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Die
Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem ersten und einem
zweiten Leistungszweig, die über ein Summiergetriebe miteinander
verbunden sind, wobei der erste Leistungszweig eine stufenlos verstellbare
Getriebeeinheit aufweist, sowie ein Verfahren zum Wechseln von Fahrbereichen
des Antriebssystems.
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Aus
der
US 3,714,845 ist
ein Antriebssystem mit einem ersten und einem zweiten Leistungszweig bekannt.
Der erste Leistungszweig weist eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit
auf. Diese stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ist über
ein Summiergetriebe mit dem zweiten, mechanischen Leistungszweig
verbunden. Das Summiergetriebe besteht aus einem ersten und einem
zweiten Planetengetriebe. Der Ausgang der stufenlos verstellbaren
Getriebeeinheit ist permanent mit jeweils einem Element der beiden
Planetengetriebe drehfest verbunden. Ferner ist der Ausgang der
stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit mit einer Abtriebswelle
verbunden, die ihrerseits mit einem zweiten Getriebeelement jeweils
der beiden Planetengetriebe verbunden ist. Das jeweilige dritte
Getriebeelement der beiden Planetengetriebe ist über eine
erste Kupplung mit einer Getriebeeingangsseite oder über
eine zweite Kupplung mit einer Getriebeeingangsseite verbindbar.
Durch die Verwendung von zwei Planetengetrieben in dem Summiergetriebe
ergeben sich auch zwei synchrone Schaltpunkte. Unter einem synchronen
Schaltpunkt versteht man dabei, dass die Ein- und Ausgangsdrehzahlen
der zu schließenden Kupplung im Schaltpunkt identisch sind.
Damit kann eine solche Kupplung ohne auftretenden Schlupf geschlossen
werden. Bei der aus der
US 3,714,845 bekannten
Lösung liegen solche synchrone Schaltpunkte sowohl für
die erste Kupplung, als auch bei einer anderen Abtriebswellendrehzahl
des Antriebssystems für die zweite Kupplung vor.
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Problematisch
an dem beschriebenen Antriebsystem ist es, dass zum Ausbilden synchroner Schaltpunkte
zwischen den insgesamt drei Fahrbereichen bereits zwei Planetengetriebe
erforderlich sind. Für den Fall, dass eine Erweiterung
auf mehr Übersetzungsverhältnisse gewünscht
ist, wird damit der Aufbau des Summiergetriebes beliebig komplex.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vereinfachung
des bekannten Aufbaus zu erreichen, wobei auch für eine
größere Anzahl von Übersetzungsstufen
der konstruktive Aufwand gering gehalten werden soll, und ein Verfahren zur
Steuerung der Fahrbereichswechsel zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Antriebssystem
mit wenigstens drei Fahrbereichen mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren mit den
Schritten gemäß Anspruch 6 gelöst. Das
erfindungsgemäße Antriebssystem weist einen ersten
Leistungszweig und einen zweiten Leistungszweig auf. Der erste Leistungszweig
umfasst eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit. Der erste Leistungszweig
und der zweite Leistungszweig sind über ein Summiergetriebe miteinander
verbunden. Das Summiergetriebe weist ein erstes Getriebeelement
auf, das mit einer Ausgangswelle der verstellbaren Getriebeeinheit
permanent drehfest verbunden ist. Ein zweites Getriebeelement des
Summiergetriebes ist mit der verstellbaren Getriebeeinheit drehfest
verbindbar. Das Summiergetriebe weist zudem noch ein drittes Getriebeelement
auf, das erfindungsgemäß mit einer Ausgangswelle
eines mechanischen Leistungszweigs des zweiten Leistungszweigs verbunden
ist. Der mechanische Leistungszweig weist verschiedene über
wenigstens zwei Kupplungen auswählbare Übersetzungen
auf, wobei die Ausgangswelle drehfest mit dem dritten Getriebeelement
verbunden ist.
