-
Die
Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe sowie ein Verfahren
zur Steuerung eines Antriebs, insbesondere eines Fahrantriebs.
-
Zum
Antreiben von Nutzfahrzeugen wie Radladern beispielsweise ist es
bekannt, Leistungsverzweigungsgetriebe zu verwenden. Solche Leistungsverzweigungsgetriebe
haben den Vorteil, dass zusätzlich
zu einem mechanischem Leistungszweig ein zweiter Leistungszweig
vorgesehen ist, welcher ein variables Übersetzungsverhältnis aufweist.
Im Falle eines hydrostatischen Getriebes mit variabler Übersetzung
ist es so möglich,
ein besonders hohes Anfahrtmoment vorzusehen. Hierzu werden der
hydrostatische Leistungszweig und der mechanische Leistungszweig über ein
Summiergetriebe aufsummiert und der Ausgang des Summiergetriebes
mit der angetriebenen Fahrzeugachse unter Umständen über ein weiteres Schaltgetriebe
verbunden. Ein solches Antriebssystem ist aus der
DE 197 47 459 A1 bekannt.
Nachteilig an dem beschriebenen Antriebssystem ist es, dass zum
Umschalten zwischen verschiedenen Fahrbereichen, welche unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche
des angetriebenen Fahrzeugs abdecken, Schaltkupplungen verwendet
werden müssen.
Infolgedessen tritt eine Zugkraftunterbrechung ein und es ergeben
sich Schaltrucke.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungsverzweigungsgetriebe
sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems zu schaffen,
bei dem ein Wechsel zwischen Fahrbereichen ohne Zugkraftunterbrechung
möglich
ist.
-
Die
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe
nach Anspruch 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch
9 gelöst.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe
ist ein erster Leistungszweig mit einem fest vorgegebenen Übersetzungsverhältnis sowie
ein zweiter Leistungszweig mit variabler Übersetzung vorgesehen. Das
Leistungsverzweigungsgetriebe weist einen ersten Summiergetriebeabschnitt auf,
der einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang
aufweist. Der erste Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts
ist mit einem Ausgang des ersten Leistungszweigs verbunden. Der
zweite Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts ist mit einem
Ausgang des zweiten Leistungszweigs verbunden.
-
Das
Leistungsverzweigungsgetriebe weist zusätzlich zu dem ersten Summiergetriebeabschnitt einen
zweiten Summiergetriebeabschnitt auf. Die beiden Summiergetriebeabschnitte
sind miteinander verbunden, indem der Ausgang des ersten Summiergetriebeabschnitts
mit einem ersten Eingang des zweiten Summiergetriebeabschnitts verbunden
ist. Der zweite Eingang des zweiten Summiergetriebeabschnitts ist
dagegen mit einen weiteren Ausgang des zweiten Leistungszweigs verbunden.
-
Durch
das Koppeln des ersten Summiergetriebeabschnitts und des zweiten
Summiergetriebeabschnitts mit dem zweiten Leistungszweig, welcher hinsichtlich
seines Übersetzungsverhältnisses
variabel ist, kann zwischen zwei Fahrbereichen umgeschaltet werden.
Hierzu ist entweder der erste Summiergetriebeabschnitt so mit dem
variablen Leistungszweig verbunden, dass eine Summierung der beiden
Leistungszweige in dem ersten Summiergetriebeabschnitt erfolgt.
In dem zweiten Fahrbereich ist dagegen der zweite Summiergetriebeabschnitt
mit dem variablen Leistungszweig verbunden, so dass die Summierung
der beiden Leistungszweige in dem zweiten Summiergetriebeabschnitt
erfolgt.
-
Erfindungsgemäß wird in
einem ersten Fahrbereich ein erster Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts
durch den ersten Leistungszweig angetrieben. Ein erster Eingang des
zweiten Summiergetriebeabschnitts wird durch den Ausgang des ersten
Summiergetriebeabschnitts angetrieben. In dem ersten Fahrbereich
wird eine Beschleunigung erreicht, indem eine Drehzahl des zweiten
Eingangs des ersten Summiergetriebeabschnitts reduziert wird. In
dem zweiten Fahrbereich wird dagegen eine Beschleunigung erreicht,
indem die Drehzahl des zweiten Eingangs des zweiten Summiergetriebeabschnitts
zur Beschleunigung erhöht
wird. Zum Fahrbereichswechsel stellt sich bei beiden zweiten Eingängen eine
verschwindende Drehzahl ein.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zur Beschleunigung in den beiden Fahrbereichen einmal dieses Übersetzungsverhältnis des
ersten Summiergetriebeabschnitts und das andere Mal das Übersetzungsverhältnis des
zweiten Summiergetriebeabschnitts variiert. Damit lassen sich zwei
unterschiedliche Fahrbereiche realisieren, welche hinsichtlich Ihrer
Gesamtübersetzung
eine weite Spreizung erlauben. Dies führt zu einem großen Geschwindigkeitsbereich,
in dem das Fahrzeug betrieben werden kann, ohne dass eine Kupplung
zum Betätigen
eines nachgeschalteten Schaltgetriebes erforderlich ist. Der Verzicht
auf eine Kupplung und die spezielle Ausbildung des Leistungsverzweigungsgetriebes,
bei der eine Reduzierung der Drehzahl des zweiten Eingangs des ersten
Summiergetriebeabschnitts in dem ersten Fahrbereich und eine Erhöhung der
Drehzahl zum Beschleunigen des zweiten Eingangs des zweiten Summiergetriebeabschnitts erforderlich
ist, erlaubt es, in einem Übernahmepunkt sowohl
den zweiten Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts als auch
den zweiten Eingang des zweiten Summiergetriebeabschnitts auf 0
abzubremsen, wodurch eine Synchronisation beim Wechsel der beiden
Fahrbereiche erreicht wird. Damit lässt sich ein Schaltruck beim Übergang
von dem ersten Fahrbereich in den zweiten Fahrbereich vollständig verhindern.
