Produkt: Variable Twin Planet Stufenlosgetriebe (VTP)

Konfiguration nach Maß – Stichwort: Variable Twin Planet. Kurz VTP.

VTP Produktfamilie

Offenbarung Off-Road

Test im Gelände. VDS rüstet Land Rover Defender mit dem VTP450 Stufenlosgetriebe aus. Das Projekt „Geländefahrzeug“ demonstriert höchste Funktionalität, Mobilität und Sicherheit in herausfordernden Fahrsituationen.

Variable Twin Planet, Allgemein

Baugrößen. Das VTP Getriebesystem umfasst weitere Baugrößen. In allen Baugrößen sind die für die Erreichung der stufenlosen Getriebeverstellung erforderlichen mechanischen, hydraulischen und elektronischen Komponenten in einem „Basismodul“ integriert.

Variable Twin Planet, technische Beschreibung

Stufenloser Einstieg. Stufenloses Fahrvergnügen.

VTP in allen Varianten.

Ausführungen. Als hydrostatische Variatoren können ins Gehäuse integrierte Kompakteinheiten in back-to-back Ausführung oder separate Hydropumpen und Hydromotoren im geschlossenen Kreis verwendet werden. In allen Fällen sind Hydropumpen in Schwenkscheibenausführung in Kombination mit Konstant- oder Verstellmotoren in Schrägscheiben-  oder in Schrägachsenbauweise vorgesehen.

Anmerkungen. Zur Erreichung bester Getriebefunktion und Schaltqualität müssen Anforderungen an Regelungseigenschaften, Ansprechverhalten etc. erfüllt werden. Kompakteinheiten sind mit Verdrängungsvolumina von 28 cc bis 175 cc auf dem Markt. In Abhängigkeit von Anwendung und Einsatzprofil sind Differenzdrücke bis 480 bar zulässig.

Für den Einsatz von Hydropumpe und –motor  in aufgelöster Bauweise existiert ein breites Angebot an serienmäßig verfügbaren hydrostatischen Einheiten für unterschiedlichste Anwendungen.

Funktionsbeschreibung. Bei geringen Geschwindigkeiten bzw. Abtriebsdrehzahlen erfolgt die Leistungsübertragung nur über den Variator. Über die Verbindung des Hohlrades H2 mit dem Gehäuse im Planetensatz 2 wird der Kraftfluss vom Hydromotor über das Sonnenrad S2 und den Planetenträger zu den Antriebsrädern geschlossen. Die Getriebekomponenten im mechanischen Leistungspfad über­tragen in diesem Betriebsbereich keine Last. Deren Drehzahlen auf Abtriebsseite sind durch die kinematische Koppelung im Planetensatz 1 und auf Eingangsseite durch die Koppelung an die Getriebeeingangswelle definiert. Im Planetensatz 2 ist eine hohe Übersetzung gewählt, um hohe Zugkräfte mit kleinen Hydrostateinheiten zu erreichen.

Umschaltung ohne Zugkraftverlust. Die Drehbewegung an den Sonnenrädern S1 und S2  bzw. am Planeten­träger zwingt dem Hohlrad H1 eine Drehzahl auf, die bei ausreichend hoher Drehzahl an den Sonnenrädern an den Kupplungen  K1 bei Vorwärtsfahrt bzw. an der Kupplung KR bei Rückwärtsfahrt zu Synchrondrehzahlen führt.

Bei Erreichen der Synchrondrehzahl wird vom reinen hydrostatischen Antrieb in den angrenzenden leistungsverzweigten Bereich ohne Unterbrechung der Zug­kraft geschaltet. Die Umschaltung erfolgt durch überlappendes Schließen der entsprechenden Kupplung und nachfolgendes Öffnen der Hohlradbremse. Die Kupplungen bzw. Bremsen sind als Lamellenkupplungen vorgesehen. Eine Verwendung von Klauenkupplungen ist ebenfalls denkbar, erfordert jedoch spezielle Regeleigenschaften im Variator.

