zwischen der Summierwelle und der Abtriebswelle frei von Kupplungselementen gebildet ist, sodass auch in diesem Bereich ein sehr kompakter Aufbau vorliegt.

Dabei ist der erste, mechanische Zweig abtriebsseitig der Koppelwelle über eine ungerade Anzahl von Zahnrädern mit der Summierwelle verbunden. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn dem zweiten Zweig eine zweite Kupplung zugeordnet ist, da so ein zweiter Fahrbereich bereitgestellt werden kann, bei dem der Summierwelle nur über das Planetengetriebe Leistung zugeführt wird.

Vorzugsweise ist die erste Kupplung als eine der Summierwelle zugeordnete Klauenkupplung ausgebildet zum lösbaren Zusammenwirken mit einer Hyd- rostatwelle der zweiten Hydroeinheit.

Wenn die zweite Kupplung der Hydrostatwelle der zweiten Hydroeinheit zugeordnet und als Doppelklauenkupplung ausgebildet ist zum Zusammenwir- ken der zweiten Hydrostateinheit über ein erstes Zahnradvorgelege mit dem Sonnenrad in der ersten geschlossenen Stellung und zum Zusammenwirken über ein zweites Zahnradvorgelege mit dem Sonnenrad in der zweiten geschlossenen Stellung, dann liegen gleichwertige Verhältnisse für den Vor- wärts-Fahrbereich und den Rückwärts-Fahrbereich vor, die jeweils in zwei Stufen mit dem gleichen Geschwindigkeitsbereich betrieben werden können.

In der zweiten Stufen kann zur Erweiterung des Einsatzbereiches des Leistungsverzweigungsgetriebes eine zusätzliche Getriebestufe bereit gestellt werden, indem zwischen dem der Koppelwelle zugeordneten Zahnrad und dem benachbarten Zahnrad die zusätzliche Getriebestufe angeordnet ist, die ein der Koppelwelle zugeordnetes erstes Ergänzungszahnrad über zwei Kupplungen und ein zweites Ergänzungszahnrad und ein drittes Ergänzungszahnrad lösbar mit dem benachbarten Zahnrad koppelt.

Ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Leistungsverzweigungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorwärts-Fahrbereich die Schaltmuffe in eine gegenüber dem Getriebegehäuse nicht drehfest festgelegten Axialstellung verstellt wird, dass die erste Hydroeinheit über ein Zahnrad Z5 und einem Zahnrad Z4 an einem Außenkranz des Hohlrades mit diesem gekoppelt ist, dass die zweite Hydroeinheit über eine erste Kupplung, ein Zahnrad Z9 und ein Zahnrad Z10 mit einer Summierwelle gekoppelt ist, dass die erste Hydroeinheit aus einer Schwenklage mit einem Schwenkwinkel 0° in eine erste Schwenkrichtung in eine positiven Winkelbereich verschwend und als Pumpe betrieben wird, und dass die zweite Hydroeinheit als Motor betrieben wird. In dieser Konfiguration mit der Durchführung der Verfahrensschritte erfolgt ein Anfahren in Vorwärtsrichtung in einer Stufe 1 , wobei der hydrostatisch übertragene Anteil anfänglich bei 100 % liegt und dann bis auf 0 % zurückgeht, bis die erste Hydroeinheit ihren maximalen Schwenkwinkel erreicht hat.

Dann ist auch die Durchführung von Verfahrensschritten möglich, bei denen in einer zweiten Stufe des Vorwärts-Fahrbereiches die erste Hydroeinheit als Motor und die zweite Hydroeinheit als Pumpe betrieben wird, wobei die zwei- te Hydroeinheit über eine zweite Kupplung und ein erstes Zahnradvorgelege mit dem Sonnenrad gekoppelt ist und aus einer Schwenklage von 0° in einen negativen Winkelbereich verschwenkt wird.

