CN104126085B - 功率分流传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特别是用于牵引驱动机构的一种功率分流传动装置，其具有至少一个驱动轴和至少一个输出轴，在该驱动轴和输出轴之间设置机械第一支路和液压或电力第二支路，所述两支路通过行星齿轮装置至少部分地彼此连接，其中第二支路包括多个转能量转换器。根据本发明，至少一个驱动轴可连接至第一能量转换器和行星齿轮装置的第一连接件，而至少一个输出轴可连接至行星齿轮装置的第二连接件，第二和第三能量转换器可连接至行星齿轮装置的至少一个或多个额外的连接件和/或至少一个输出轴。

Description

功率分流传动装置
技术领域
本发明涉及尤其是用于牵引驱动机构的一种功率分流传动装置，具有至少一个驱动轴和至少一个输出轴，该驱动轴和输出轴之间设有机械的第一支路和液压或电力的第二支路，该第一支路和第二支路可至少部分地通过行星齿轮装置彼此连接，其中第二支路包括多个能量转换器。
背景技术
在启动时需要高牵引力且行驶方向频繁换向的移动式作业机械中，尤其如轮式装载机和履带式装载机，也如推土机或类似的物料运输车辆，纯静液压牵引驱动常被用于避免带转换器的机械驱动式单元的典型缺陷，尤其如在负载下启动时高能耗的缺陷和未完全摆脱牵引力中断的换挡阶段的变动。静液压驱动允许连续的改变转速，对于具有有限行驶速度的车辆、例如轮式装载机和履带式装载机或推土机，这样的连续改变速度例如在整个速度范围内是可行的。然而，这样纯静液压驱动在较高行驶速度下与机械驱动相比具有高得多的能耗，这是由于该单元在高速下造成高损失。
为了所谓的结合变速系统和驱动系统的优点，已经提出了所谓的功率分流传动装置，其通过机械的第一支路和静液压的第二支路有选择地提供从在输入侧的驱动轴至输出侧的输出轴的力传输，其中依据传动装置的构造可通过切换件把功率传输从纯机械式变至纯静液压式，反之亦然，或者改变部分静液压功率传输和部分机械功率传输。目前在此方面已使用行星齿轮，两功率支路通过行星齿轮可以彼此叠加，其中机械支路经行星齿轮被引入且静液压支路中的至少一个液压调节器被连接到行星齿轮。
然而，通常为柴油发动机的驱动马达的转动方向给这样的功率分流传动装置带来了一个问题。当仅泵利用纯静液压驱动而枢转过零度位置且因此体积流量以及同时转动输入方向反转时，这在机械支路中变成一项复杂的工作，因为在机械支路的驱动马达转速不易反转，至少不可没有牵引力中断或至少不具有协调的牵引力过零点阶段。
为了利用此种功率分流传动装置实现方向反转且为了避免机械线路中牵引力中断的所述问题，已提出将沿静液压回路的“正确”的旋转方向的较大转速叠加到机械支路的“错误”的旋转方向。然而，因此在传动装置中传输无功功率，这会增加能耗，且需要更大的液压单元。例如针对牵引机，这种方法可非常成功地运用，但这主要是由于牵引机主要沿向前方向运行且具有需补偿所述转动方向且出现无功功率的反向行驶的来回行驶段相对较少。针对移动式作业机械，如具有大量反向行驶段或在向前行驶和反向行驶之间具有基本均衡比例的轮式装载机或履带式装载机，此传动系统的平衡糟得多，因为在其中出现反向行驶的大量来回行驶段中出现所述的无功功率。
或者，因此已提出在驱动马达或驱动轴和功率分流传动装置的行星齿轮之间提供反转齿轮，这是为了能反转驱动马达的不变的预定旋转方向，以引入功率分流传动装置的机械支路。例如，文件DE 10 2008 001 613 A1和DE 10 2008 040 449示出了此种具有连接到机械支路上游的换向齿轮的功率分流传动装置。在此，静液压支路的液压调节器与行星齿轮或与布置在其下游的手动变速箱相关联，以叠加静液压功率和机械功率。但是，尤其在用于如轮式装载机这样的具有大量反向行驶段的移动式作业机械时，这些已知的解决方案的一个缺点为，由于该系统，泵转速在行驶持续向零变化时达到其最大值，而这对于倒挡组的反转将沿其旋转方向类似地变化，从而泵转速变化在数量上达到了最大转速的大致两倍。如果反转过程以本身所需的例如十分之几秒的速度发生，因此会出现泵的边缘高加速度，且泵因此被加载到甚至超过其负载极限，因此出现过早磨损甚至完全失效。在另一方面，如果将此纳入考量且反转过程更缓慢地进行，那么驾驶员将会察觉到这样的慢速，具有在零速下的“等待周期”的感觉，这是一个缺点，尤其如果驾驶员习惯于由之前静液压操作的机器所带来的无停滞的经零速的持续反转。