-
In
den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und
des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes
ausgeführt.
-
Insbesondere
ist es vorteilhaft, den zweiten Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts
und des zweiten Summiergetriebeabschnitts wechselweise zu blockieren.
Damit kann ein Wechsel zwischen den Fahrbereichen durch den jeweiligen
Wechsel der Blockierung erreicht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft,
wenn in dem zweiten Leistungszweig ein hydrostatisches Getriebe
mit einem ersten Hydromotor und einem zweiten Hydromotor vorgesehen
ist. Durch die Blockierung des jeweils zweiten Eingangs des ersten
Summiergetriebeabschnitts oder des zweiten Summiergetriebeabschnitts
ist es möglich, die
beiden Hydromotoren parallel in einen gemeinsamen hydrostatischen
Kreislauf zu betreiben. Die Hydromotoren können dann vorzugsweise als
Konstantmotoren ausgebildet sein. Das Abschalten des jeweils nicht
benötigten
Hydromotors erfolgt dann durch die Blockierung des entsprechenden
Eingangs des Summiergetriebeabschnitts.
-
Zur
Reduzierung der erforderlichen mechanischen Bauteile wird bevorzugt
eine Hydropumpe eingesetzt, welche zur Förderung in zwei Richtungen ausgelegt
ist. Somit kann die Änderung
der Drehrichtung der Hydromotoren durch ein Durchschwenken der Hydropumpe über ihr
Nullfördervolumen
hinaus erfolgen. Als Hydropumpe wird vorzugsweise eine Schrägscheibenmaschine
eingesetzt.
-
In
einer bevorzugten alternativen Ausführungsform weist der zweite
Leistungszweig lediglich einen Hydromotor auf, welcher entweder
mit dem zweiten Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts oder
mit dem zweiten Eingang des zweiten Summiergetriebeabschnitts verbindbar
ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass lediglich ein Hydromotor
erforderlich ist, der wechselweise mit zwei Ausgängen des ersten Summiergetriebeabschnitts
verbindbar ist.
-
Die
Summiergetriebeabschnitte sind vorzugsweise als Planetengetriebe
ausgeführt,
wobei jeweils die Sonnenräder
der Planetengetriebe den ersten Eingang des ersten bzw. des zweiten
Summiergetriebeabschnitts bilden. Dementsprechend bilden vorzugsweise
die Hohlräder
den jeweils zweiten Eingang des ersten und des zweiten Summiergetriebeabschnitts.
-
Vorzugsweise
wird in dem ersten Fahrbereich der zweite Eingang des zweiten Summiergetriebeabschnitts
blockiert und/oder in dem zweiten Fahrbereich der zweite Eingang
des ersten Summiergetriebeabschnitts mechanisch blockiert. Durch
die wechselweise Blockierung der zweiten Eingänge des ersten Summiergetriebeabschnitts
bzw. des zweiten Summiergetriebeabschnitts ist eine hydraulische
Abschaltung der Hydromotoren nicht erforderlich. Vielmehr wird der
Durchfluss durch den jeweils mit dem blockierten Eingang verbundenen
Hydromotor verhindert und das von der Hydropumpe in dem variablen
Leistungszweig geförderte
Druckmittel ausschließlich
durch den anderen Hydromotor gefördert.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
zum Wechsel der Fahrbereiche die Drehzahl des zweiten Eingangs des
ersten Summiergetriebeabschnitts bzw. die Drehzahl des zweiten Eingangs des
zweiten Summiergetriebeabschnitts auf 0 reduziert. Dies hat den
Vorteil, dass bei stillstehendem Hydromotor bzw. bei stillstehendem
Eingang des jeweiligen Summiergetriebeabschnitts ein Umschalten zwischen
der Blockierung der beiden Eingänge
ohne Schaltruck möglich
ist.
-
Weiterhin
wird es bevorzugt, dass die Drehrichtung an den jeweils zweiten
Eingängen
des ersten bzw. des zweiten Summiergetriebeabschnitts durch Einstellen
der Förderrichtung
der Hydropumpe eingestellt wird. Dadurch können bei Verwendung von zwei
Hydromotoren die beiden Hydromotoren parallel und in gleicher Weise
an den hydraulischen Kreislauf angeschlossen werden.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes;
-
2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes;
-
3 eine
schematische Darstellung der Schwenkwinkelverstellung einer Hydropumpe
zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
-
4 eine
zweite schematische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenwirkens
der Summiergetriebeabschnitte in den Fahrbereichen.