Weiterhin vorgesehen ist ein Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes, bei dem in einem Rückwärts-Fahrbereich die Schaltmuffe in die Axialstellung verstellt wird, in der die Schaltmuffe gegenüber dem Getriebegehäuse drehfest festgelegt ist, wobei die erste Hydroeinheit als Pumpe und die zweite Hydroeinheit als Motor betrieben wird, und wobei die erste Hydroeinheit aus einer Schwenklage von 0° in eine zweite Schwenkrichtung in einen negativen Winkelbereich verschwenkt wird, sodass die Drehrichtung der zweiten Hydroeinheit sich umkehrt. Der Summierwelle wird damit sowohl über den ersten, mechanischen Zweig als auch den zweiten, hydrostatischen Zweig Drehmoment mit dem richtigen Drehsinn übertragen.

Auch für den Rückwärts-Fahrbereich ist die Durchführung von Verfahrensschritten möglich, bei denen in einer zweiten Stufe des Rückwärts- Fahrbereiches die erste Hydroeinheit als Motor und die zweite Hydroeinheit als Pumpe betrieben wird, wobei die zweite Hydroeinheit über eine zweite Kupplung und ein zweites Zahnradvorgelege mit dem Sonnenrad gekoppelt ist und aus einer Schwenklage von 0° in einen negativen Winkelbereich verschwenkt wird.

Im Ergebnis sind bei dem Leistungsverzweigungsgetriebe der Vorwärts- Fahrbereich und der Rückwärts-Fahrbereich gleichwertig gebildet, da durch das Planetenwendegetriebe die Drehrichtung des mechanischen Leistungszweiges umgedreht wird. Beide Fahrbereiche sind mit jeweils zwei Fahrstufen gebildet, die gegebenenfalls bedarfsweise durch eine weitere Getriebestufe noch ergänzt werden können. In der ersten Stufe beträgt sowohl in der Vorwärtsfahrt als auch in der Rückwärtsfahrt der hydrostatische Leistungsanteil im Anfahrpunkt 100 % und sinkt mit zunehmender Geschwindigkeit bis auf 0 % ab, wobei der hydraulische Leistungszweig und der mechanische Leistungszweig über die Summierwelle zusammengeführt werden. In der zweiten Stufe werden der hydraulische Leistungszweig und der mechani- sehe Leistungszweig in der Planetengetriebeanordnung zusammengeführt, wobei der hydraulische Leistungsanteil zwischen 0 % und 29 % liegt.

Die vorstehend genannten Vorteile und Wirkungen gelten sinngemäß auch für ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Leistungsverzweigungsgetriebe.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Figur 1 eine modellhafte Darstellung des Leistungsverzweigungsgetriebes,

Figur 2 eine Ansicht von oben einer konstruktiven Ausgestaltung der modellhaften Darstellung des Leistungsverzweigungsbetriebes aus Figur 1 ,

Figur 3 eine Seitenansicht des Leistungsverzweigungsgetriebes aus Figur 2, im Bereich der Planetengetriebeanordnung teilweise geschnitten dargestellt,

Figur 4 eine Ansicht aus Richtung des Pfeiles IV aus Figur 2, im Bereich des zweiten Hohlrades des Planetenwendegetriebes teil- weise geschnitten dargestellt,

Figur 5 eine Ansicht aus Richtung des Pfeiles V aus Figur 2, im Bereich einer der Abtriebswelle zugeordneten Differentialsperre teilweise geschnitten dargestellt,

Figur 6 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung, mit der für das Anfahren in einem Vorwärts-Fahrbereich entsprechenden Schwenkwinkel der beiden Hydroeinheiten und die symbolische Darstellung des Kraftflusses in den geschlossenen Kraftübertragungsketten, mit der strichlierten Darstellung für die Leistung am Getriebeeingang mit der Antriebswelle, der gepunkteten Darstellung für die hydraulisch übertragene Leistung, der strichpunktierten Darstellung für die mechanisch übertragene Leistung und der durchgezogenen Darstellung für die Leistung am Getriebeausgang mit der Abtriebswelle,

Figur 7 in den Teildarstellungen a), b) und c) eine Symbolisierung des Anfahrvorganges aus der in Figur 6 gezeigten Anfangsstellung,