Leistungszweig 1. Nach der Umschaltung wird die mechanische Antriebsleistung über das Hohlrad H1 übertragen, das an die Getriebeeingangswelle gekoppelt ist und mit konstanter Drehzahl rotiert. Durch kontinuierliche Veränderung der Drehzahl im hydro­statischen  Zweig wird die Getriebeübersetzung stufenlos angepasst. Unmittelbar nach der Umschaltung in den leistungsverzweigten Bereich rotiert das Sonnenrad im Planetensatz 1 entgegen der Drehrichtung des Hohlrades und reduziert somit die Drehzahl des Steges. In diesem Betriebsbereich arbeitet das Getriebe mit Blindleistung, das bedeutet, dass der Hydromotor als Pumpe arbeitet und über den hydrostatischen Kreis zurück in den mechanischen Pfad liefert. Mit Veränderung des Schwenkwinkels in der Hydropumpe wird die Drehzahl des Hydromotors von maximaler Drehzahl entgegen der Drehrichtung des Hohlrades über Schwenkwinkel Null auf maximale Drehzahl in gleicher Drehrichtung wie das Hohlrad H1 angepasst. Bei Schwenkwinkel Null arbeitet das Getriebe mit maximalem Wirkungsgrad, weil die gesamte Antriebsleistung rein mechanisch übertragen wird. Über den Hydromotor muss lediglich die Verlustleistung zur Abstützung des Momentes am Sonnenrad S1 eingebracht werden.

Bei weiterem Verstellen der Schwenkscheibe wird die Drehzahl des Sonnenrades S1 gleichgerichtet zum Hohlrad H1 gesteigert, bis maximale Fahrgeschwindigkeit im ersten leistungsverzweigten Bereich erreicht wird.

Leistungszweig 2. Die Umschaltung vom ersten in den zweiten leistungsverzweigten Bereich erfolgt mittels einer Lastschaltung mit Kompensation des Stufensprunges durch die Variatoreinheit. Bei dieser speziellen Umschaltfunktion wird dem Hohlrad H1 über eine überlappende Schaltung der Kupplungen K1 und K2 eine kontinuierliche Drehzahlerhöhung aufgezwungen und während der Beschleunigung des Hohlrades durch Anpassung der Drehzahl des Sonnenrades die Gesamtübersetzung konstant gehalten bzw. an die jeweiligen Fahrbedingungen angepasst. Nach Abschluss der Umschaltung ist die Getriebeübersetzung im zweiten Überlagerungsbereich annähernd gleich der Übersetzung  vor der Umschaltung im ersten Überlagerungsbereich. Diese Vorgangsweise bewirkt, dass eine stufenlose
Verstellung der Getriebeübersetzung in zwei Überlagerungsbereichen mit hoher Gesamtspreizung erfolgen kann.

Die Übersetzung im Planetensatz 1 ist deutlich kleiner gewählt als im Planetensatz 2, um einerseits eine hohe Getriebespreizung in den leistungs­verzweigten Bereichen zu erreichen und andererseits das Druckniveau im hydrostatischen Kreis  in Bereiche zu legen, in denen die Hydropumpe und der Hydromotor mit guten Wirkungsgraden arbeiten.

Drehzahl und Wirkungsgrad. Bild (Drehzahldiagramm) zeigt die Drehzahlverhältnisse in einem VTP Getriebe mit einem Überlagerungsbereich für Retourfahrt, einem rein hydrostatischen Fahrbereich bei geringen Geschwindigkeiten und zwei Überlagerungsbereichen für Vorwärtsfahrt.

Im Bild (Getriebewirkungsgrad) ist der Wirkungsgradverlauf in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit bei konstanter Eingangsdrehzahl gezeigt. Auffällig sind die charakteristischen Kamelbuckel in der Mitte der Überlagerungsbereiche, wo die gesamte Antriebsleistung rein mechanisch übertragen wird und das Getriebe die besten Wirkungsgrade aufweist.