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Die
Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe, umfassend
eine Verzweigungssektion, einen mechanischen Leistungszweig und
einen hydrostatischen Leistungszweig, wobei der hydrostatische Leistungszweig
von einem reversierbaren, stufenlosen hydrostatischen Getriebe mit
einer ersten Verdrängereinheit und einer zweiten Verdrängereinheit
gebildet ist, die im geschlossenen Kreislauf betrieben sind, und
ein Summiergetriebe, wobei die erste Verdrängereinheit
mit der Verzweigungssektion und die zweite Verdrängereinheit
mit dem Summiergetriebe trieblich verbunden ist.
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Ein
gattungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe
ist aus der
EP 1 626
206 A2 bekannt. Derartige Leistungsverzweigungsgetriebe
ermöglichen es bei der Verwendung als Fahrantrieb eines Fahrzeugs
die Fahrgeschwindigkeit stufenlos und ohne Zugkraftunterbrechung
zu verändern.
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Beim
Beschleunigen des Fahrzeugs sowohl in Vorwärtsfahrtrichtung
als auch in Rückwärtsfahrtrichtung ergeben sich
in dem von dem reversierbaren stufenlosen hydrostatischen Getriebe
gebildeten hydraulischen Leistungszweig sowohl positive als auch negative
Leistungsflussrichtungen. Bei einer positiven Leistungsflussrichtung
arbeitet die von der Verzweigungssektion angetriebene erste Verdrängereinheit
als Pumpe, die die zweite als Motor arbeitende Verdrängereinheit
antreibt. Während einer negativen Leistungsflussrichtung
arbeitet die zweite, mit dem Summiergetriebe verbundene Verdrängereinheit
als Pumpe und die erste Verdrängereinheit als Motor. Eine
negative Leistungsflussrichtung tritt insbesondere bei geringen
Fahrgeschwindigkeiten auf.
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Sofern
bei geringen Fahrgeschwindigkeiten hohe Zugkräfte an der
von dem Summiergetriebe angetriebenen Rädern und somit
bei geringen Drehzahlen hohe Drehmomente an der Abtriebswelle erforderlich
sind und somit von dem Leistungsverzweigungsgetriebe hohe Drehmomente übertragen
werden müssen, ist an dem im negativen Leistungsfluss betriebenen
hydrostatischen Getriebe des hydrostatischen Leistungszweiges an
der als Pumpe arbeitenden zweiten Verdrängereinheit ein
hohes Abstützmoment erforderlich. Ein hohes Abstützmoment
an der als Pumpe arbeitenden Verdrängereinheit kann durch
ein entsprechend hohes Verdrängervolumen der zweiten Verdrängereinheit
oder einer Erhöhung des Systemdruckes des hydrostatischen
Getriebes erzielt werden.
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Ein
hohes Verdrängervolumen der zweiten Verdrängereinheit
führt jedoch zu hohen Herstellkosten des Leistungsverzweigungsgetriebes
und erhöht den Bauraumbedarf des hydrostatischen Getriebes. Eine
Erhöhung des Systemdruckes des hydrostatischen Getriebes
führt zu einer hohen Belastung des hydrostatischen Getriebes
und einer aufwändigen kostenintensiven Ausführung
des hydrostatischen Getriebes des Leistungsverzweigungsgetriebes.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungsverzweigungsgetriebe
der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen,
bei dem mit einem geringen Bauaufwand hohe Drehmomente bei geringen
Drehzahlen erzielbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass zur Erhöhung des Abstützmoments der zweiten
Verdrängereinheit die inneren hydromechanischen Verluste
der zweiten Verdrängereinheit erhöhbar sind und/oder
ein die zweite Verdrängereinheit abbremsendes äußeren
Bremsmoment aufbringbar ist.