Figur 8 eine der Figur 6 entsprechende Darstellung des Zustandes gemäß der Figur 7c) für den Vorwärts-Fahrbereich beim Übergang aus der ersten Stufe in die zweite Stufe,

Figur 9 eine der Figur 7 entsprechende Darstellung mit dem Ausgangszustand in a) beim Übergang aus der ersten Stufe,

Figur 10 eine der Figur 6 entsprechende Darstellung mit der für das Anfahren in einem Rückwärts-Fahrbereich entsprechenden Schwenkwinkel der beiden Hydroeinheiten und die symbolische Darstellung des Kraftflusses in den geschlossenen Kraftübertragungsketten, mit der gegenüber Figur 6 für den Rückwärts- Fahrbereich geschalteten Schaltmuffe des Planetenwendegetriebes, Figur 11 eine der Figur 7 entsprechende Darstellung für den Anfahrvorgang in Rückwärtsrichtung,

Figur 12 eine der Figur 9 entsprechende Darstellung für den Rückwärts- Fahrbereich mit dem Ausgangszustand in a) beim Übergang aus der ersten Stufe in die zweite Stufe,

Figur 13 eine der Figur 6 entsprechende symbolische Darstellung des Kraftflusses im Zustand gemäß der Figur 12b),

Figur 14 das Getriebeschema des Leistungsverteilungsgetriebes aus Figur 1 ,

Figur 15 eine der Figur 14 entsprechende Darstellung mit einer zwei Lamellenkupplungen aufweisenden zusätzlichen Getriebestufe zur Bereitstellung einer weiteren Stufe,

Figur 16 für den Vorwärts-Fahrbereich: in der Teildarstellung a) eine der Figur 9b) entsprechende Darstellung mit der zusätzlichen Getriebestufe und in der Teildarstellung b) eine der Figur 9c) entsprechende Darstellung mit der zusätzlichen Getriebestufe,

Figur 17 eine der Figur 6 entsprechende symbolische Darstellung des Kraftflusses in den geschlossenen Kraftübertragungsketten gemäß der Figur 16a),

Figur 18 für den Rückwärts-Fahrbereich: in der Teildarstellung a) eine der Figur 12b) entsprechende Darstellung mit der zusätzlichen Getriebestufe und in der Teildarstellung b) eine der Figur 12c) entsprechende Darstellung mit der zusätzlichen Getriebestufe,

Figur 19 eine der Figur 6 entsprechende symbolische Darstellung des Kraftflusses in den geschlossenen Kraftübertragungsketten gemäß der Figur 18a),

Figur 20 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsform mit als Lamellenkupplungen ausgebildeter erster Kupplung und zweiter Kupplung, und

Figur 21 eine geschwindigkeitsabhängige Darstellung des hydrostatischen Leistungsanteils (strichliert) sowie der Effizienz.

In Figur 1 ist modellhaft die dreidimensionale Darstellung eines Leistungsverzweigungsgetriebes 30 gezeigt, das mit seiner Antriebswelle 12 mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, der durch einen mit einer Kurbelwelle 11 verbundenen Kolben 10 symbolisiert ist. Die Verbindung der Antriebswelle 12 mit dem Verbrennungsmotor kann dabei auch über einen nicht in der Zeichnung dargestellten Torsionsdämpfer und eine nicht dargestellte Gelenkwelle erfolgen.

Die Antriebswelle 12 ist mit einer sich durch das Leistungsverzweigungsgetriebe 30 hindurch erstreckenden Zapfenwelle 13 verbunden, mit der weitere Komponenten angetrieben werden können. Wird beispielsweise das Leistungsverzweigungsgetriebe 30 in einem als Traktor für den landwirtschaftlichen Betrieb ausgelegten Kraftfahrzeug eingesetzt, so kann über die Zapfenwelle 13 eine Pumpe für die Arbeitshydraulik und eine weitere Pumpe für die Lenkung angetrieben werden; das Antreiben anderer Aggregate ist gleichfalls möglich.