为减轻这种反转问题，而仍能因所述原因提供功率分流，文件EP 2 280 192 A1提出一种功率分流装置，其中液压泵被连接到驱动轴或连接到位于倒挡级上游的驱动马达，因此液压泵不会因旋转方向反转而受损，所以静液压支路的泵一直以相同方向旋转，仅静液压马达被连接至行星齿轮上。在这方面，通过在低速行驶范围内断开机械支路，功率可仅静液压传输，故通过泵相应枢转经过零点可实现轻柔但快速的惯常反转。然而，在此不利的是额外需要与行星齿轮并行布置的、用于从静液压马达到输出端的功率传输的正齿轮传动链，以及分流传动装置第二驱动形态的调整。为了在第二驱动形态覆盖足够大的转速范围，具有相应的离合器的多个换挡级被设置在输出侧，行星齿轮能通过离合器接合设定不同的转速比。如果以功率分流进行运转，通过调节液压单元仅可在单个的行驶区间级中实现传动比的微小变化。因此，传动装置变得相对复杂和昂贵，且由于提供了多个离合器和换挡级，需要大量维护且易于磨损。另外，由于需要离合器，出现了不利地影响功率分流传动装置效率的空转损耗。而且，牵引力传输的降低或至少延期在自纯静液压运行切换到功率分流运行时出现。在纯静液压行驶区间末期，泵通常处于最大枢转角且马达处于最小或至少减小的枢转角，因此实现纯静液压的可能的最大输出转速。在此，液压马达连接行星齿轮的齿圈，而齿圈又不得不在无扭矩传输地空转情况下以相当高的转速与其一起运动。在功率分流行驶区间开始时，转速增大，这是由于从零开始增大的液压支路转速通过齿圈被加到由柴油机预先确定的机械支路的恒定转速部分。为此，齿圈和液压马达必须在切换后立即具有零速或至少低速，其如此实现，即泵处于小枢转角或零枢转角且同时马达处于大或最大的枢转角。结果是，在换挡过程中，在短时间内，泵必须枢转回位，且马达必须向外枢转。此时在功率传输中出现上述降低状态。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种改良开头提到类型的功率分流传动装置，其避免了现有技术的缺点并进一步以有利的方式形成。尤其是在不损害传动装置效率且不限制齿轮传动比的调节范围的情况下，以简单的传动装置设计构造来实现快速、连续且低损耗的可逆性。另外，在不同的行驶区间之间切换时也应实现牵引力传输无中断，从而例如在切换期间无需调节液压调节器的枢转角。
根据本发明所述的功率分流传动装置可以实现此目的。本发明优选实施例在本公开中描述。
已提出，提供三个或更多的旋转式能量转换器，其可以彼此液压或电力连接，在此布置成至少一个能量转换器可与至少一个驱动轴连接，且布置至少两个能量转换器可与行星齿轮装置连接和/或可与输出轴连接，且在此不将所有能量转换器以分别固定的形式作为马达或压力发生器或电流发生器，而依据行驶区间有选择地用至少一个能量转换器作为马达或泵/发生器。根据本发明，至少一个驱动轴可以连接第一能量转换器和行星齿轮装置的第一连接件，而至少一个输出轴可连接行星齿轮装置的第二连接件，且第二和第三能量转换器可连接行星齿轮装置的至少一个或多个另外的连接件和/或至少一个输出轴。通过使用至少三个能量转换器及其一方面与驱动轴且另一方面与连接至其上行星齿轮装置的不同连接配置，可以根据需要以功率分流运行，或仅通过液压/电力支路或仅通过机械支路运行，其中能量转换器能按照彼此间不同的结合形式运行，因此获得驱动位置的高度可变性。通过直接或间接连接至行星齿轮装置和/或输出轴的、或可例如通过离合器组件或换挡组件被连接的至少两个能量转换器，可由其在功率分流行驶时实现广泛分布，还无需在上游或下游的具有同步连续可调的齿轮传动比的换挡级传动组。另一方面，纯液压或电力行驶形态可以通过直接或间接地连接或可连接到至少一个驱动轴或上游驱动马达的至少一个能量转换器实现，纯液压或电力行驶形态尤其能以短暂且连续但又柔和的过零点阶段实现简单的反向行驶驱动。同时，所述的连接至驱动轴的第一能量转换器可通过即可作为马达又可作为泵/发生器的可变运行有利地提高了行驶形态的可变性。
在本发明的进一步方案中，有利地提供用于控制能量转换器的控制装置，其为此如此构造，即根据期望的输出速度和/或期望的输出扭矩，各自的不同能量转换器可作为压力发生器或电流发生器运行。尤其如此规定，根据期望的输出速度，第一能量转换器和另两个能量转换器中的至少一个可交替作为马达或作为压力发生器或电流发生器运行。驱动形态的可变性可直接通过能量转换器在发生器运行和马达运行之间的可控切换能力来进一步提高。在液压调节器情况下，所述控制装置可调节枢轴角。在电机的情形下，可例如在交流电机情形下通过变频器调节频率，或者在直流电机情形下通过调压器来调节电压。
所述第二和第三能量转换器的连接原则上可在行星齿轮装置的上至不同位置连到输出轴或连接其上的组件。然而有利地，第二和第三能量转换器都可连接至行星齿轮装置，以能够在功率分流运行中利用每个能量转换器用于相对于机械支路的速度改变。直接连接至输出轴的能量转换器可仅被用于改变扭矩，而剩下的连接至行星齿轮的能量转换器仅可以用于改变转速。相应地，行星齿轮装置有利地包括至少四个连接器或连接件，其中驱动轴和输出轴练连接至所述第一和第二连接件，而第二能量转换器或第三能量转换器分别连接至第三和第四连接件。
各自部件与所述连接件之间的连接为此通常可直接设置，例如，从而各自的部件通过轴被直接地且刚性地连接至相应的连接件。但作为替代，至少一个或全部所述传动部件，即，驱动轴、输出轴和能量转换器，也可间接连接至各自的连接件，例如通过置入例如呈正齿轮对的形式的另外的传动部件或传动级和/或通过置入离合器，从而相应的部件与各自的连接件隔开且相连。因此，每个能量转换器可直接或间接地连接或可连接至各自的传动部件或连接件。这也适用于可直接或间接地连接或可连接至至少一个各自的另外传动部件的其他传动部件。