-
In
der 1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebs 1 eines
Baustellenfahrzeugs dargestellt. Solche Baustellenfahrzeuge können Bagger, Radlader
oder ähnliches
sein.
-
Der
Antrieb 1 umfasst eine Antriebsmaschine 2, welche
in der Regel als Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt ist. Die Dieselbrennkraftmaschine ist
mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe 3 verbunden. Das
Leistungsverzweigungsgetriebe 3 weist einen ersten Leistungszweig 4 und
einen zweiten Leistungszweig 5 auf. Der erste Leistungszweig 4 ist ein
mechanischer Leistungszweig, mit festem Übersetzungsverhältnis. In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist lediglich eine Übersetzungsstufe
in dem mechanischen Leistungszweig 4 vorgesehen.
-
Das
Leistungsverzweigungsgetriebe 3 weist zudem einen zweiten
Leistungszweig 5 mit einem variablen übersetzungsverhältnis auf.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der zweite Leistungszweig 5 als hydrostatisches Getriebe
ausgeführt.
-
Das
Leistungsverzweigungsgetriebe 3 ist über eine Getriebeausgangswelle 7 mit
einer angetriebenen Fahrzeugachse 9 verbunden. Die angetriebene
Fahrzeugachse 9 weist in bekannter Weise ein Differenzial 10 sowie
Halbwellen 11 auf, über
die das Differential 10 mit angetriebenen Rädern 12 verbunden
ist.
-
Das
Leistungsverzweigungsgetriebe 3 weist einen ersten Summiergetriebeabschnitt 13 und
einen zweiten Summiergetriebeabschnitt 14 auf. Der erste Summiergetriebeabschnitt 13 und
der zweite Summiergetriebeabschnitt 14 sind als Planetengetriebe ausgeführt.
-
Ein
Sonnenrad 15 ist als erster Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 ausgebildet. Den
zweiten Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 bildet
ein Hohlrad 16.
-
In
gleicher Weise bildet ein Sonnenrad 17 den ersten Eingang
des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14, während das
Hohlrad 18 des zweiten Planetengetriebes den zweiten Eingang
des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 ausbildet.
-
Den
Ausgang des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 bildet
ein Steg 19, auf dem mehrere Planetenräder 20 angeordnet
sind. Die Planetenräder 20 stehen
gleichzeitig mit dem Hohlrad 16 und dem Sonnenrad 15 im
Eingriff, so dass die Drehzahl des Stegs 19 sich als resultierende
Drehzahl aus den an den Eingängen
des Summiergetriebeabschnitts 13 anliegenden Drehzahlen
einstellt.
-
In
gleicher Weise ist zwischen dem Sonnenrad 17 und dem Hohlrad 18 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 ein Steg 21 angeordnet,
auf welchem drehbar Planetenräder 22 angeordnet
sind. Die Planetenräder 22 stehen
in permanentem Eingriff mit dem Hohlrad 18 und dem Sonnenrad 17 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14. Als Folge der eingangsseitig
anliegenden Drehzahlen an dem Sonnenrad 17 und dem Hohlrad 18 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 ergibt sich eine resultierende
Drehzahl des Stegs 21 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14.
-
Der
Steg 21 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 ist
mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden.
-
Die
erfindungsgemäße Anordnung
bildet somit ein zweistufiges Planetengetriebe aus, bei dem die
Planetengetriebestufen die Summiergetriebeabschnitte 13 und 14 in
dem Leistungsverzweigungsgetriebe 3 bilden.
-
Zum
Antreiben des Fahrzeugs mit dem Antrieb 1 ist die Antriebsmaschine 2 mit
einer Getriebeeingangswelle 6 verbunden. Die Getriebeeingangswelle 6 ist
drehfest mit einem ersten Zahnrad 25 verbunden. Das erste
Zahnrad 25 ist beispielsweise ein Stirnrad, welches mit
einem weiteren Stirnrad, dem zweiten Zahnrad 26, in permanentem
Eingriff steht. Das zweite Zahnrad 26 ist mit einer Triebwelle 24 fest verbunden,
die gleichzeitig fest mit dem Sonnenrad 15 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 verbunden
ist und den Ausgang des ersten Leistungszweigs 4 bildet.
Das Sonnenrad 15 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 dreht
sich somit mit einer Drehzahl, die in einem festen Verhältnis zu
der Drehzahl der Antriebsmaschine 2 steht.
-
Da
sich auch im Leerlauf das Sonnenrad 15 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 mit
einer zu der Drehzahl der Antriebsmaschine 2 korrespondierenden
Drehzahl drehen muss, muss das Hohlrad 16 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 gegensinnig
zur Rotationsrichtung des Sonnenrads 15 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 angetrieben werden,
um einen Stillstand des Fahrzeugs erreichen zu können. Das Hohlrad 16,
das den zweiten Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 bildet,
wird hierzu durch einen Ausgang des zweiten Leistungszweigs 5 angetrieben.