Das Leistungsverzweigungsgetriebe 30 weist eine Planetengetriebeanordnung 18 auf mit einem großen Sonnenrad Z1 und einen kleinen Sonnenrad ZT. Weiterhin liegen Doppelplanetenräder Z2 und Z2‘, ein erstes Hohlrad Z3 und ein Planetensteg P vor. Über diese Planetengetriebeanordnung 18 läuft ein erster, mechanischer Zweig 16, durch den von dem Verbrennungsmotor über die Antriebswelle 12 bereitgestellte Leistung einer Summierwelle 14 und von dieser einer Abtriebswelle 24 zugeführt werden kann. In den Figuren 2 bis 5 ist die konstruktive Umsetzung der schematischen Darstellung des Leistungsverzweigungsgetriebes 30 aus Figur 1 gezeigt.

Als eine Besonderheit des Leistungsverzweigungsgetriebes 30 ist dabei für einen einfachen Wechsel zwischen einem Vorwärts-Fahrbereich V und einem Rückwärts-Fahrbereich R ein Planetenwendegetriebe 15 abtriebsseitig der Planetengetriebeanordnung 18 vorgesehen. Durch dieses Planetenwendegetriebe 15 ist die Drehrichtung des ersten, mechanischen Zweiges 16 umkehrbar. Das Planetenwendegetriebe 15 umfasst eine als ein Wende- Hohlrad gebildete, axial verstellbare Schaltmuffe Z23, die in einer ersten Axialstellung die Drehrichtung des Planetenstegs P direkt auf einen Wendeplaneten Z22, Z21 ,Z20 überträgt, der über in dem ersten, mechanischen Zweig 16 mittels drei Zahnrädern Z11 , Z12 und Z13 mit der Summierwelle 14 kraftschlüssig verbunden ist.

In einer zweiten Axialstellung ist die Schaltmuffe Z23 gegenüber einem Getriebegehäuse 17 des Leistungsverzweigungsgetriebes 30 unmittelbar oder mittelbar gegen Verdrehung blockiert, sodass die Drehrichtung des Planetenstegs P in dieser Axialstellung gewendet wird und mit umgedrehtem Drehsinn auf die Summierwelle 14 wirkt. Für diesen Zweck weist die Schaltmuffe Z23 einen Wendeplaneten Z20, Z21 , Z22 mit einer zugeordneten ungeraden Anzahl von Zahnrädern auf, wobei das radial innenliegende Zahnrad Z20 durch eine Koppelwelle19 mit dem ersten, mechanischen Zweig 16 mit den Zahnrädern Z11 , Z12, Z13 drehfest verbunden ist. Die Koppelwelle 19 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die Zapfenwelle 13.

Das Leistungsverzweigungsgetriebe 30 verfügt weiterhin über zwei Hydroeinheiten H1 und H2, die einen hydraulischen, stufenlos verstellbaren zweiten Zweig 22 des Leistungsverzweigungsgetriebes 30 bilden. Die beiden Hydroeinheiten H1 , H2 sind hydraulisch über nicht gezeigte Hochdruckleitungen miteinander verbunden.

Die Hydroeinheiten H1 und H2 sind durch Weitwinkelhydrostaten vom Schrägachsentyp gebildet, bei dem ein Zylinderblock 20 mit darin befindli- chen Kolben 21 aus der Achse der zugeordneten Hydrostatwelle 23 heraus zu einer Seite um einen Schwenkwinkel verschwenkt werden kann. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise der Weitwinkelhydrostaten ist in der WO 2006/042434 A1 beschrieben und daraus bekannt.

Werden bei einem konstanten Schwenkwinkel ungleich 0° die Hydrostatwelle 23 und damit über eine Synchronisierwelle auch der Zylinderblock 20 um ihre jeweiligen Achsen gedreht, durchläuft jeder der Kolben 21 pro Umdrehung einen vollständigen Hubzyklus.

Eine Hydroeinheit H1 , H2 kann dabei als hydraulische Pumpe PU arbeiten, wenn ein Antrieb über die Hydrostatwelle 23 erfolgt und ein hydraulisches Medium durch die aus der Zylinderbohrung herausfahrenden Kolben 21 angesaugt und durch die in die Zylinderbohrung hineinfahrenden Kolben 21 herausgedrückt wird. Die Pumpleistung in Volumen pro Umdrehung ist dabei umso größer, je größer der Schwenkwinkel ist.