根据本发明有利的进一步方案，能量转换器可无需置入离合器地被连接至驱动轴或行星齿轮装置，从而能量转换器总是随驱动轴或相应的行星齿轮部件转动，或同样随其停顿而停顿。通过这种能量转换器的无离合器式连接可避免这种离合器相关的功率损耗。该传动装置也可以有利地被构造成无用于改变转速的手动传动装置。根据本发明的进一步方案，通过调节能量转换器和通过可选地接入和断开机械支路以及通过可选地阻断行星齿轮装置的独立部件，该功率分流传动装置可实现简单的转速变化。
根据本发明的进一步方案，第二和/或第三转换器直接或间接地连接或可连接的连接件中的至少一个可以通过制动器锁定，其中该制动器能直接关联到该连接件或任何不可转动地连接于其上的元件。借助于这样的制动器，通过行星齿轮装置的功率传输也可以利用能量转换器断开或调到零点而有效地实现。然而作为替代，也可通过可连接至其上的能量转换器止动相应的连接件和连接至其上的行星齿轮装置的传动部件以设定相应的行驶区间，例如由于在停顿时能量转换器生产充足的扭矩，该扭矩克服作用在连接件上的力或扭矩。这可通过相应控制关联的能量转换器来实现。
作为替代或补充，可设置超越离合器，其允许各自部件仅在一个方向运动，但在相反方向阻挡该部件。然而，优选使用制动器，因为在此第二支路中的功率损耗减小并可使用较小的能量转换器。
制动器尤其可与上述第四连接件相关联，上述第三能量转换器直接或间接地连接或可连接至该第四连接件。作为替代或补充，制动器也可与行星齿轮装置的第三连接件相关联，该第三连接件直接或间接地连接或可连接至第二能量转换器。
根据本发明的进一步方案，也可提供第四能量转换器、可选地第五能量转换器乃至更多的能量转换器。这样的第四能量转换器可有利地连接到至少一个驱动轴，例如为了在增压作用方面能施加额外功率，这例如作为启动辅助或在出现功率峰值时是有利的。这样的第四能量转换器根据可用的能源配置也可不同于其它能量转换器地构成。例如如果提供混合驱动，所述第四能量转换器可被构成电动马达/发生器，即使其它能量转换器为液压调节器。在此，也可提供电/液压储能器，所述第四能量转换器可连接至其上。
上述控制装置基本可以不同方式构或以不同方式控制传动装置。一方面，至少一个能量转换器、优选至少两个、尤其全部的能量转换器可被构造成可调节的，其中控制装置可独立地调节各自的能量转换器或与一些或所有其他的可调节的能量转换器成组调节。如果第二支路被构造成液压的且如果液压调节器相应地被设置成能量转换器，则至少一个液压调节器或相应的多个液压调节器可以是调节单元，其就排量而言是可调节的，其排量有利地在零到最大排量之间或在最大负排量到最大正排量之间可连续调节。各自的液压调节器的枢转角尤其可通过控制装置调节。当至少两个或尤其全部三个液压调节器并行地液压连接或可连接时，上文所述的功能尤其可以简单方式实现。相比之下，如果第二支路被构造成电力的且如果电机相应地被设置成能量转换器，则至少一个电机，优选至少两个，尤其每个电机可被设计成三相电机，且可通过能反馈的逆变器连接至共同的直流电压中间电路或可通过相应的开关元件连接至其上，从而例如各自的电机的转速在马达模式下可被调节，优选地，通过所述逆变器在零到最大正转速或最大负转速之间调节。
根据本发明的进一步方案，传动装置也可以具有至少一个换挡件，其可以通过控制装置换挡以改变传动装置的挡位状态。这样的换挡件尤其可以是离合器和/或制动器，但原则上也可以是其他换挡件，如可接合的齿轮传动级，其挡位状态可通过所述控制装置改变。
根据本发明的进一步方案，传动装置的机械第一支路尤其可通过至少一个离合器自驱动轴脱离，以便在第一行驶区间中，输出轴仅可由液压的或电力的第二支路驱动。有利地，所述离合器可通过控制装置控制，从而能设定各自的与可调节能量转换器的控制相协调的驱动形态。如果机械第一支路以所述方式自驱动轴脱离，控制装置尤其可如此设置，即在所述的第一行驶区间中，在马达模式下，连接到驱动轴的第一能量转换器作为泵或发生器运行，第二和第三能量转换器中的至少一个作为马达运行。
根据本发明有利的进一步方案中，用于断开或接入机械第一支路的所述离合器可以通过倒挡组形成，行星齿轮装置的第一连接件的转动方向借助于该倒挡组相对驱动轴是反转的。为此，在驱动轴和行星齿轮装置之间提供所述的倒挡组是有利的。然而，第一支路的脱离无需通过所述的倒挡组实施。相反，取决于倒挡组如何构成，离合器也可以独立于所述倒挡组或者作为其补充提供，以能独立于倒挡组的致动实施第一支路的断开和接入。然而有利地，用于断开和接入第一支路的离合器与所述的倒挡组一体构成，该倒挡组有利地可包括两个离合器单元或一个双离合器单元，以能有选择地接入前级或后级。