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Der
erfindungsgemäße Gedanke besteht somit darin,
anstelle einer Vergrößerung des Verdrängervolumens
der zweiten Verdrängereinheit oder anstelle einer Erhöhung
des Systemdruckes des hydrostatischen Getriebes ein hohes Abstützmoment durch
eine Erhöhung der inneren hydromechanischen Verluste der
zweiten Verdrängereinheit zu erzielen und/oder die zweite
Verdrängereinheit mittels eines äußeren
Bremsmoments zusätzlich abzubremsen und somit insgesamt
den hydromechanischen Gesamtwirkungsgrad der zweiten Verdrängereinheit gesteuert
zu verändern. Durch eine Erhöhung der inneren
hydromechanischen Verluste kann während eines negativen
Leistungsflusses in dem hydrostatischen Getriebe auf einfache Weise
der hydromechanische Gesamtwirkungsgrad der als Pumpe arbeitenden
zweiten Verdrängereinheit gesteuert verändert werden
und eine Erhöhung des Abstützmomentes an der als
Pumpe arbeitenden zweiten Verdrängereinheit erzielt werden.
Zudem kann durch das äußere, die zweite Verdrängereinheit
abbremsende Bremsmoment ein Zusatzmoment auf einfache Weise erzeugt
werden und somit der Gesamtwirkungsgrad der als Pumpe arbeitenden
zweiten Verdrängereinheit gesteuert verändert
werden, um im Betrieb der zweiten Verdrängereinheit als
Pumpe während eines negativen Leistungsflusses eine Erhöhung
des Abstützmomentes zu erzielen. In dem erfindungsgemäßen
Leistungsverzweigungsgetriebe können somit mit einer zweiten
Verdrängereinheit mit verkleinertem Verdrängervolumen
und bei geringer druckbedingten Belastung des hydrostatischen Getriebes
aufgrund eines geringen Systemdruckes hohe Abstützmomente
erzielt werden und somit mit geringem Bauaufwand und Platzbedarf
bei hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer des hydrostatischen
Getriebes hohe Drehmomente bei geringen Drehzahlen übertragen werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zur Erhöhung
der inneren hydromechanischen Verluste der zweiten Verdrängereinheit ein
die zweite Verdrängereinheit abbremsendes hydraulisches
Bremsmoment erzeugbar. Mit einem hydraulischen Bremsmoment kann
das Abstützmoment der als Pumpe arbeitenden zweiten Verdrängereinheit
auf einfache Weise gesteuert werden.
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Das
hydraulische Bremsmoment ist gemäß einer vorteilhaften
Ausgestaltungsform der Erfindung durch Veränderung der
Planschverluste der zweiten Verdrängereinheit erzeugbar.
Durch eine Erhöhung der Planschverluste der zweiten Verdrängereinheit kann
auf einfache Weise ein hydraulisches Bremsmoment der zweiten Verdrängereinheit
erzeugt werden, um im Betrieb der zweiten Verdrängereinheit
als Pumpe hohe Abstützmomente zu erzielen.
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Die
Planschverluste der zweiten Verdrängereinheit sind zweckmäßigerweise
durch Veränderung des Druckmittelspiegels in einem Gehäuse
der zweiten Verdrängereinheit steuerbar. Bei einem geringen Druckmittelspiegel
in dem Gehäuse der zweiten Verdrängereinheit ergeben
sich geringe Planschverluste eines in dem Gehäuse rotierenden
Rotors der zweiten Verdrängereinheit. Entsprechend ergibt
ein hoher Druckmittelspiegel, beispielsweise ein vollständig
mit Druckmittel gefülltes Gehäuse, in der zweiten
Verdrängereinheit hohe Planschverluste des in dem Gehäuse
rotierenden Rotors der zweiten Verdrängereinheit. Somit
können durch eine Veränderung des Druckmittelspiegels
in dem Gehäuse der zweiten Verdrängereinheit die
inneren hydromechanischen Verluste der zweiten Verdrängereinheit
auf einfache Weise gesteuert werden, um hohe Abstützmomente zu
erzielen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
zur Erhöhung der inneren hydromechanischen Verluste der
zweiten Verdrängereinheit ein einen Rotor der zweiten Verdrängereinheit
abbremsendes mechanisches Bremsmoment erzeugbar. Mit einem derartigen,
den Rotor der zweiten Verdrängereinheit abbremsenden, inneren
Bremsmoment können ebenfalls auf einfache Weise hohe Abstützmomente
erzeugt werden.