Eine Hydroeinheit H1 , H2 kann auch als hydraulischer Motor M arbeiten, wenn die Zylinder jeweils mit einem unter Druck stehenden hydraulischen Medium beaufschlagt werden und die entstehende Drehbewegung an der Hydrostatwelle 23 abgenommen wird. Das Drehmoment ist dabei umso größer, je größer der Schwenkwinkel ist.

Die Betriebsweise der Hydroeinheiten H1 , H2 ist in den Figuren auch vermerkt; gleiches gilt auch für die Schaltstellungen V,R des Planetenwendegetriebes 15 und die Schaltstellungen K2V und K2R der Doppelklauenkupplung K2V/K2R.

Über das Zahnrad Z4 am Außenkranz des Hohlrades Z3 und das Zahnrad Z5 wirkt die Antriebswelle auf die erste Hydroeinheit H1 .

Die zweite Hydroeinheit H2 ist im Vorwärts-Fahrbereich V und im Rückwärts- Fahrbereich R der Stufe 1 über die erste Kupplung K1 sowie Zahnräder Z9 und Z10 mit der Summierwelle 14 gekoppelt, die über die Zahnräder Z15 und Z14 mit der Abtriebswelle 24 verbunden ist, die in dem Ausführungsbeispiel dem Antrieb einer Hinterachse HA dient und über eine dritte Kupplung K3 auch zum Antrieb einer Vorderachse VA genutzt werden kann.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 19 ist die erste Kupplung K1 als eine der Summierwelle 14 zugeordnete Klauenkupplung ausgebildet zum lösbaren Zusammenwirken mit einer Hydrostatwelle 23 der zweiten Hydroeinheit H2. Weiterhin ist die zweite Kupplung K2 der Hydrostatwelle 23 der zweiten Hydroeinheit H2 zugeordnet und als Doppelklauenkupplung K2V/K2R ausgebildet zum Zusammenwirken der Hydrostateinheit H2 über ein erstes Zahnradvorgelege Z6,Z7 mit dem Sonnenrad Z1 ‘ in der ersten geschlossenen Stellung K2V, die dem Vorwärts-Fahrbereich zugeordnet ist, und zum Zusammenwirken über ein zweites Zahnradvorgelege Z7‘,Z7“,Z6‘,Z6 mit dem Sonnenrad Z1 ‘ in der zweiten geschlossenen Stellung K2R, die dem Rückwärts-Fahrbereich zugeordnet ist.

Die Figuren 15 bis 19 verweisen darauf, dass zwischen dem der Koppelwelle 19 zugeordneten Zahnrad Z11 und dem benachbarten Zahnrad Z13 eine zusätzliche Getriebestufe 31 angeordnet sein kann, die ein der Koppelwelle 19 zugeordnetes erstes Ergänzungszahnrad Z11 ‘ über zwei Kupplungen KS,KL und ein zweites Ergänzungszahnrad Z1 TS und ein drittes Ergänzungszahnrad Z11 L lösbar mit dem benachbarten Zahnrad Z13 koppelt.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 19 sind die Kupplungen K1 und K2 als Klauenkupplungen und K3 als Lamellenkupplung gebildet, während die Figur 20 die Nutzung von Lamellenkupplungen für die Kupplungen K1 und K2 zeigt, was gleichfalls grundsätzlich möglich ist, allerdings mit dem Verlust der zweiten Stufe für den Rückwärts-Fahrbereich R verbunden ist.

Die zweite Hydroeinheit H2 ist also über die erste Kupplung K1 mit der Summierwelle 14 koppelbar und kann bei geöffneter erster Kupplung K1 mittels der zweiten Kupplung K2 über das erste Zahnradvorgelege Z6, Z7 oder das zweite Zahnradvorgelege Z7‘,Z7‘,Z6‘,Z6 ‘und dem kleinen Sonnenrad Z1 ‘ mit der Planetengetriebeanordnung 18 gekoppelt werden.