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Durch
die Verwendung eines mechanischen Getriebezweigs, dessen Ausgangswelle
drehfest mit dem dritten Getriebeelement verbunden ist, zusammen
mit der beschriebenen Verbindbarkeit des Ausgangs der stufenlos
verstellbaren Getriebeeinheit wird erreicht, dass bei einem Fahrbereichswechsel aus
einem ersten, rein durch die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit
realisierten Fahrbereich in einen zweiten, leistungsverzweigten
Fahrbereich ein synchroner Schaltpunkt vorliegt. Durch das Verbinden der
Ausgangswelle der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit sowohl
mit dem ersten Getriebeelement als auch mit dem zweiten Getriebeelement
in dem ersten Fahrbereich ergibt sich eine Zwangsdrehzahl für
das dritte Getriebeelement.
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Dieses
dritte Getriebeelement ist mit der Ausgangswelle des mechanischen
Getriebezweigs verbunden. Die Drehzahlverhältnisse und Übersetzungsverhältnisse
für den ersten und den zweiten Fahrbereich sind dabei so
abgestimmt, dass in einem Schaltpunkt die Synchronbedingung für
eine der Kupplungen des mechanischen Getriebezweigs für eine
bestimmte Übersetzungsstufe erfüllt ist. Der Wechsel
von Übersetzungsverhältnissen in dem mechanischen
Getriebezweig zum Wechseln zwischen dem zweiten und dritten Fahrbereich
erfolgt dagegen durch Öffnen und Schließen der
beiden Kupplungen des mechanischen Getriebezweigs. Diese Wechsel erfolgen
allerdings unter Verwendung eines asynchronen Schaltpunkts. Ein
asynchroner Schaltpunkt bedeutet dabei, dass beim Gangwechsel zunächst Schlupf
an der zu schließenden Kupplung und nach Schließen
dieser Kupplung Schlupf an der zu öffnenden Kupplung auftritt.
Während einer Übergangsphase tritt Schlupf an
beiden Kupplungen auf. Damit wird durch das aufeinander abgestimmte Öffnen
und Schließen der beiden Kupplungen des mechanischen Getriebezweigs
der Sprung im Drehzahlverhältnis zwischen Eingangsdrehzahl
und Ausgangsdrehzahl des mechanischen Getriebezweigs synchronisiert.
In diesem Zusammenhang wird nachfolgend von einem asynchronen Schaltpunkt
gesprochen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Wechseln von
Fahrbereichen für das oben beschriebene System wird also
zunächst zum Wechsel aus einem ersten Fahrbereich, der
rein über den ersten Leistungszweig realisiert wird, in
einen zweiten, leistungsverzweigten Fahrbereich zunächst
die Verbindung zwischen der Ausgangswelle der stufenlos verstellbaren
Getriebeeinheit und dem zweiten Getriebeelement geöffnet.
Die Verbindung wird dabei bei Erreichen eines synchronen Schaltpunkts
getrennt. Gleichzeitig wird die einem herzustellenden Übersetzungsverhältnis
des zweiten Fahrbereichs des mechanischen Getriebezweigs zugeordnete
Kupplung geschlossen und so eine drehfeste Verbindung zwischen der
Eingangsseite des mechanischen Getriebezweigs und dem dritten Getriebeelement
des Summiergetriebes hergestellt.
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Zum
Wechsel von dem nun eingestellten zweiten Fahrbereich in einen dritten
Fahrbereich wird die geschlossene Kupplung des mechanischen Getriebezweigs
geöffnet und die zweite, mit der einzulegenden Übersetzungsstufe
des dritten, ebenfalls leistungsverzweigten Fahrbereichs gekoppelte
Kupplung geschlossen. Dies erfolgt bei Erreichen eines asynchronen
Schaltpunkts.