Der zweite Leistungszweig 5 ist mit der Antriebsmaschine 2 über ein drittes
Zahnrad 27 verbunden, welches in permanentem Eingriff mit
dem zweiten Zahnrad 26 ist. Das dritte Zahnrad 27 ist
mit einer Pumpenantriebswelle 28 gekoppelt, welche eine
Hydropumpe 29 antreibt.
-
Die
Hydropumpe 29 ist in dem bevorzugten, dargestellten Ausführungsbeispiel
für eine
Förderung in
zwei Richtungen vorgesehen und hinsichtlich Ihres Fördervolumens
einstellbar ausgeführt.
Die Hydropumpe 29 fördert
Druckmittel entsprechend ihrer Fördervolumeneinstellung
in eine erste Arbeitsleitung 30 oder eine zweite Arbeitsleitung 31.
Die erste und die zweite Arbeitsleitung 30, 31 verbinden
die Hydropumpe 29 mit einem ersten Hydromotor 32 und
einem zweiten Hydromotor 33. Der erste Hydromotor 32 und
der zweite Hydromotor 33 sind in gleicher Weise parallel
mit der ersten Arbeitsleitung 30 und der zweiten Arbeitsleitung 31 verbunden.
Hierzu verzweigt sich die erste Arbeitsleitung 30 in einen
ersten Arbeitsleitungsabschnitt 30' und einen zweiten Arbeitsleitungsabschnitt 30''. Entsprechend verzweigt sich die
zweite Arbeitsleitung 31 in einen dritten Arbeitsleitungsabschnitt 31' und einen vierten
Arbeitsleitungsabschnitt 31''.
-
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei
dem der zweite Leistungszweig 5 als hydrostatisches Getriebe
mit einem ersten Hydromotor 32 und einem zweiten Hydromotor 33 ausgebildet
ist, wird das Hohlrad 16 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 durch
den ersten Hydromotor 32 angetrieben. Der erste Hydromotor 32 ist
hierzu über
eine Motorabtriebswelle 34, die einen ersten Ausgang des zweiten
Leistungszweigs 5 bildet, mit einem ersten Abtriebszahnrad 36 permanent
verbunden. Das erste Abtriebszahnrad 36 greift in eine
Außenverzahnung 38 an
dem Hohlrad 16 ein, so dass das Hohlrad 16 des
ersten Summiergetriebeabschnitts 13 sich entsprechend der Übersetzung
zwischen dem ersten Abtriebszahnrad 36 und der Außenverzahnung 38 in einem
festen Drehzahlverhältnis
zu der Drehzahl der Motorabtriebswelle 34 dreht.
-
Um
den Stillstand des Fahrzeugs zu ermöglichen, dreht sich das Hohlrad 16 und
das Sonnenrad 15 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 mit
entgegengesetzter Rotationsrichtung. Das Drehzahlverhältnis zwischen
dem Sonnenrad 15 und dem Hohlrad 16 ist dabei
so gewählt,
dass die resultierende Drehzahl des Stegs 19 Null ist.
Die Übersetzung
zwischen dem ersten Antriebszahnrad 36 und der Außenverzahnung 38 des
Hohlrads 16 sowie zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 25, 26 ist
dabei so gewählt,
dass der Stillstand des Fahrzeugs bei maximal ausgeschwenkter Hydropumpe 29 erreicht wird.
-
Bei
maximalem Fördervolumen
der Hydropumpe 29 rotiert die erste Motorabtriebswelle 34 des ersten
Hydromotors 32 also mit maximaler Drehzahl. Zum Beschleunigen
des Fahrzeugs wird ausgehend von dem maximalen Schwenkwinkel der
Hydropumpe 29 das Fördervolumen
durch Zurücknehmen
des Schwenkwinkels der Hydropumpe 29 in Richtung Nullfördervolumen
reduziert. Infolgedessen sinkt die Drehzahl der ersten Motorabtriebswelle 34 und
damit die Eingangsdrehzahl des zweiten Eingangs des ersten Summiergetriebeabschnitts 13.
Die Drehzahldifferenz zwischen dem Hohlrad 16 und dem Sonnenrad 15 nimmt
damit ab und der Steg 19 wird beschleunigt.
-
Mit
dem Steg 19 ist eine Verbindungswelle 23 verbunden,
an deren anderem Ende das Sonnenrad 17 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 angeordnet
ist. Der durch die Verbindungswelle 23 gebildete Ausgang
des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 ist somit mit dem
ersten Eingang des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 verbunden. Der
zweite Summiergetriebeabschnitt 14 wird in dem ersten Fahrbereich,
in dem die Drehzahl der Verbindungswelle 23 ausschließlich durch
die Einstellung des hydrostatischen Getriebes bzw. der Hydropumpe 29 des
hydrostatischen Getriebes erfolgt, wirkt als einfache Getriebestufe.
Hierzu ist das Hohlrad 18 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 blockiert.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
geschieht dies durch Blockieren einer zweiten Motorabtriebswelle 35,
die einen weiteren Ausgang des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 bildet.