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Das
mechanische Bremsmoment kann gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltungsform der Erfindung mit geringem Bauaufwand mittels
einer mit dem Rotor der zweiten Verdrängereinheit verbundenen
mechanischen Bremseinrichtung, beispielsweise einer an dem Rotor
der zweiten Verdrängereinheit angreifenden Lammellenbremse,
erzeugt werden.
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Zudem
kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung zur Erhöhung der inneren hydromechanischen
Verluste der zweiten Verdrängereinheit ein einen Rotor
der zweiten Verdrängereinheit abbremsendes elektrisches,
insbesondere induktives, Bremsmoment erzeugt werden. Mit einem derartigen
elektrischen, inneren Bremsmoment kann ebenfalls der Rotor der zweiten
Verdrängereinheit abgebremst werden, um durch erhöhte
innere hydromechanische Verluste der zweiten Verdrängereinheit
ein hohes Abstützmoment zu erzeugen.
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Das
elektrische Bremsmoment kann gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltungsform der Erfindung mit geringem Bauaufwand mittels
einer mit dem Rotor der zweiten Verdrängereinheit verbundenen
elektrischen Bremseinrichtung, beispielsweise einer Wirbelstrombremse,
erzeugt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
das äußere Bremsmoment als mechanisches Bremsmoment
ausgebildet, dass mittels einer mechanischen Bremseinrichtung an
einem mit der zweiten Verdrängereinheit verbundenen Triebstrang
erzeugbar ist. Mit einem derartigen, auf den Triebstrang der zweiten
Verdrängereinheit wirkenden mechanischen Bremsmoment kann auf
einfache ein zusätzliches Bremsmoment an der zweiten Verdrängereinheit
erzielt werden, um im Betrieb der zweiten Verdrängereinheit
als Pumpe im negativen Leistungsfluss ein hohes Abstützmoment
zu erzielen. Die mechanische Bremseinrichtung kann hierbei beispielsweise
als Scheibenbremse, Bandbremse oder Lamellenbremse ausgebildet sein.
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Zudem
kann das äußere Bremsmoment gemäß einer
bevorzugten weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung als elektrisches,
insbesondere induktives, Bremsmoment ausgebildet ist, das mittels
einer elektrischen Bremseinrichtung an einem mit der zweiten Verdrängereinheit
verbundenen Triebstrang erzeugbar ist. Hierdurch ist es ebenfalls
auf einfache Weise möglich, ein zusätzliches Bremsmoment
an der zweiten Verdrängereinheit zu erzeugen, um im Betrieb
der zweiten Verdrängereinheit als Pumpe im negativen Leistungsfluss
ein hohes Abstützmoment zu erzielen.
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Die
mechanische oder die elektrische Bremseinrichtung kann hierbei beispielsweise
mit einer mit dem Rotor der zweiten Verdrängereinheit verbundenen
Triebwelle oder mit einem mit der Triebwelle verbundenen Eingangsgetriebeelement
des Summiergetriebes in Wirkverbindung stehen.
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Zudem
ist es möglich, das äußere Bremsmoment
als hydraulisches Bremsmoment auszubilden, das mittels einer mit
der zweiten Verdrängereinheit gekoppelten Zusatzpumpe,
insbesondere einer Zahnradpumpe, erzeugbar ist. Mit einer Zusatzpumpe,
die zweckmäßigerweise gegen einen einstellbaren
Widerstand fördert, beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil
in der Förderleitung der Zusatzpumpe, und die mit der zweiten
Verdrängereinheit gekoppelt ist, beispielsweise durch die
Triebwelle der zweiten Verdrängereinheit angetrieben ist,
kann ebenfalls auf einfache Weise ein abbremsendes, hydraulisches
Zusatzmoment an der zweiten Verdrängereinheit erzeugt werden,
um im Betrieb der zweiten Verdrängereinheit als Pumpe im
negativen Leistungsfluss ein hohes Abstützmoment zu erzielen.