如果该传动装置是功率分流的，即在第一支路接入情形下运行，控制装置有利地可在这样的第二行驶区间中调节能量转换器，其中输出轴通过第一支路和第二支路两者驱动，所以在马达运行中，连接至驱动轴的第一能量转换器和连接至行星齿轮装置的第二能量转换器可各自有选择地作为马达或作为压力发生器或作为电流发生器运行，即，尤其在第一能量转换器作为马达模式下，第二能量转换器作为泵或发生器运行，且相反地，第一能量转换器作为泵或发生器运行时，第二能量转换器作为马达运行。通过这样的第一和第二能量转换器的互逆运行，可显著提高可实现的转速变化。
尤其在所述的使用两个支路的功率分流来传输功率的第二行驶区间中，不同的子区间通过熟练切换或调节能量转换器可被设置并且可彼此连续移动。依据所需扭矩或所需转速，比例可由功率分流协调，即，或者在低转速的同时输出高扭矩，或者在高转速下输出很小的扭矩。因此，轮式装载机或履带式装载机可从极低行驶速度到极高行驶速度连续移动。
根据本发明有利的进一步方案，在所述的第二行驶区间的第一子区间内在马达模式下，第二能量转换器可作为泵/发生器运行，而第三能量转换器作为马达运行，第一能量转换器同样作为马达运行。作为替代或补充，在所述第二行驶区间的第二子区间内在马达模式下，第二能量转转器作为泵/发生器运行，第三能量转换器作为马达运行，而第一能量转换器不传输扭矩地空转。作为替代或补充，在所述第二行驶区间的第三子区间内在马达模式下，第一能量转转器作为泵运行，第二能量转换器作为马达运行，第三能量转换器不传输扭矩地空转。用所述的子区间和相应的能量转换器设置，可在功率分流第二行驶区间中实现不同的转速范围和/或扭矩范围，尤其是所述第二子区间具有比所述第一子区间高的转速，而所述第三区间又具有比所述第二子区间高的转速。对于所述第一子区间，尤其可获得优选与第一行驶区间无缝接续或重叠的转速，在该第一行驶区间中所述传动装置仅在液压或电力下运行，即，通过第二支路。从而，整体可获得相当大的转速变化范围。
至少一个能量转换器、优选多个能量转换器可有利地在每个所述行驶区间或子区间中被同时调节，以实现要达到的扭矩和/或要达到的转速的连续变化。根据本发明的进一步方案，例如在第二行驶区间的所述第一子区间中，第一液压调节器可在全枢转角和零位之间调节。作为替代或补充，在所述功率分流行驶区间的第二子区间中，第二液压调节器和/或第三液压调节器可以在最大枢转角和减小的枢转角或零位之间依序地或同时地调节。作为补充或替代，在功率分流行驶区间的所述第三子区间中，可实施第一液压调节器和/或第二液压调节器的枢转角调节。
根据本发明的进一步方案，至少两个能量转换器可并行地液压或电连接，尤其在本发明的一个优选方案中，全部三个能量转换器能够彼此并行连接，从而来自第一能量转换器的体积流量或电流流入第二或第三能量转换器，反之亦然。作为替代或补充，能量转换器的并行连接也可如此构造，即，通过任一个所述能量转换器的以体积流量或电流形式的能量输出可传递给每个其它的能量转换器。因此，可实现多种不同的切换状态。通过向下调节能量转换器，例如通过设定无功率接收和输出的零位，尤其可以使的并行连接的能量转换器上的呈液压体积流量或电流形式的能量流变大或变小。由此，这可实现细微的、而整体又在相当大的调节范围内可变的行驶区间调节。
行星齿轮装置本身通常可具有不同的配置，行星齿轮装置有利地被构造成多级的。行星齿轮装置尤其可被构造成分级的行星齿轮，其包括具有至少一个分级行星轮的连板，第一太阳轮有效连接所述至少一个分级行星轮的第一级，第二太阳轮有效连接至所述至少一个分级行星轮的第二级，齿圈有效连接至所述至少一个分级行星轮的至少一级。因此，能以简单的方式提供用于驱动轴和输出轴的四个连接件同能量转换器。
但是，作为补充或替代，行星齿轮装置也可被设置成具有两个常规构造的行星轮级，每个都具有太阳轮、齿圈和具有至少一个行星轮的连板，每个行星轮级本身具有三个连接件。根据本发明有利的进一步方案，第一行星轮级的连接件可连接至第二行星轮级的连接件，另外的连接件可被固定，从而优选如此连接的行星轮级系统具有四个用于连接所述传动部件的连接件。为此在优选形式中，两个连板可彼此连接和/或齿圈之一能被固定。
根据本发明的有利的方案，驱动轴直接或间接连接或可连接至行星齿轮装置的第一太阳轮，且输出轴直接或间接连接或可连接至行星齿轮装置的连板或多个连板之一。有利地，第二能量转换器直接或间接连接至第二太阳轮，而根据本发明有利的进一步方案，第三能量转换器可以直接或间接连接或可连接至行星齿轮装置的齿圈或非固定的第二齿圈。
附图说明
现在下文参考优选实施例并参考附图以更详细地解释本发明，在附图中示出：
图1：根据本发明优选实施例的功率分流传动装置的示意图，其中设置三个呈可调节液压调节器形式的能量转换器，且机械支路可通过在相对于驱动轴的转动方向上的倒挡组反转；
图2：根据本发明优选实施例的功率分流传动装置的示意图，其中设置三个呈具有可反馈的逆变器的电机形式的能量转换器，且机械支路可通过在相对于驱动轴的转动方向上倒挡组反转；
图3：来自前图的功率分流传动装置的功率传输的示意图，其中有断开的机械第一功率支路；
图4：来自前图的功率分流传动装置的功率传输的示意图，其中有接入的机械第一支路，示出功率分流行驶的第一子区间；