-
Um
in einem zweiten Fahrbereich das Hohlrad 18 des zweiten
Summiergetriebeabschnitts 14 durch den zweiten Hydromotor 33 antreiben
zu können,
ist die zweite Motorabtriebswelle 35 des zweiten Hydromotors 33 mit
einem zweiten Antriebszahnrad 37 fest verbunden ist, wobei
das zweite Antriebszahnrad 37 mit einer Außenverzahnung 39 des
Hohlrads 18 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 verbunden
ist. Die mechanische Blockierung entweder des Hohlrads 16 des
ersten Summiergetriebeabschnitts 13 oder des Hohlrads 18 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14, also des jeweiligen
zweiten Eingangs des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 oder
des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 wird durch eine
erste Blockiereinrichtung 40 bzw. eine zweite Blockiereinrichtung 41 bewirkt.
Die Blockiereinrichtungen 40, 41 greifen in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel
jeweils in die erste Motorabtriebswelle 34 oder die zweite
Motorabtriebswelle 35 ein und verhindern somit eine Rotation
des ersten Hydromotors 32 oder des zweiten Hydromotors 33. Die
Blockierung des jeweiligen Hohlrads 16, 18 erfolgt über das
erste bzw. zweite Antriebszahnrad 36, 37 und die
damit im Eingriff befindliche Außenverzahnung 38, 39 des
ersten Hohlrads 16 oder des zweiten Hohlrads 18.
Alternativ können
die Blockiervorrichtung 40, 41 auch direkt mit
den Hohlrädern 16, 18 zusammenwirken.
-
In
dem vorbeschriebenen ersten Fahrbereich, bei dem durch den ersten
Hydromotor 32 ein Drehmoment dem zweiten Eingang des ersten
Summiergetriebes 13 zugeführt wird, wird durch die zweite
Blockiereinrichtung 41 das Hohlrad 18 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 festgehalten.
Durch das Blockieren des zweiten Eingangs des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 wird
gleichzeitig auch eine Drehung des zweiten Hydromotors 33 verhindert.
Infolgedessen wird sämtliches
Druckmittel, das durch die Hydropumpe 29 gefördert wird,
durch den ersten Hydromotor 32 gefördert. Eine Beschleunigung
in dem ersten Fahrbereich wird solange durchgeführt, bis die Hydropumpe 29 auf
verschwindendes Fördervolumen
verstellt ist. Bei Nullfördervolumen der
Hydropumpe 29 wird die Drehzahl des ersten Hydromotors 32 Null,
so dass bei maximaler Fahrgeschwindigkeit im ersten Fahrbereich
das Hohlrad 16 und das Hohlrad 18 des ersten bzw.
zweiten Summiergetriebeabschnitts 13, 14 stillstehen.
-
Zum
Umschalten in den zweiten Fahrbereich wird nun die erste Blockiereinrichtung 40 blockiert und
die zweite Blockiereinrichtung 41 freigegeben. Während nunmehr
der erste Summiergetriebeabschnitt 13 wie eine einfache
mechanische Getriebestufe wirkt, stellt sich die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 aufgrund
der an dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang des Summiergetriebeabschnitts 14 herrschenden
Drehzahlen ein. Die Drehzahl der Verbindungswelle 23 und
damit die Drehzahl des Sonnenrads 17 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 liegt
aufgrund des Übersetzungsverhältnisses
des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 fest. Die Drehzahl
des zweiten Eingangs, also des Hohlrads 18 des zweiten
Summiergetriebeabschnitts 14 ist über die Fördermenge der Hydropumpe 29 einstellbar.
Um eine Erhöhung
der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 zu erreichen,
muss das Hohlrad 18 gleichsinnig mit dem Sonnenrad 17 beschleunigt werden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel,
in dem die Rotationsrichtungen des ersten Hydromotors 23 und
des zweiten Hydromotors 33 ausschließlich von der Förderrichtung
der Hydropumpe 29 abhängen
und beide Hydromotoren 32 und 33 über eine einfache Übersetzungsstufe
mit dem jeweiligen Hohlrad 16, 18 gekoppelt sind,
wird die Umkehrung der Drehrichtung des Hohlrads 18 gegenüber dem
Hohlrad 16 durch eine Umkehrung der Förderrichtung der Hydropumpe 29 erreicht.
Hierzu wird eine in zwei Richtungen verstellbare Hydropumpe 29 verwendet.
-
Aufgrund
der Blockierung des ersten Hydromotors 32 durch die Blockiereinrichtung 40 wird
nunmehr sämtliches
Druckmittel, das durch die Hydropumpe 29 gefördert wird,
durch den zweiten Hydromotor 33 gefördert. Mit zunehmendem Schwenkwinkel
der Hydropumpe 29 erhöht
sich die Drehzahl der zweiten Motorabtriebswelle 35 und
somit des Hohlrads 18 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14.
-
Ausgehend
von dem Schaltpunkt, bei dem der erste Hydromotor 32 und
der zweite Hydromotor 33 stillstehen, ergibt sich somit
eine weitere Beschleunigung der Getriebeausgangswelle 7 und
damit eine Beschleunigung des Fahrzeugs.