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Das
erfindungsgemäße Vorgehen hat den Vorteil, dass
einerseits zwischen einem ersten, rein durch den ersten Leistungszweig
realisierten Fahrbereich in einen leistungsverzweigten Fahrbereich schaltruckfrei
und vor allen Dingen zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden
kann. Ein solcher Übergang zwischen einem ersten Fahrbereich
und einem zweiten Fahrbereich tritt häufig im Arbeitseinsatz
mit solchen Antriebssystemen ausgerüsteter Arbeitsmaschinen
auf. Dagegen können durch Verwendung des mechanischen Getriebezweigs
mit wenigstens zwei Kupplungen in dem zweiten Leistungszweig im
leistungsverzweigten Betrieb praktisch beliebig viele weitere Fahrbereiche definiert
werden. Dadurch lässt sich die Gesamtspreizung der Übersetzung
des Antriebssystems deutlich erhöhen. In den weiteren Fahrbereichen
kommt es dabei nicht mehr so auf den ruckfreien und zugkraftunterbrechungsfreien
Wechsel an. Hier erleichtert die Ausbildung des erfindungsgemäßen
Antriebssystems das Ergänzen weiterer Übersetzungsstufen.
Insbesondere wird auch bei einer Mehrzahl von weiteren Übersetzungsstufen
keine komplexere konstruktive Ausbildung des Summiergetriebes nötig.
Es reicht in jedem Fall, dieses als einfaches Planetengetriebe,
d. h. als Planetengetriebe mit nur einem Radsatz, auszuführen.
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In
der Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Antriebssystems und des erfindungsgemäßen
Verfahrens ausgeführt.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, den mechanischen Getriebezweig als Doppelkupplungsgetriebe auszuführen.
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Wie
es bereits erläutert wurde, ist es besonders vorteilhaft,
das Summiergetriebe als einfaches Planetengetriebe mit lediglich
einem Radsatz auszubilden. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn
das erste Getriebeelement das Sonnenrad des Planetengetriebes und
das zweite Getriebeelement der Steg des Planetengetriebes ist.
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Vorzugsweise
wird die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit über eine
Kupplung drehfest mit einer Abtriebswelle des Antriebssystems verbunden. Die
Abtriebswelle ihrerseits ist über eine Getriebestufe permanent
drehfest mit dem zweiten Getriebeelement verbunden. Über
diese zusätzliche Getriebestufe lässt sich leicht
das benötigte Übersetzungsverhältnis
einstellen, welches beispielsweise aus ökonomischen Gründen
den synchronen Schaltpunkt festlegt, z. B. unter Berücksichtigung
des Gesamtwirkungsgrades. Dabei könnte insbesondere auch
zwischen der Ausgangswelle der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit
und der Abtriebswelle des Antriebssystems wenigstens eine Übersetzungsstufe
vorgesehen sein. Durch diese beiden Übersetzungsstufen, über
die einerseits die Abtriebswelle mit dem zweiten Getriebeelement
und andererseits die Abtriebswelle mit der Ausgangswelle des stufenlos
verstellbaren Getriebes verbunden ist, lässt sich der synchrone Schaltpunkt
gezielt auf das Übersetzungsverhältnis des mechanischen
Getriebezweigs in dem zweiten Fahrbereich abstimmen.
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Als
stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ist es besonders bevorzugt,
ein hydrostatisches Getriebe zu verwenden. Dabei ist das hydrostatische
Getriebe so ausgeführt, dass zumindest die Hydropumpe als
verstellbare Einheit ausgeführt ist. Der Hydromotor ist
vorzugsweise ein Konstantmotor, da Konstantmotoren einen besonders
hohen Wirkungsgrad aufweisen.