图5：来自前图的功率分流传动装置的功率传输的示意图，其中有接入的机械第一支路，示出功率分流行驶的第二子区间；
图6：来自前图的功率分流传动装置的功率传输的示意图，其中有接入的机械第一支路，示出功率分流行驶的第三子区间；
图7：来自前图的功率分流传动装置的、根据替代实施例的行星齿轮装置的示意图，其中该行星齿轮装置包括两个本身常规的行星齿轮级，各具有太阳轮、连板、至少一个行星轮和齿圈，其中两个行星轮级的连板被结合；
图8：根据本发明进一步优选实施例的功率分流传动装置的示意图，其中设置四个能量转换器，三个呈液压调节器形式，一个呈电机形式，机械支路可以通过在相对于驱动轴的转动方向上倒挡组而反转，还另外设有第二驱动马达和第二输出轴。
具体实施方式
如图1所示，功率分流传动装置1可以具有被例如呈柴油机2的形式的驱动马达驱动的输入轴或驱动轴3，振动或扭转阻尼器或者其他被置入的传动件也能被设置在驱动马达2和功率分流传动装置1之间。
机械第一支路5和静液压第二支路6设置在功率分流传动装置1的驱动轴3和输出轴4之间，在马达模式下驱动轴3的功率通过所述支路可被传递到输出轴4上，到机械支路和液压支路的功率分量的分配可通过相应控制传动装置来改变，如下所述。
机械第一支路5通过用于反转转动方向的倒挡组16被连接至驱动轴3。所述的倒挡组16包括前进齿轮30，其通过前进离合器Kv可以被接合至驱动轴3，从而其与驱动轴3一同沿同方向转动。另一方面，倒挡组16包括反转齿轮31，其通过反转离合器Kr可被接合至正齿轮32，该正齿轮与驱动轴3或与连接至其上的正齿轮正啮合并沿与驱动轴3的相反的转动方向转动。所述前进齿轮和反转齿轮30和31与机械第一支路5的输入齿轮33啮合，从而取决于前进和反转离合器Kv和Kr中哪一个接合，机械第一支路5的输入轴34向前或向后转动。为此提供这样的布置，即，输入齿轮33在向前或向后运转时在数量上以与驱动轴3的相应转速相同或几乎相同的转速向前或向后转动。在此，输入齿轮33的转速和行星轮系的输入轴34的转速在数量未必一定与驱动轴3的转速相同，而是可以相比于其在数量上更大或更小，这取决于置入齿轮的配置。如果前进离合器和后退离合器Kv和Kr脱开，则机械第一支路5被脱离。在此，倒挡组16同时构成用于断开和接入机械第一支路5的离合器装置。
机械第一支路5继续连到行星齿轮装置7，该行星齿轮装置7将第一支路5的所述输入轴34连接到功率分流传动装置1的输出轴4，参看图1。
在图1所示的实施例中，行星齿轮装置7被构造成分级行星轮系，该行星轮系包括连板19，该连板19支撑至少一个分级行星轮20，其第一级20a有效连接至第一行星轮级17的第一太阳轮18，而分级行星轮20的第二级20b有效连接至齿圈24，也连接至第二行星轮级21的第二太阳轮22。
行星齿轮装置7因此具有四个连接点或连接件。第一连接件8由第一太阳轮18形成且经由输入轴34、输入齿轮33和倒挡级16连接至驱动轴3。第二连接件9设置在连接至输出轴4的连板19处。第三连接件10由第二太阳轮22形成且连接至呈可调节的液压调节器形式的第二能量转换器13。第四连接件11由齿圈24形成，同样呈可调节的液压调节器形式的第三能量转换器14借助于与所述第四连接件11和/或所述第三能量转换器14相关联的制动器K1连接至该齿圈，第四连接件11并进而内齿圈24借助于该制动器K1可被阻止。
作为图1所示的实施例的替代，行星齿轮装置7也可包括两个常规构造的彼此依次连接的行星轮级17和21，如图7所示。在此，第一行星轮级17包括第一太阳轮18、支撑至少一个行星轮的第一连板19和第一齿圈28。类似地，第二行星轮级21包括第二太阳轮22、支撑至少一个第二行星轮23的第二连板29和第二内齿圈24。如图7所示，第一和第二连板19和29彼此连接或被构造成双连板。如图7所示，第一级的齿圈28是固定的。
如图7所示，第一太阳轮18在此也可形成用于连接驱动轴3的第一连接件8。第二连接件9可由共同连接的连板19和29形成且可连接输出轴4。以类似于图1实施例的方式，第二太阳轮22形成用于连接第二能量转换器13的第三连接件10，而第二齿圈24形成用于连接第三能量转换器14的第四连接件11。
除了两个所述的连接至行星齿轮装置7的能量转换器13和14，传动装置的液压第二支路6包括另外的能量转换器12，其在下文被称为第一能量转换器12，且与其它两个能量转换器13和14不同，其未连接到行星齿轮装置7，而是连接驱动轴3并位于倒挡组16上游，且从而同样被构造成可调节的液压调节器的第一能量转换器12与所述倒挡组16的挡位状态无关地随驱动轴3转动，其中连接在图1所示的实施例中通过正齿轮32实现，从而液压调节器12沿与驱动轴3相反的方向转动。该第一能量转换器12可相对于驱动轴3有升高或降低的转速，从而能量转换器12可以具有不同于驱动轴3转速的、有利于能量转换器的转速。
