无级变速器和包括无级变速器的工程机械的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1和23的前序部分所述的无级变速器并涉及包括这种无级变速器的工程机械。
[0002]本发明适用于工业建筑机械领域的工程机械，尤其是轮式装载机、平地机和铰接式运输车。虽然在下文中将针对轮式装载机来描述本发明，但本发明不限于这种特定机械，而是还可用在其它重型工程机械中，例如自卸卡车、挖掘机或其它建筑设备。
【背景技术】
[0003]无级变速器是其速比能够在设计的范围内连续变化的变速器。由于能够在最佳速度下或在最佳燃料经济性下实现原动机的操作同时还在变速器的输出轴处提供所需的转速，所以无级变速器是有用的。在无级变速器中，可以获得输出轴转速与输入轴转速之间的为零的速比。这样的无级变速器通常被称为无级变速器。由于存在为零的输出/输入速比，使得能够实现空档功能，其中，当输出轴静止时，输入轴旋转。在许多工业应用环境中(例如，在工程机械的齿轮箱内)空档位置的存在是有用的，例如，因为它可以消除对起动离合器或扭矩变换器的需求。此外，无级变速器便于所包括的用于执行提升操作/或使工程机械转向的液压系统的操作与工程机械的推进分离，因为可以从输入轴处的动力输出装置为液压系统提供动力，而输入轴可以保持运转，同时，连接到推进传动系的输出轴可以保持静止。无级变速器的典型布置包括无级变速单元、速变器单元，该速变器单元具有连接到行星齿轮系统的速变器输入轴和速变器输出轴。
[0004]US 7，220，203中公开了无级变速器的一个示例。US 7，220，203中的无级变速器包括分别联接到两个马达/发电机的电池。因此，US 7，220，203中的无级变速器是电动无级变速器。而且，该电动无级变速器包括用于从发动机接收动力的输入构件和用于将扭矩传递至例如工程机械车轮的输出构件。而且，该电动无级变速器包括行星齿轮组和多个离合器。相对于US 7，220，203之前已知的现有技术而言，US 7，220，203中公开的该电动无级变速器的优点是:所述多个离合器允许另外的固定速比和另外的复合动力分流速比范围。
[0005]然而，就例如减少部件数目来降低成本以及优化对速变器单元的利用而言，US7，220，203中公开的无级变速器需要进一步改进。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供相对于现有技术方案具有改进的功能性的无级变速器。
[0007]根据本发明的第一方面，提供了一种无级变速器，该无级变速器包括:速变器单元，该速变器单元具有速变器输入轴和速变器输出轴；第一行星齿轮组，该第一行星齿轮组具有第一行星构件、第二行星构件和第三行星构件，第一行星构件是齿圈和行星架中的一个，第二行星构件是齿圈和行星架中的另一个，并且第三行星构件是太阳轮，其中，第一行星齿轮组的第一行星构件以可操作方式连接到变速器输入轴；以及第二行星齿轮组，该第二行星齿轮组具有太阳轮、齿圈和行星架，该行星架以可操作方式连接到变速器输出轴；其中，速变器输入轴以可操作方式连接到第一行星齿轮组的第二行星构件；速变器输出轴以可操作方式连接到第一行星齿轮组的太阳轮，第一行星齿轮组的太阳轮进一步以可操作方式连接到第二行星齿轮组的太阳轮，同时在变速器输入轴与变速器输出轴之间具有可变的传动比；并且第二行星齿轮组的齿圈能够选择性地连接到第一行星齿轮组的第二行星构件并能够选择性地连接到无级变速器的齿轮箱壳体。
[0008]上述用语“能够选择性地连接”在下文及整个说明书中均应解释为两个或更多个部件被布置成彼此主动连接/断开。当借助于行星齿轮组中的部件讨论“能够选择性地连接”时，除另外描述之外，例如太阳轮与齿圈之间经由行星架的行星轮的连接不应解释为例如太阳轮连接到齿圈，将在下文中进一步讨论这一点。因此，为了将行星齿轮组的部件连接到同一行星齿轮组的另一个部件，为了根据本申请中的对上述用语的期望解释而能够连接到彼此，这两个部件必须以某种方式彼此锁定或锁定到另一个部件。
[0009]本发明的优点是:速变器输出轴连接到第一行星齿轮组的太阳轮和第二行星齿轮组的太阳轮，由此提供速变器输出轴的所期望的最大速度，同时在变速器输入轴与变速器输出轴之间具有可变传动比。另外，该无级变速器相对于现有技术方案具有较少的部件，或者更具体地，本发明不需要现有技术中描述的所有离合器。
[0010]根据一示例实施例，在第一行星齿轮组的第二行星构件与第二行星齿轮组的齿圈之间可以布置有第一离合器单元，并且在第二行星齿轮组的齿圈与齿轮箱壳体之间可以布置有第二离合器单元。
[0011]由此，第一离合器单元可以布置成将第一行星齿轮组的第二行星构件以可控制的方式连接至第二行星齿轮组的齿圈。此外，然后第二行星齿轮组的齿圈也连接到速变器输入轴。另外，第二离合器单元因此允许第二行星齿轮组的齿圈与无级变速器的齿轮箱壳体之间的连接，即，第二行星齿轮组的齿圈能够通过第二离合器单元锁定到无级变速器的齿轮箱壳体。