-
Das
Leistungsverzweigungsgetriebe 3 weist somit zwei Fahrbereiche
auf. Ist der sich daraus ergebende Geschwindigkeitsbereich für das Fahrzeug nicht
ausreichend, so kann zusätzlich
ein Getriebeabschnitt 8 mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden
werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Getriebeabschnitt 8 dagegen
lediglich für eine
Umschaltung zwischen Vorwärts-
und Rückwärtsfahrt
vorgesehen. Der Getriebeabschnitt 8 weist hierzu ein erstes
Getrieberad 42 und ein zweites Getrieberad 43 auf,
welche beide mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden
sind. Das erste Getrieberad 47 wirkt mit einem dritten
Getrieberad 44 zusammen. Das zweite Getrieberad 43 wirkt
dagegen über
ein Zwischenrad 46 mit einem vierten Getrieberad 47 zusammen.
Das dritte Getrieberad 44 und das vierte Getrieberad 47 sind
mit einer Kardanwelle 49 über eine erste Kupplung 45 oder
eine zweite Kupplung 47 wechselweise verbindbar. Aufgrund
des Zwischenrads 46 lässt
sich somit die Drehrichtung der Getriebeausgangswelle 7 umkehren,
wodurch sich auch die Fahrtrichtung des angetriebenen Fahrzeugs ändert.
-
Die
Verwendung von Zahnrädern
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist nicht zwingend. Zum Erzielen der erforderlichen Übersetzungen
können
dagegen auch andere aus der Getriebetechnik allgemein bekannte Antriebsräder Verwendung
finden. Beispielsweise ist auch die Nutzung von Zahnriemen oder
Ketten zum Erzielen der Übersetzungen denkbar.
-
Die 2 zeigt
eine alternative Ausführungsform
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 3'. Gleiche Elemente
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden,
wird lediglich auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel nach 1, welches
vorstehend ausführlich
beschrieben wurde, eingegangen.
-
Der
wesentliche Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel nach 1 und
dem Ausführungsbeispiel
nach 2 besteht darin, dass der zweite Leistungszweig 5' in dem Ausführungsbeispiel nach 2 lediglich
einen Hydromotor 32' umfasst. Der
lediglich eine Hydromotor 32' ist
mit einer einzigen Motorabtriebswelle 34' verbunden. An der einzigen Motorabtriebswelle 34' ist ein Abtriebszahnrad 36' vorgesehen,
welches mit einem ersten Abtriebsrad 50 und einem zweiten
Abtriebsrad 51 verbunden ist. Die Antriebsräder 50, 51 befinden
sich in permanentem Eingriff mit dem Motorabtriebszahnrad 36'. Das erste
Abtriebsrad 50 bildet den ersten Ausgang des zweiten Leistungszweigs 4.
-
Zum
Erzeugen einer Verbindung zu dem Hohlrad 16 des ersten
Summiergetriebeabschnitts 13 bzw. dem Hohlrad 18 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 sind eine dritte Kupplung 52 und
eine vierte Kupplung 53 vorgesehen.
-
Mit
Hilfe der dritten Kupplung 52 und der vierten Kupplung 53 wird
gemeinsam mit der ersten Blockiereinrichtung 40' und der zweiten
Blockiereinrichtung 41' zwischen
dem ersten und dem zweiten Fahrbereich umgeschaltet. In dem ersten
Fahrbereich ist die dritte Kupplung 52 geschlossen während die
vierte Kupplung 53 geöffnet
ist. Gleichzeitig ist die zweite Blockiereinrichtung 41' geschlossen,
so dass das Hohlrad 18 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 blockiert
ist. Die erste Blockiereinrichtung 40 ist dagegen geöffnet.
-
Die
Funktionsweise zum Beschleunigen in dem ersten Fahrbereich entspricht
der bereits unter Bezugnahme auf 1 erläuterten.
Beim Wechsel von dem ersten Fahrbereich zu dem zweiten Fahrbereich
wird bei Stillstand des Hydromotors 32 die Blockiervorrichtung 41' gelöst und die
erste Blockiervorrichtung 40' blockiert.
Zudem wird die dritte Kupplung 52 geöffnet, während gleichzeitig die vierte
Kupplung 53 geschlossen wird. Beim Wechsel der Fahrbereiche
können
die Kupplungen 52, 53 gleichzeitig so betätigt werden,
dass der Wechsel Schaltruckfrei und ohne Zugkraftunterbrechung erfolgt,
da beide zweite Eingänge
stillstehen. Über
die Motorabtriebswelle 34 und das damit verbundene Motorabtriebsrad 36 wird nunmehr
das zweite Abtriebsrad 51 und die über die zweite Kupplung 53 damit
verbundene zweite Verbindungswelle 54 angetrieben. Die
zweite Verbindungswelle 54, welche in dem ersten Fahrbereich
durch die zweite Blockiervorrichtung 41' blockiert war, kann nunmehr bei
geöffneter
zweiter Blockiervorrichtung 41' mit einer im Verhältnis zur
Drehzahl des Hydromotors 32' stehenden
Drehzahl rotieren. Die Drehung der zweiten Verbindungswelle 54 wird über ein mit
der zweiten Verbindungswelle 54 verbundenes weiteres Zahnrad 55 sowie
ein weiteres Zwischenrad 56 auf die Außenverzahnung 39 des
zweiten Hohlrads 18 übertragen.