尽管在根据图1所示的实施例中能量转换器12、13和14分别构造成可调节的液压调节器，但其他的能量转换器尤其是电机也可用于第二支路6，即，第二支路被构造成电力的。如图2所示，尤其三个电力能量转换器本身可以相似的方式连接至行星齿轮装置7或连接至驱动轴3，其中所述的能量转换器12、13和14有利地均能被构造成三相电机，其通过可反馈的逆变器25、26和27连接至共同的直流电压中间电路，参看图2。因此，电机可通过调节所述的逆变器以就转速而言被调节，并在马达模式下可有选择地作为马达或作为电流发生器运行。在其他方面，根据图2的实施例对应于根据图1的实施例，故参考图1的说明。
使用依据附图的功率分流传动装置1，基于所需扭矩或所需转速，机械传输功率和液压/电力传输功率的比例可以协调，从而或者在低转速的同时输出高扭矩，或者在高转速下输出低扭矩，其中例如轮式装载机或履带式装载机能从极低行驶速度连续运行至极高行驶速度。尤其可在不同的行驶区间之间切换时实现无中断牵引力的传动。尤其在较高的行驶速度，通过功率分流传动装置的特定配置可大幅提高效率。而且，驱动马达2的转速可以降低，这另外带来燃料节约。
通过该功率分流传动装置1尤其可实现以下的行驶形态，这将在下文参考用于如轮式装载机或履带式装载机的行驶驱动的液压变化来解释。
典型地，在启动时需要高牵引力。这可在这种情况下产生，即，功率分流传动装置1在第一行驶区间中纯静液压地工作，如图3所示。为此，传动装置的机械第一支路5被切断或脱离，倒挡组16的两个离合器Kv和Kr都断开。因此，仅静液压第二支路6工作，如图3所示，第一液压调节器12作为泵工作且被驱动轴3驱动。在启动状态下，即在停顿时，第一液压调节器12在此首先通过控制装置15设定到零枢转角，而第二液压调节器13被设定到最大枢转角以能够以最大扭矩启动马达。如果如附图所示的实施例那样设置制动器，其中与第三液压调节器14相关联的连接件11能被其阻断，则所示制动器K1在启动状态下闭合。但如前所述，齿圈24的止动也可通过所述第三液压调节器14实现，其中优选通过制动器K1阻断。因此，第三液压调节器14可被设定为零，从而功率分流传动装置仅利用两个液压调节器工作，即第一液压调节器12和第二液压调节器13。
为了启动，在此作为泵工作的第一液压调节器12枢转离开零点，从而其提供渐增的体积流量，其中所述第一液压调节器12有利地能运行至其最大枢转角以增大速度。由体积流量产生的高压PHD被施加到作为马达工作的第二液压调节器13上，在第一次启动之后或在第一液压调节器12完全枢转出时，所述第二液压调节器13能离开其最大向外枢转位置至较近的枢转位置，例如至其最大枢转角的约30%。枢转角的这种调节导致第二液压调节器13从零开始渐增的转速，其相应地引起第二太阳轮22的转速增加，这又借助于固定不动的齿圈24引起连板19转速的相应增加，因此同样引起行驶速度增加。两液压调节器12和13的枢转角在行驶区间的末期如此选择，即，该机械第一支路5的输入轴34转速匹配于驱动轴3转速，从而在离合器Kv无转速差或仅有小转速差。在这种行驶状态下，即达到所谓的同步点时，可由纯静液压行驶切换到功率分流行驶。
为此，一方面，第三液压调节器14有利地完全向外枢转，即设定为最大扭矩，以在释放制动器K1后能保持施加在其上或齿圈24的扭矩。短时间之前、短时间之后或与此同时，通过闭合倒挡组16的前进离合器Kv以接入机械第一支路5。因此，第一太阳轮18转速还进一步地与驱动轴3转速成正比，或者例如与柴油机2转速成正比。
在所述功率分流第二行驶区间的第一子区间中，如图4所示，在马达化的行驶运行中，第二液压调节器13作为泵工作，相反地，第一液压调节器12作为马达工作，参看图4。但有利地，所述第一液压调节器12能通过根据本发明的进一步方案的控制装置15降低其枢转角，尤其设置为零。由第二液压调节器13提供的、从零开始的液压体积流量的增加部分到达第三液压调节器14，所以其在马达行驶模式下作为马达工作地从零开始增加其转速。这导致齿圈24从零开始增加的转速，其在行星齿轮中在第一太阳轮18处被加入到机械第一支路5的转速，从而导致连板19的转速进一步增加，并进而导致输出轴4的转速进一步增加，并进而导致行驶速度进一步增加。当第一液压调节器12枢转到零时，除了机械第一支路5，仅在第二和第三液压调节器运行。此时，功率分流行驶区间的第二子区间开始。
在功率分流的第二行驶区间的第二子区间中，如图5所示，所述的第二和第三液压调节器13和14两者可以就其枢转角而言被调节，以相应改变行驶速度或传输扭矩。在此，在马达行驶模式中，第二液压调节器13继续作为泵工作，第三液压调节器14作为马达工作。第一液压调节器12在所述行驶区间中仅被带动并空转，即无扭矩或几乎无扭矩地运行，因为其处于零枢转角。为了能够以更高行驶速度行驶，第二液压调节器13尤其可以再次向外枢转，尤其可以达到最大行程的排量位置。同时或一段时间差后，第三液压调节器14可以具有减小的排量，尤其可降至零位。因此液压调节器14的转速进一步增加，其导致齿圈24的转速进一步增加并进而导致行驶速度进一步增加，同时导致第二太阳轮22和第二液压调节器13的转速降低。当达到第三液压调节器14的零位时，第二液压调节器13的转速等于零。此时，开始功率分流的第二行驶区间的第三子区间。