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Besondere
Vorteile ergeben sich bei einem mobilen Fahrzeug, insbesondere einer
mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise einer als Traktor ausgebildeten
Zugmaschine, mit einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe
als Fahrantrieb. Durch die erfindungsgemäße Erhöhung
des Abstützmoments der zweiten Verdrängereinheit durch
eine Erhöhung der inneren hydromechanischen Verluste der zweiten
Verdrängereinheit und/oder ein die zweite Verdrängereinheit
abbremsendes äußeres Bremsmoment können
mit geringem Bauaufwand hohe Abstützmomente an der zweiten Verdrängereinheit
erzielt werden, um bei geringen Fahrgeschwindigkeiten hohe Zugkräfte
des Fahrzeugs zu erzielen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der
schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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In
der Figur ist ein Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen
stufenlosen Leistungsverzweigungsgetriebes 1 dargestellt,
das als Fahrantrieb eines Fahrzeugs, beispielsweise einer als Traktor
ausgebildeten mobilen Arbeitsfahrzeugs, eingesetzt ist.
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Das
Leistungsverzweigungsgetriebe 1 weist eingangsseitig eine
mit einer Antriebsmaschine 2, beispielsweise einem als
Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor, verbundene Antriebswelle 3 auf,
durch die Leistung in das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 eingespeist
wird. Ausgangsseitig ist zur Leistungsabgabe eine Abtriebswelle 4 vorgesehen,
die zum Antrieb einer Antriebsräder 5a, 5b umfassenden
Antriebsachse 6 vorgesehen ist. In der Abtriebswelle 4 kann
hierbei ein Schaltgetriebe 7 mit mehreren Getriebestufen
und/oder einem Fahrtrichtungswechsel angeordnet sein.
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Das
Leistungsverzweigungsgetriebe 1 umfasst beispielsweise
eine als Stirnradstufe ausgebildete Verzweigungssektion 8,
in der eine Leistungsverzweigung in einen mechanischen Leistungszweig 9 und
einen hydrostatischen Leistungszweig 10 erfolgt. Die beiden
Ausgänge des mechanischen Leistungszweiges 9 und
des hydrostatischen Leistungszweiges 10 werden in einem
Summiergetriebe 11 zusammengeführt, das als Überlagerungsgetriebe,
insbesondere als Planetengetriebe, ausgebildet ist.
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Der
mechanische Leistungszweig 9 umfasst hierbei eine Triebwelle 15,
die über eine Stirnradstufe 16 mit einem als Hohlrad
ausgebildeten Eingangsgetriebeelement 17 des von dem Planetengetriebe
gebildeten Summiergetriebes 11 in Wirkverbindung steht.
In der Triebwelle 15 kann hierbei ein nicht mehr dargestelltes,
mehrere Getriebestufen umfassendes Schaltgetriebe, beispielsweise
ein Lastschaltgetriebe, angeordnet sein.
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Der
hydrostatische Leistungszweig 10 umfasst ein reversierbares,
stufenloses hydrostatisches Getriebe 20, das eine erste
Verdrängereinheit 21 und eine zweite Verdrängereinheit 22 umfasst,
die im geschlossenen Kreislauf verbunden sind. Die erste Verdrängereinheit 21 steht
hierbei mit der Verzweigungssektion 8 in Wirkverbindung.
Die zweite Verdrängereinheit 22 ist mittels einer
Triebwelle 23 mit einem als Sonnenrad ausgebildeten Eingangsgetriebeelement 24 des
als Planetengetriebe ausgebildeten Summiergetriebes 11 verbunden.