Nachfolgend werden die möglichen Betriebsweisen des Leistungsverzweigungsgetriebes 30 mit dem vorstehend geschilderten Aufbau erläutert.

Eine mögliche Betriebsweise ist der aktive Stillstand, bei der die Summierwelle 14 und darüber die Abtriebswelle 24 blockiert werden und eine Art „Feststellbremse“ vorliegt. Dazu ist die zweite Hydroeinheit H2, wie in der Figur 1 dargestellt, voll ausgeschwenkt, während die erste Hydroeinheit H1 einen Schwenkwinkel von 0° aufweist. Die erste Hydroeinheit H1 fungiert als Pumpe PU und die zweite Hydroeinheit H2 als Motor M, sodass über die zweite Hydroeinheit H2 und die erste Kupplung K1 die gewünschte Blockade erreicht ist.

Der Vorwärts-Fahrbereich V wird anhand der Figuren 6 und 7 erläutert. Initial im Stillstand des das Leistungsverzweigungsgetriebe 30 aufweisenden Kraftfahrzeuges ist die zweite Hydroeinheit H2 voll ausgeschwenkt und die erste Hydroeinheit H1 weist einen Schwenkwinkel von 0° auf. Die erste Hydroeinheit H1 fungiert als Pumpe PU und die zweite Hydroeinheit H2 als Motor M. Beim Anfahren schwenkt die erste Hydroeinheit H1 von 0° in einen positiven Winkelbereich, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gegen den Uhrzeigersinn, bis zu ihrem maximalen Schwenkwinkel, der bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel 45° beträgt. Die hydrostatische Leistung aus der ersten Hydroeinheit H1 wird der als Motor M arbeitenden zweiten Hydroeinheit H2 zugeführt und über die erste Kupplung K1 auf die Summierwelle 14 geleitet, der über den ersten, mechanischen Zweig 16 direkt über den Planetensteg P und den Wendeplaneten Z20, Z21 , Z22 gleichfalls eine Leistung mechanisch zugeführt wird (Figur 6). In Figur 6 ist auch symbolisch der Kraftfluss in den geschlossenen Kraftübertragungsketten dargestellt, wobei die strichlierte Darstellung für die Leistung am Getriebeeingang mit der Antriebswelle steht, die gepunktete Darstellung für die hydraulisch übertragene Leistung, die strich-punktierte Darstellung für die mechanisch übertragene Leistung und die durchgezogene Darstellung für die Leistung am Getriebeausgang mit der Abtriebswelle. Die Zuordnungen sind auch in den übrigen gleichartigen Darstellungen beibehalten.

In der Figur 7B ist der Zustand gezeigt, wenn die erste Hydroeinheit H1 ihren maximalen Schwenkwinkel erreicht hat, woraufhin die zweite Hydroeinheit H2 auf einen Schwenkwinkel von 0° zurückschwenkt (Figur 7c) und damit die erste Hydroeinheit H1 zum Stillstand kommt. Die Kupplungen K1 und K2 laufen synchron und sind lastlos, woraufhin die erste Kupplung K1 geöffnet und die zweite Kupplung K2 geschlossen wird. Dadurch ist die zweite Hydroeinheit H2 über das Zahnradvorgelege Z6, Z7 an das kleine Sonnenrad Z1 ‘ der Planetengetriebeanordnung 18 gekoppelt. Der Kraftfluss in den Kraftübertragungsketten ist aus der Figur 8 ersichtlich.

Durch Weiterschwenken der zweiten Hydroeinheit H2 in die Gegenrichtung in einen negativen Winkelbereich wird die Anströmungsrichtung der Hydroeinheiten H1 und H2 gewechselt, sodass ein Wechsel in eine Stufe 2 des Vorwärts-Fahrbereiches V erfolgt, bei dem die zweite Hydroeinheit H2 als Pumpe PU arbeitet und die erste Hydroeinheit H1 antreibt. Die hydrostatische und die mechanische Leistung werden in der Planetengetriebeanordnung 18 zusammengeführt und die hydrostatisch übertragene Leistung nimmt zu. Ist die zweite Hydroeinheit H2 voll ausgeschwenkt, schwenkt die erste Hydroeinheit H1 auf 0° zurück (Figur 9C), wodurch die zweite Hydroeinheit H2 nahezu stillsteht und die Kraftübertragung fast rein mechanisch über den ersten, mechanischen Zweig 16 verläuft.