现在为了更进一步增大行驶速度，在功率分流的第二行驶区间的第三子区间中，如图6所示，第一液压调节器12现能从零位向外枢转到负方向。在马达行驶模式中再次作为泵工作的第一液压调节器12的液压体积流量因此反转，从而第二液压调节器13现也开始反向转动，并在马达行驶模式中再次从泵变回马达运行。第二太阳轮22的负的输出转速导致连板19的转速进一步增加，因此导致行驶速度进一步增加。第三液压调节器14在该行驶区间中仅被带动且无扭矩或几乎无扭矩地运行，因为其处于零枢转角。如果第一液压调节器12现沿负方向向外枢转至最大以为了重获行驶速度，则在马达行驶模式中作为马达工作的第二液压调节器13再次枢转返回，直到达到最大行驶速度。第一和第二液压调节器12和13的调节可分别同时发生或时间重叠地发生。
也为了能够使用功率分流传动装置1向后行驶，在启动时作为泵工作的第一液压调节器12可首先以本身已知的方式调节，在纯静液压运行中沿负方向持续远离零点或经过零点，从而在此就像用纯静液压传动装置那样可获得平滑、连续且快速的反转。也为了能够具有前述用于反向行驶的几个行驶区间，尤其也为能够使用功率分流行驶，机械第一支路5的输入轴34通过倒挡组16被反向驱动用来在功率分流区间中向后行驶，其中一旦机械第一支路5的输入轴34的转速匹配于驱动轴3的转速以使得在离合器Kr处无转速差或仅有很小的转速差，则反转离合器Kr闭合。因此，输入轴34在数量上对应于驱动轴3转速但符号为负地转动。不同的功率分流行驶形态能获得与前述相似的形式。
如图8所示，功率分流传动装置1也可以具有多于三个的能量转换器。在图8所示的实施例中，第四能量转换器35在此可连接至驱动轴3。所述第四能量转换器35可与其它的能量转换器12、13和14无关地被构造成静液压的或电力的，在图8所示实施例中提供电机，如呈三相电机形式。
如果出现功率需求峰值或在启动时，可通过附加的第四能量转换器35就增压作用而言可施加附加的扭矩到驱动轴3。在此，能量转换器35可以从不同侧供应能量，参考图8，根据本发明有利的进一步方案提供电能储存器36，由其供给第四能量转换器35。第四能量转换器35在增压运行时可有利地作为发生器工作，并可供给电流至所述电能储存器36。当第四能量转换器35被构造成液压调节器时，能量储存器36可为蓄压器。
图8还示出功率分流传动装置1可被多于一个的驱动马达驱动。除了上述实施例中的驱动马达2，在此提供第二驱动马达2a，其如图8所示连接至正齿轮32。所述驱动马达2a可同样是柴油机，但也可有其他构造。
图8进一步示出功率分流传动装置1也可具有多于一个的输出轴。至少一个附加的输出齿轮4a可有利地接合至行星齿轮传动装置的连板19。
另一方面，图8实施例的构造大体上对应于图1实施例的构造，故可参考前面的说明，也可以参考图3至图6中对运行和运行状态的说明。

Claims (19)

1.一种功率分流传动装置，具有至少一个驱动轴(3)和至少一个输出轴(4)，在所述驱动轴和输出轴之间设置机械第一支路(5)和液压或电力第二支路(6)，这两支路通过行星齿轮装置(7)至少部分地彼此连接，其中所述行星齿轮装置(7)包括多个连接件(8、9、10、11)，所述第二支路(6)包括至少三个能彼此液压或电连接的旋转式能量转换器(12、13、14)；其中所述驱动轴(3)连接至第一能量转换器(12)和所述行星齿轮装置(7)的第一连接件(8)，所述输出轴(4)连接至所述行星齿轮装置(7)的第二连接件(9)，第二能量转换器(13)连接至所述行星齿轮装置(7)的第三连接件(10)或输出轴(4)，所述第三能量转换器(14)连接至第三连接件(10)或连接至所述行星齿轮装置(7)的第四连接件(11)或所述输出轴(4)，其中所述三个能量转换器中的至少一个连接至所述行星齿轮装置(7)的连接件，一制动器(K1)与该连接件相关联以用于制动或保持所述连接件。
2.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中提供控制装置(15)，其被构造成如此控制能量转换器的运行状态和/或传动装置换挡状态，即，在马达模式下，根据期望的输出转速和/或期望的输出扭矩，所述三个能量转换器(12、13、14)中的至少另外一个作为液压/电力发生器运行，和/或，在增压模式下，根据期望的输出转速和/或期望的输出扭矩，所述三个能量转换器(12、13、14)中的至少另外一个作为马达运行。
3.根据权利要求2所述的功率分流传动装置，其中所述控制装置(15)如此构造，即，在马达模式下，根据期望的输出转速，所述第二和第三能量转换器(13、14)的至少其中一个与所述第一能量转换器(12)能交替作为液压/电力发生器运行。
4.根据权利要求2或3所述的功率分流传动装置，其中所述控制装置(15)如此构造，即，在马达模式下，所述第二和第三能量转换器(13、14)中的至多一个作为液压/电力发生器运行。