Die Triebwelle 23 und das Eingangsgetriebeelement 24 bilden
einen Triebstrang 25 der zweiten Verdrängereinheit 22.
Ein als Planetenträger ausgebildetes Ausgangsgetriebeelement 26 des
von dem Planetengetriebe gebildeten Summiergetriebes 11 steht
mit der Abtriebswelle 4 in Verbindung.
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Die
Verdrängereinheiten 21, 22 des hydrostatischen
Getriebes 20 können in back-to-back-Bauweise angeordnet
und als Schrägscheiben-Axialkolbentriebwerke ausgebildet
sein. Zumindest die erste Verdrängereinheit 21 ist
im Verdrängervolumen verstellbar. Es ist ebenfalls möglich,
zusätzlich die zweite Verdrängereinheit 22 als
im Verdrängervolumen verstellbare Verdrängereinheit
auszubilden. Beide Verdrängereinheiten 21, 22 sind
hierbei als Pumpe und Motor betreibbar.
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Bei
geringen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs wird über
den mechanischen Leistungszweig 9 das Hohlrad des als Planetengetriebe
ausgebildeten Summiergetriebes 11 angetrieben. Die erste Verdrängereinheit 21 ist
hierbei reversiert, so dass durch eine Drehzahlüberlagerung
des Hohlrades mit dem Sonnenrad des als Planetengetriebe ausgebildeten
Summiergetriebes 11 geringe Fahrgeschwindigkeiten erzielt
werden. Das hydrostatische Getriebe wird hierbei im negativen Leistungsfluss
betrieben, wobei die zweite Verdrängereinheit 22 als
Pumpe und die erste Verdrängereinheit 21 als Motor
arbeitet. Durch Zurückschwenken der ersten Verdrängereinheit 21 in
Richtung der Neutralstellung kann hierbei die Fahrgeschwindigkeit
erhöht werden.
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Das
an den Antriebsrädern 5a, 5b abgeforderte
Drehmoment stützt sich bei einem Betrieb des hydrostatischen
Getriebes 20 im negativen Leistungsfluss über
das als Planetengetriebe ausgebildete Summiergetriebe 11 an
der als Pumpe arbeitenden zweiten Verdrängereinheit 22 ab.
Für hohe Zugkraftanforderungen ist hierbei ein hohes Abstützmoment
an der zweiten, als Pumpe arbeitenden Verdrängereinheit 22 erforderlich.
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Erfindungsgemäß wird
ein hohes Abstützmoment der als Pumpe arbeitenden zweiten
Verdrängereinheit 22 während eines negativen
Leistungsflusses durch eine Erhöhung der inneren hydromechanischen
Verluste der zweiten Verdrängereinheit 22 und/oder
durch ein zusätzliches äußeres Bremsmoment
erzeugt, das auf die zweite Verdrängereinheit 22 abbremsend
einwirkt.
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Zur
Erhöhung der inneren hydromechanischen Verluste der zweiten
Verdrängereinheit kann eine Einrichtung 30 vorgesehen
sein, mit der der Druckmittelspiegel und somit der Füllstand
eines Gehäuses mit Druckmittel der zweiten Verdrängereinheit 22 gesteuert
werden kann, um durch zunehmende Planschverluste des in dem Gehäuse
rotierenden Rotors der zweiten Verdrängereinheit 22 mit
zunehmendem Druckmittelfüllstand im Gehäuse ein
erhöhtes hydraulisches Bremsmoment der zweiten Verdrängereinheit 22 und
somit ein erhöhtes Abstützmoment zu erzielen.
Mittels der Einrichtung 30 ist hierbei über den
Füllstand des Gehäuses der zweiten Verdrängereinheit 22 mit
Druckmittel das hydraulische Bremsmoment und somit das Abstützmoment
steuerbar.