In der Figur 21 ist der hydrostatische Leistungsanteil HL in Abhängigkeit der Geschwindigkeit dargestellt. Es ist ersichtlich, dass beim Anfahren der hydrostatische Leistungsanteil HL bei 100 % liegt und dann nahezu linear auf 0 % abfällt, wobei dann das Umschalten von der ersten Stufe in die zweite Stufe des Vorwärts-Fahrbereiches V erfolgt, woraufhin der hydrostatische Leistungsanteil HL wieder zunimmt bis ca. 29 Prozent und nach diesem Maximum wieder abfällt, bis schließlich die Kraftübertragung rein mechanisch erfolgt. Dargestellt in der Figur 21 ist auch der Wirkungsgrad iq, der nahezu über den gesamten Geschwindigkeitsbereich auf hohem Niveau nahezu konstant verharrt. Für die Stufen 1 und 2 des Vorwärts-Fahrbereiches V sind also in den Figuren 6 und 8 der Kraftfluss 25 in den Kraftübertragungsketten dargestellt, wobei die Figur 6 die Konstellation beim Anfahren zeigt, bei der hydrostatische Leistung von der zweiten Hydroeinheit H2 über die erste Kupplung K1 der Summierwelle 14 zugeführt und mechanische Leistung von der Antriebswelle 12 über die Planetengetriebeanordnung 18 auf die Summierwelle 14 übertragen wird. Die Figur 8 zeigt den Übergang in die Stufe 2 des Vorwärtsfahrbereiches V, bei der die hydrostatische erzeugte Leistung gleichfalls der Planetengetriebeanordnung 18 und von dort der Summierwelle 14 zugeführt wird.

Die Figur 11 zeigt die Ausgangssituation in der Teilfigur a), wenn im Rück- wärts-Fahrbereich R aus dem Stillstand angefahren wird. Für den Rück- wärts-Fahrbereich R ist das Wende-Hohlrad als Schaltmuffe Z23 drehfest in der zweiten Axialstellung gegenüber dem Getriebegehäuse 17 festgelegt, sodass die Drehrichtung des Planetenstegs P umgekehrt wird. Die zweite Hydroeinheit H2 arbeitet als Motor M und ist voll ausgeschwenkt, während die erste Hydroeinheit H1 als Pumpe P wirkt und aus der Ausgangsstellung 0° im Uhrzeigersinn bis -45° schwenkt. Durch die entgegengesetzte Schwenkrichtung der ersten Hydroeinheit H1 in den negativen Winkelbereich wird die Drehrichtung der zweiten Hydroeinheit H2 umgekehrt und über die erste Kupplung K1 mit dem entsprechenden Drehsinn der Summierwelle 14 zugeführt, die den mechanischen Leistungsanteil durch das Planetenwendegetriebe 15 gleichfalls mit dem gewendeten Drehsinn erhält.

Die Kraftflüsse sind dabei aus den Figuren 10 und 13 ersichtlich, die im Vergleich mit den Figuren 6 und 8 zeigen, dass im Vorwärts-Fahrbereich V und im Rückwärts-Fahrbereich R das Zusammenführen der Leistungsanteile grundsätzlich gleich erfolgt, wobei die Figur 13 die Nutzung des zweiten Zahnradvorgeleges Z7‘, Z7“,Z6‘,Z6 über die Doppelklauenkupplung K2V/K2R in der Stellung K2R zeigt.