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Der
mechanische Leistungszweig weist vorzugsweise eine erste Kupplung
und eine zweite Kupplung auf, über die eine Eingangswelle
mit einer ersten Kupplungswelle bzw. über die zweite Kupplung
mit einer zweiten Kupplungswelle verbindbar ist. Die Trennung erfolgt
dabei über die Getriebewellen eingangsseitig. Nachfolgend
schließen sich bevorzugt zwischen der ersten Kupplungswelle
und der Ausgangswelle die erste Übersetzungsstufe für
die erste Fahrtrichtung an. Die zweite Kupplungswelle wird dagegen über
eine Übersetzungsstufe für die entgegen gesetzte
Fahrtrichtung mit der Ausgangswelle verbunden. Es ist jedoch bevorzugt,
wenn jeweils zwischen der ersten Kupplungswelle und der Ausganswelle
bzw. zwischen der zweiten Kupplungswelle und der Ausgangswelle noch
weitere Fahrstufen vorgesehen sind. Insbesondere kann zwischen der
zweiten Kupplungswelle und der Ausgangswelle wenigstens eine zweite Übersetzungsstufe
für die erste Fahrtrichtung vorgesehen sein. Zum Wechsel zwischen
der Übersetzungsstufe für die entgegen gesetzte
Fahrtrichtung und der zweiten Übersetzungsstufe für
die erste Fahrtrichtung sind die jeweiligen Losräder der
beiden Übersetzungsstufen mittels einer Schaltmuffe wechselweise
mit der zweiten Kupplungswelle verbindbar.
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Soll
dagegen auch für die entgegen gesetzte Fahrtrichtung, in
der Regel also die Rückwärtsfahrtrichtung, mehr
als eine Übersetzungsstufe im mechanischen Leitungszweig
vorhanden sein, so wird auch zwischen der ersten Kupplungswelle
und der Ausgangswelle eine weitere Übersetzungsstufe für diese
entgegen gesetzte Fahrtrichtung vorgesehen. Während bei
lediglich einer Übersetzungsstufe für die Rückwärtsfahrt
die erste Übersetzungsstufe permanent drehfest mit der
ersten Kupplungswelle verbunden sein kann, wird im Falle von wenigstens
einer weiteren Übersetzungsstufe für die entgegen
gesetzte Fahrtrichtung für die erste Übersetzungsstufe
sowie für die weitere Übersetzungsstufe wiederum
jeweils ein Losrad vorgesehen. Diese Losräder sind dann
wiederum wechselweise mittels einer Schaltmuffe drehfest mit der
ersten Kupplungswelle verbindbar. Es ist selbsterklärend,
dass zusätzlich weitere Übersetzungsstufen für
die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt vorgesehen
sein können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise
zudem einen Verfahrensschritt auf, mit dem bei einem Wechsel zwischen
dem zweiten und dritten Fahrbereich eine Anpassung des Übersetzungsverhältnisses
der stufenlos einstellbaren Getriebeeinheit vorgenommen wird. Im
Falle einer verstellbaren Hydropumpe wird hierzu der Schwenkwinkel
der Hydropumpe eingestellt. Insbesondere sind die Übersetzungsverhältnisse
so gewählt, dass bei Erreichen des asynchronen Schaltpunkts
zum Wechsel des zweiten in den dritten Fahrbereich die Pumpe auf
ihren zweiten Extremwert verschwenkt wird. Die Pumpe ist vorzugsweise
in zwei Förderrichtungen betreibbar. Auf diese Weise lässt
sich ein großer Geschwindigkeitsbereich mit dem Antriebssystem
realisieren.
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Das
erfindungsgemäße Antriebssystem ist insbesondere
für Fahrantriebe vorgesehen. Nachfolgend werden die Funktion
und die Details des Antriebssystems noch eingehend am Beispiel eines
solchen Fahrantriebs geschildert. Grundsätzlich ist das Antriebssystem
mit der Leistungsverzweigung jedoch auch für andere Antriebe
einsetzbar.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung gezeigt
und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Antriebssystems;
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2 ein
Diagram zur Erläuterung der Abtriebsdrehzahlen der verstellbaren
Getriebeeinheit und des Antriebssystems in den einzelnen Fahrbereichen;
und
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3 eine
vereinfachte Darstellung des Ablaufs bei einer Beschleunigung mit
zwei Fahrbereichswechseln.