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Die
inneren hydrodynamischen Verluste der zweiten, als Pumpe arbeitenden
Verdrängereinheit 22 können ebenfalls
durch eine mechanische oder elektrische Bremseinrichtung 31 erhöht
werden, die ein auf den Rotor der zweiten Verdrängereinheit 22 abbremsend
wirkendes mechanisches oder elektrisches Bremsmoment erzeugt. Durch
Beaufschlagen der Bremseinrichtung 31 können hierbei
während eines Betriebs der zweiten Verdrängereinheit 22 als Pumpe
während eines negativen Leistungsflusses ebenfalls die
hydrodynamischen Verluste der zweiten Verdrängereinheit
erhöht werden, um ein hohes Abstützmoment zu erzielen.
Das Abstützmoment ist hierbei durch entsprechende Ansteuerung
der Bremseinrichtung 31 steuerbar.
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Zudem
kann eine auf den Treibstrang 25 wirkende mechanische oder
elektrische Bremseinrichtung 32 vorgesehen sein, mit der
ein äußeres, mechanisches oder elektrisches Bremsmoment
zum Abbremsen der zweiten Verdrängereinheit 22 erzeugbar
ist. Die Bremseinrichtung 32 kann hierbei auf die Triebwelle 23 oder
das als Sonnerad ausgebildete Eingangsgetriebeelement 24 des
als Planetengetriebes ausgebildeten Summiergetriebes 11 einwirken.
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Durch
eine Beaufschlagung der Bremseinrichtung 32 in die Bremsstellung
kann ein zusätzliches, die zweite Verdrängereinheit 22 abbremsendes Drehmoment
erzeugt werden und somit ein die zweite Verdrängereinheit 22 abbremsendes
Zusatzmoment aufgebracht werden, das in dem Betrieb der zweiten
Verdrängereinheit 22 als Pumpe während
eines negativen Leistungsflusses zu einem erhöhten Abstützmoment
führt, das durch entsprechende Beaufschlagung der Bremseinrichtung 32 steuerbar
ist.
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Zur
Erzeugung eines äußeren, hydraulischen Bremsmoments
kann weiterhin eine von dem Triebstrang 25 der zweiten
Verdrängereinheit 22 angetriebene Zusatzpumpe, 35,
beispielsweise eine als Konstantpumpe ausgebildete Zahnradpumpe,
vorgesehen sein, die gegen einen einstellbaren Widerstand 36 fördert,
beispielsweise ein im Einstelldruck veränderbares Druckbegrenzungsventil.
Durch Veränderung des Einstelldruckes des Druckbegrenzungsventils
kann hierbei das Zusatzmoment gesteuert werden, das die zweite Verdrängereinheit 22 abbremst,
so dass im Betrieb der zweiten Verdrängereinheit 22 als
Pumpe während eines negativen Leistungsflusses das Abstützmoment
gesteuert werden kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßem Leistungsverzweigungsgetriebe 1 können
an der zweiten Verdrängereinheit 22 bei geringem
Systemdruck innerhalb des hydrostatischen Getriebes 20 und
mit einem geringen Verdrängervolumen der zweiten Verdrängereinheit 22 hohe
Abstützmomente erzeugt werden, um hohe Drehmomente bei
geringen Drehzahlen zu übertragen und somit bei der Verwendung
des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 als Fahrantrieb eines Fahrzeugs
hohe Zugkräfte an den Antriebsrädern 5a, 5b bei
geringen Fahrgeschwindigkeiten zu übertragen.
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Durch
ein geringes Verdrängervolumen der zweiten Verdrängereinheit 22 ist
ein geringer Bauraumbedarf für das hydrostatische Getriebe 20,
eine Verlängerung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit des
hydrostatischen Getriebes 20 durch verringerte druckbedingte
Belastungen aufgrund eines geringen Systemdruckes des hydrostatischen
Getriebes 20 und insgesamt eine Reduzierung der Herstellkosten des
Leistungsverzweigungsgetriebes 1 erzielbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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