Figur 15 zeigt eine Ausführungsform, bei der in der Stufe 2, und zwar sowohl für den Vorwärts-Fahrbereich V als auch den Rückwärts-Fahrbereich R, über die Koppelwelle 19 eine zusätzliche Getriebestufe 31 mit zwei Kupplungen KS und KL genutzt wird, um den Einsatzbereich zu erweitern. Am Ende der Stufe 2 wird die Kupplung KL geöffnet und die Kupplung KS geschlossen; in der Umschaltzeit von Kupplung KL auf Kupplung KS wird die erste Hydroeinheit H1 von 0° in Richtung 45° geschwenkt. Haben die Kupplungen KL und KS die Synchrondrehzahl erreicht, wird die erste Hydroeinheit H1 wieder auf 0° geschwenkt.

Figur 16 und Figur 17 zeigen die Nutzung der zusätzlichen Getriebestufe 31 im Vorwärts-Fahrbereich V. Am Ende der zweiten Stufe wird die Kupplung KL geöffnet und die Kupplung KS geschlossen, wobei während des Umschaltens von der Kupplung KL auf die Kupplung KS die erste Hydroeinheit H1 von 0° in Richtung 45° verschwenkt wird. Sobald die Kupplung KS und die Kupplung KL die Synchrondrehzahl erreicht haben, schwenkt die erste Hydroeinheit H1 wieder auf 0° zurück. Da die zweite Hydroeinheit H2 voll ausgeschwenkt ist, steht diese nahezu still und die Kraftübertragung erfolgt fast rein mechanisch (Figur 17).

Die Figuren 18 und 19 zeigen die Verhältnisse bei Nutzung der zusätzlichen Getriebestufe 31 im Rückwärts-Fahrbereich R am Ende der zweiten Stufe, wobei zu beachten ist, dass die Schwenkrichtung der ersten Hydroeinheit H1 gegenüber dem Vorwärts-Fahrbereich V invertiert ist.

BEZUGSZEICHENLISTE:

10 Kolben

11 Kurbelwelle

12 Antriebswelle

13 Zapfenwelle

14 Summierwelle

15 Planetenwendegetriebe

16 erster, mechanischer Zweig

17 Getriebegehäuse

18 Planetengetriebeanordnung

19 Koppelwelle

20 Planetensteg

21 Kolben

22 zweiter Zweig: hydraulisch

23 Hydrostatwelle

24 Abtriebswelle

25 Kraftfluss

30 Leistungsverzweigungsgetriebe

31 zusätzliche Getriebestufe

K1 erste Kupplung

K2 zweite Kupplung

K3 dritte Kupplung

KS Kupplung für zusätzliche Stufe

KL weitere Kupplung für zusätzliche Stufe

K2V/K2R Doppelklauenkupplung

HA Hinterachse

VA Vorderachse

HL hydrostatischer Leistungsanteil Wirkungsgrad V Vorwärts-Fahrbereich

R Rückwärts-Fahrbereich

M Motor

PU Pumpe

K2V erste geschlossene Stellung der Doppelklauenkupplung für V

K2R zweite geschlossene Stellung der Doppelklauenkupplung für R

H1 erste Hydroeinheit

H2 zweite Hydroeinheit

P Planetensteg

Z1 großes Sonnenrad

Z1 ‘ kleines Sonnenrad

Z2 Doppelplanetenrad

Z2‘ Doppelplanetenrad

Z3 erstes Hohlrad

Z4 Zahnrad am Außenkranz von Z3

Z5 Zahnrad zu H1

Z6,Z7 erstes Zahnradvorgelege

Z7‘,Z7“,Z6‘,Z6 zweites Zahnradvorgelege

Z9,Z10 Zahnräder zwischen 23 und K1

Z11 der Koppelwelle zugeordnetes Zahnrad

Z12 Zahnrad des ersten, mechanischer Zweigs

Z13 benachbartes Zahnrad

Z11 ‘ erstes Ergänzungszahnrad

Z1 TS zweites Ergänzungszahnrad

Z11 L drittes Ergänzungszahnrad

Z20, Z21 , Z22 Wendeplanet

Z23 Schaltmuffe/Wende-Hohlrad

Z30,Z31 ,Z32,Z33 Differentialsperre