Die zweite Verbindungswelle 54 bildet zusammen mit dem
weiteren Zahnrad 55 und dem weiteren Zwischenrad 56 den
zweiten Ausgang des zweiten Leistungszweigs 5.
-
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Rotationsrichtung des Hohlrads 16 und des Hohlrads 18 des
ersten Summiergetriebeabschnitts bzw. des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 bei
gleicher Drehrichtung der Motorabtriebswelle 34 gleich. Die
Umkehrung der Drehrichtung des Hohlrads 18 des zweiten
Summiergetriebeabschnitts 14 wird daher wiederum, wie es
bereits im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben worden war, durch eine Umkehrung der Förderung
der Hydropumpe 29 bewirkt. Alternativ ist es auch möglich, mit
mechanischen Mitteln die Drehrichtung des Hohlrads 18 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts umzukehren, so dass der Drehsinn
des Hohlrads 18 und der Drehsinn des Sonnenrads 17 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 in dem zweiten Fahrbereich
gleich sind. Beispielsweise kann dies bewirkt werden, indem das weitere
Zahnrad 55 direkt mit der Außenverzahnung 39 des
Hohlrads 18 zusammenwirkt. In diesem Fall wird während einer
Beschleunigung in dem ersten Fahrbereich das Fördervolumen der Hydropumpe 29 bis
zu einem Nullfördervolumen
zurückgenommen. Nach
einem Wechsel der Fahrbereiche durch Betätigen der dritten und vierten
Kupplung 52, 53 sowie der ersten und der zweiten
Blockiereinrichtung 40' und 41' wird dann die
Hydropumpe 29 wieder in derselben Richtung ausgeschwenkt.
In diesem Fall kann die Hydropumpe 29 durch eine einfachere
Hydropumpe, welche zur Förderung
in lediglich eine Richtung vorgesehen ist, ersetzt werden.
-
Der
Aufbau und die Funktion des Leistungsverzweigungsgetriebes 3' der 2 sowie
das Verfahren zur Steuerung des Antriebssystems entsprechen im Übrigen dem
Ausführungsbeispiel
der 1, weswegen auf eine erneute Beschreibung verzichtet
wird.
-
In
der 3 ist noch einmal schematisch der Ablauf während eines
Beschleunigungsvorgangs und einem darin enthaltenen Wechsel des
ersten Fahrbereichs in den zweiten Fahrbereich dargestellt. In dem
Diagramm ist der Schwenkwinkel der Hydropumpe 29 über der
Fahrgeschwindigkeit aufgetragen. Bei der Geschwindigkeit 0 und laufender
Antriebsmaschine 2 wird die Drehzahl der Antriebsmaschine 2 dadurch
ausgeglichen, dass die Hydropumpe 29 auf ihr maximales
Fördervolumen αmax eingestellt
ist. Beginnend von dem maximalen Fördervolumen wird der Schwenkwinkel α, von dem
das Fördervolumen
der Hydropumpe 29 abhängt,
in Richtung 0 verringert. Dieser Übergang vom Punkt P1 zum Punkt
P2 im Diagramm ist durch die Gerade mit dem Bezugszeichen 60 dargestellt.
-
Im
Punkt P2 ist das Schaltkriterium erreicht. Aufgrund des verschwindenden
Fördervolumens
der Hydropumpe 29 ist auch die Drehzahl der im geschlossenen
hydraulischen Kreislauf damit verbundenen Hydromotoren 32, 33 oder
des einzelnen Hydromotors 32' 0.
Somit stehen beide Hohlräder 16, 18 des
ersten Summiergetriebeabschnitts 13 und des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 still
und der Wechsel von dem Fahrbereich, der in der 3 mit
I bezeichnet ist in den zweiten Fahrbereich, welcher mit II bezeichnet
ist, kann schaltruckfrei erfolgen. Da gleichzeitig ein Antrieb über den
ersten Leistungszweig 4 weiterhin erfolgt, ist der Wechsel
von dem ersten Fahrbereich I in den zweiten Fahrbereich II zugkraftunterbrechungsfrei.
-
Ist
der Punkt P2 des Diagramms erreicht, so werden, unter Bezugnahme
auf die 1, die Blockiereinrichtung 40 und
die zweite Blockiereinrichtung 41 betätigt. Bei einem anschließenden Ausschwenken
der Hydropumpe 9 in Richtung positiver Schwenkwinkel wird
folglich das Hohlrad 18 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 zunehmend beschleunigt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
des Diagramms der 3 wird dabei der Verlauf der
Zunahme des Schwenkwinkels unter Beibehaltung der Förderrichtung
der Hydropumpe 29 gezeigt. Wie es vorstehend bereits bei der
Erläuterung der 1 ausgeführt wurde,
müssen
in diesem Fall entweder die Anschlüsse an dem zweiten Hydromotor 33 getauscht
werden oder aber die Drehrichtung des Hohlrads 18 des zweiten
Summiergetriebeabschnitts 14 durch Verwendung eines Zwischenrads zwischen
dem zweiten Antriebsrad 37 und der Außenverzahnung 39 umgekehrt
werden.