5.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中所述第一支路(5)通过至少一个离合器(Kv、Kr)自驱动轴(3)脱离，且所述输出轴(4)在一第一行驶区间中仅被所述第二支路(6)驱动，其中在所述第一行驶区间中，在马达模式下，所述第一能量转换器(12)能作为液压/电力发生器运行，所述第二和第三能量转换器(13、14)中的至少一个能作为马达运行。
6.根据权利要求2或3所述的功率分流传动装置，其中在一第二行驶区间中，所述第一能量转换器(12)和所述第二能量转换器(13)通过所述控制装置(15)各自有选择地作为马达和作为液压/电力发生器运行，在该第二行驶区间中所述输出轴(4)既被所述第一支路(5)又被所述第二支路(6)驱动。
7.根据权利要求6所述的功率分流传动装置，其中所述控制装置(15)这样构造，即，在所述第二行驶区间的第一子区间中，在马达模式下，所述第二能量转换器(13)作为液压/电力发生器运行，所述第三能量转换器(14)作为马达运行且所述第一能量转换器(12)作为马达运行；和/或，在所述第二行驶区间的第二子区间中，在马达模式下，所述第二能量转换器(13)作为液压/电力发生器运行，所述第三能量转换器(14)作为马达运行且所述第一能量转换器(12)被切换为无扭矩；和/或，在所述第二行驶区间的第三子区间中，在马达模式下，所述第一能量转换器(12)作为液压/电力发生器运行，所述第二能量转换器(13)作为马达运行且所述第三能量转换器(12)被切换为无扭矩。
8.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中在驱动轴(3)和行星齿轮装置(7)之间设置用于相对于所述驱动轴(3)反转所述行星齿轮装置(7)的第一连接件(8)的转动方向的倒挡组(16)。
9.根据权利要求8所述的功率分流传动装置，其中所述第一能量转换器(12)连接至驱动轴(3)，从而所述第一能量转换器(12)与所述倒挡组(16)的位置无关地沿给定的转动方向被驱动轴(3)驱动。
10.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中所述行星齿轮装置(7)被构造成分级行星齿轮，具有包括至少一个分级行星轮(20)的连板(19)、具有有效连接至少一个分级行星轮(20)的第一级(20a)的第一太阳轮(18)、具有有效连接至少一个分级行星轮(20)的第二级(20b)的第二太阳轮(22)、具有有效连接至少一个分级行星轮(20)的至少一级的齿圈(24)。
11.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中所述行星齿轮装置(7)被构造成多级的，具有第一行星轮级(17)，其包括第一太阳轮(18)、具有至少一个第一行星轮(37)的第一连板(19)、以及第一齿圈(28)；并具有第二行星轮级(21)，其包括第二太阳轮(22)、具有至少一个第二行星轮(23)的第二连板(29)、以及第二齿圈(24)；第一行星轮级(17)和第二行星轮级(21)各具有三个连接件，其中，第一行星轮级(17)的一个连接件接合至第二行星轮级(21)的一个连接件并且另一个连接件被固定，从而行星齿轮装置具有四个连接件。
12.根据权利要求10或11所述的功率分流传动装置，其中所述驱动轴(3)连接至所述行星齿轮装置(7)的第一太阳轮(18)。
13.根据权利要求11所述的功率分流传动装置，其中所述第二能量转换器(13)连接至第二太阳轮(22)和/或所述第三能量转换器(14)连接至所述行星齿轮装置(7)的第二齿圈(24)。
14.根据权利要求10所述的功率分流传动装置，其中所述输出轴(4)连接至所述行星齿轮装置(7)的连板(19)。
15.根据权利要求11所述的功率分流传动装置，其中所述输出轴(4)连接至所述行星齿轮装置(7)的第一或第二连板(19、29)。
16.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中所述三个能量转换器(12、13、14)中的至少两个是彼此并行地液压或电力连接的或可连接的。
17.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中所述三个能量转换器(12、13、14)中的至少两个被构造成可调节的液压调节器。
18.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中所述三个能量转换器(12、13、14)中的至少两个被设计成三相电机并且通过可反馈的逆变器(25、26、27)连接至共同的直流电压中间电路。
19.根据权利要求1所述的功率分流传动装置，其中提供第四能量转换器(35)，其连接到至少一个驱动轴(3)。
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