[0012]通过第一离合器单元和第二离合器单元，能够实现无级变速器的第一操作模式和第二操作模式。在第二行星齿轮组的齿圈连接到齿轮箱壳体的情况下，无级变速器将在第一操作模式下工作，在该第一操作模式下中，第二行星齿轮组将作为减速齿轮组工作，从而能够实现第二行星齿轮组上的大传动比。在第二行星齿轮组的齿圈连接到第一行星齿轮组的第二构件的情况下，无级变速器将在第二操作模式下工作，在该第二操作模式中，第一行星齿轮组和第二行星齿轮组将作为一个桥工作，其中速变器输入轴和速变器输出轴既不连接到变速器输入轴也不连接到变速器输出轴。因此，在第一操作模式中，第二行星齿轮组作为减速齿轮组工作，而在第二操作模式中，第二行星齿轮组合并被供应至其太阳轮和齿圈的动力。因此，可以提供一种模式选择布置，该模式选择布置能够利用变速器输入轴与变速器输出轴之间不同的连续可变速比带实现不同的操作模式。
[0013]此外，除了离合器单元以外，该模式选择布置可以包括一组致动器。这些致动器可以控制离合器单元的接合和断开。再者，该模式选择布置可以包括用于操作这些致动器的控制单元等。
[0014]根据一个示例实施例，第一离合器单元和/或第二离合器单元可以是摩擦盘式离合器单元。
[0015]摩擦盘式离合器单元是众所周知的且易于控制。另外，摩擦盘式离合器单元具有如下优点:能够滑移接合，从而提供从断开状态到接合状态的相对均匀且平滑的过渡，反之亦然。摩擦盘式离合器单元可以是湿式摩擦盘式离合器单元或干式摩擦盘式离合器单元。然而，当然也可构想出其它类型的离合器，例如犬齿式离合器。
[0016]根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括与速变器输入轴连接的齿轮以及与第一行星齿轮组的第二行星构件连接的齿轮，这些齿轮彼此啮合连接。与第一行星齿轮组的第二行星构件连接的齿轮能够进一步选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈。
[0017]其优点在于，通过这些齿轮，速变器输入轴的最大速度可适配于于该速变器单元中使用的各种类型的机械。
[0018]根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括第一行星齿轮组连接的太阳轮与的齿轮以及与第二行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮；这些齿轮彼此啮合连接。与第一行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮可以进一步连接到速变器输出轴。
[0019]根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括与第一行星齿轮组的第二行星构件连接的齿轮以及能够选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈的齿轮，其中，这些齿轮彼此啮合连接。
[0020]通过布置与第一行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮(该齿轮与连接到第二行星齿轮组的太阳轮的齿轮啮合连接)，以及布置与第一行星齿轮组的第二行星构件连接的齿轮(该齿轮与能够选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈的齿轮啮合连接)，提供了第一行星齿轮组与第二行星齿轮组之间的几何水平的差值。由此，与工程机械的车轮相比，该工程机械的原动机可以位于较高的几何水平处。而且，可以通过调节由所提及的齿轮获得的两个齿轮级的传动比来增大挑选第一行星齿轮组和第二行星齿轮组的基础速比的自由度。
[0021]根据一示例，能够选择性地连接到第二行星齿轮组的齿圈的上述齿轮可进一步连接到速变器输入轴。根据另一个示例，连接到第一行星齿轮组的第二构件的齿轮可进一步连接到速变器输入轴。
[0022]根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括与第一行星齿轮组的太阳轮连接的齿轮以及连接到速变器输出轴的齿轮；这些齿轮彼此啮合连接。连接到速变器输出轴的齿轮可进一步连接到第二行星齿轮组的太阳轮。
[0023]根据一示例实施例，所述无级变速器还可以包括被连接到第二行星齿轮组的齿圈的齿轮以及能够可选择性地连接到速变器输入轴的齿轮；这些齿轮彼此啮合连接。能够选择性地连接到速变器输入轴的齿轮可进一步选择性地连接到无级变速器的齿轮箱壳体。
[0024]由此，提供了第一行星齿轮组与第二行星齿轮组之间的几何水平上的另外的差值。
[0025]根据一示例实施例，第二行星齿轮组的太阳轮、齿圈和行星架中的一个能够选择性地连接到第二行星齿轮组的太阳轮、齿圈和行星架中的另一个。
[0026]由此，通过将第二行星齿轮组的部件中的一个简单地选择性地连接到第二行星齿轮组的部件中的另一个，该无级变速器能够用于第三操作模式。在该第三操作模式中，第二行星齿轮组被绕过(by-passed)或者被锁定在一起作为一个直接齿轮，而没有任何传动比的增大/减小，即，第二行星齿轮组的输入与输出的关系是1:1。通过使用第三操作模式，为该无级变速器提供了比第二操作模式更快的模式。因此，当使车辆加速时，以其相继的顺序执行这三个操作模式，即，首先通过第一操作模式，然后通过第二操作模式，最后通过第三操作模式来操作该无级变速器。
[0027]应容易理解的是，上述用语“能够选择性地连接”应解释成使得太阳轮、齿圈和行星架中的一个能够被锁定到太阳轮、齿圈和行星架中的另一个。因此，彼此连接的两个部件在它们本身之间不具有相对的速度差。
[0028]此外，上述部件、即太阳轮、齿圈和行星架中的一个能够通过例如离合器单元等选择性地连接到太阳轮、齿圈和行星架中的另一个