-
Wird
dagegen eine über
ihren Nullpunkt hinaus verschwenkbare Hydropumpe 29 verwendet,
so erfolgt die Schwenkwinkelverstellung entlang der Linie mit dem
Bezugszeichen 62. Dabei wird die Drehrichtung des zweiten
Hydromotors 33 relativ zu der Drehrichtung der Verbindungswelle 22 durch
Umkehren der Förderrichtung
in dem hydraulischen Kreislauf erreicht. Je nachdem, welche Getriebevariante verwendet
wird, wird bei Vollausschwenken der Hydropumpe 29 auf ihren
maximalen Schwenkwinkel αmax oder ihren maximalen negativen Schwenkwinkel –αmax in
Punkt P3 oder in Punkt P3' erreicht.
-
Der
erste Fahrbereich I und der zweite Fahrbereich II werden in der
vorbeschriebenen Weise während
einer beschleunigten Fahrt durchlaufen. Dabei wird eine Verbindung
zwischen dem dritten Antriebsrad 44 und der Kardanwelle 49 durch
eine eingerückte
erste Kupplung 45 erzeugt. Die zweite Kupplung 48 ist
dagegen geöffnet.
Um das Fahrzeug auch rückwärts fahren
zu können,
wird die erste Kupplung 45 geöffnet und gleichzeitig die
zweite Kupplung 48 geschlossen. Damit kehrt sich die Drehrichtung
der Kardanwelle 49 um. In der 3 ist dies in
dem dritten Fahrbereich III dargestellt. Eine Beschleunigung in
Rückwärtsrichtung
erfolgt wiederum ausgehend von dem Punkt P1 entlang der Linie mit dem
Bezugszeichen 63 bis hin zum Punkt P4. Wird die Hydropumpe 29 über ihren
Nullpunkt hinaus durchgeschwenkt in Richtung –αmax,
so kann damit weiter in Rückwärtsrichtung
beschleunigt werden, wie dies durch die gestrichelte Linie mit dem
Bezugszeichen 64 angedeutet ist.
-
In
der 4 ist noch einmal in einem Diagramm der Einfluss
der Drehzahlen an den einzelnen Eingängen des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 und
des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 dargestellt. Bei
Stillstand des Fahrzeugs dreht sich das Sonnenrad 15 mit
einer beispielsweise der Nenndrehzahl der Antriebsmaschine 2 entsprechenden Drehzahl.
In der 4 ist dies durch den Punkt 65 dargestellt.
Gleichzeitig dreht sich das Hohlrad 16 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 mit
der durch den Punkt 66 angegebenen Drehzahl und entgegengesetzter
Drehrichtung. Der Schnittpunkt der Verbindungsgeraden der Punkte 65 und 66 gibt
die Drehzahl des Stegs 29 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 an.
Wie dies durch den Pfeil 68 dargestellt ist, erhöht sich
die Drehzahl des Stegs 19 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 proporational zur
Abnahme der Drehzahl des Hohlrads 16 des ersten Summiergetriebeabschnitts 13.
Ist der zweite Eingang des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 zum
Stillstand gekommen, so dreht sich die Verbindungswelle 23 und
somit das Sonnenrad 17 des zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 mit
der in Punkt 69 angegebenen Drehzahl.
-
Zum
Schaltzeitpunkt ist die zweite Blockiereinrichtung 41 immer
noch in ihrem blockierten Zustand, so dass das Hohlrad 18 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14 stillsteht. Dies ist
in der 4 durch den Punkt 70 dargestellt. Durch
Blockieren der ersten Motorabtriebswelle 34 und damit des
zweiten Eingangs des ersten Summiergetriebeabschnitts 13 mittels
der ersten Blockiervorrichtung 40 wird beim Übergang
in den zweiten Fahrbereich der Punkt 66' und somit auch der Punkt 69 in
dem Diagramm der 4 festgehalten. Eine weitere
Beschleunigung erfolgt durch Beschleunigen des Hohlrads 18 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14. Diese Beschleunigung
ist durch den Pfeil von Punkt 70 zu Punkt 70' wiedergegeben,
der ausgehend von dem Stillstand des Hohlrads 18 in Punkt 70 zu
dessen maximaler Drehzahl in Punkt 70' führt. Die Drehzahl des Stegs 21 des
zweiten Summiergetriebeabschnitts 14, die mit einer Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs korrespondiert, ist zur Veranschaulichung für die zwei Fahrbereiche 71 und 72 dargestellt.
Ausgehend von der Geschwindigkeit v = 0 wird das Fahrzeug zunächst bis
zu dem Schaltkriterium in Punkt 73 beschleunigt. Nach dem
Wechsel in den zweiten Fahrbereich wird das Fahrzeug im Bereich 72 weiter
bis zur maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmax beschleunigt.
-
Der
Wechsel vom zweiten Fahrbereich II zurück in den ersten Fahrbereich
I erfolgt in entsprechender Weise durch Wechsel der Blockierung
der zweiten Eingänge
der beiden Summiergetriebeabschnitte 13, 14.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere
ist es möglich,
einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele
miteinander zu kombinieren.