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Das
erfindungsgemäße Antriebssystem 1 wird
bevorzugt für einen Fahrantrieb eingesetzt. Eingangsseitig
ist ein Antriebsmotor 2 vorgesehen. In der Regel ist ein
solcher Antriebsmotor 2 als Brennkraftmaschine, insbesondere
Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt. Ausgangsseitig ist
eine Abtriebswelle 23 vorgesehen, die das erfindungsgemäße
Antriebssystem 1 mit beispielsweise einer angetriebenen
Fahrzeugachse verbindet.
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Das
Antriebssystem 1 weist einen ersten Leistungszweig auf,
der als stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ausgebildet ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die stufenlos
verstellbare Getriebeeinheit ein hydrostatisches Getriebe 3.
Der zweite Leistungszweig 4 ist ein mechanischer Leistungszweig.
Das hydrostatische Getriebe 3 weist eine verstellbare Hydropumpe 5 und
einen Konstantmotor 6 auf. Die Hydropumpe 5 und
der Konstantmotor 6 sind im geschlossenen Kreis über
zwei Arbeitsleitungen miteinander verbunden. Die bezüglich
eines hydrostatischen Getriebes 3 an sich bekannten Elemente sind
zur Vereinfachung in der 1 nicht dargestellt. Dies betrifft
insbesondere die Verstellvorrichtung für die Hydropumpe 5.
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Die
Hydropumpe 5 wird über eine Pumpenwelle 7 angetrieben.
Die Pumpenwelle 7 ist über eine Übersetzungsstufe
permanent mit einer Abtriebswelle 8 des Antriebsmotors 2 verbunden.
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Der
erste Leistungszweig und der zweite Leistungszweig werden ausgangsseitig über
ein Summiergetriebe 25 miteinander gekoppelt. Zum Zuführen
des Abtriebsmoments, welches über den ersten Leistungszweig
bzw. dort den Hydromotor 6 erzeugt wird, ist die Ausgangswelle 9 des
Hydromotors 6 mit dem Summiergetriebe 25 verbunden.
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Der
zweite Leistungszweig 4 wird durch einen mechanischen Getriebezweig,
im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Doppelkupplungsgetriebe 10,
gebildet. Das Doppelkupplungsgetriebe 10 ist eingangsseitig
ebenfalls permanent mit dem Antriebsmotor 2 verbunden. Über
eine zweite Übersetzungsstufe ist hierzu die Eingangswelle 11 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 mit der Abtriebswelle 8 des
Antriebsmotors 2 verbunden.
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Ausgangsseitig
ist eine Ausgangswelle 12 des Doppelkupplungsgetriebes 10 mit
dem Summiergetriebe 25 verbunden. Das Summiergetriebe 25 weist
daher zwei Eingänge auf, die einerseits permanent mit dem
Hydromotor 6 und andererseits permanent mit der Ausgangswelle 12 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 verbunden sind. Auf die genaue Ausbildung
des Summiergetriebes 25 und den Anschluss an die Abtriebswelle 23 des
Antriebssystems 1 wird nachfolgend noch im Detail eingegangen.
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Um
verschiedene Übersetzungen für die zumindest zwei
leistungsverzweigten Fahrbereiche realisieren zu können,
sind in dem Doppelkupplungsgetriebe 10 zumindest eine erste Übersetzungsstufe 13 und
eine zweite Übersetzungsstufe 14 ausgebildet.
Beide Übersetzungsstufen 13, 14 sind
permanent mit der Ausgangswelle 12 des Doppelkupplungsgetriebes 10 verbunden.
Um die jeweils einzulegende Übersetzungsstufe mit einer
Eingangswelle 11 des Doppelkupplungsgetriebes 10 zu
verbinden, ist eine erste Kupplung 16 bzw. eine zweite
Kupplung 17 vorgesehen. Die beiden Kupplungen 16, 17 sind mit
jeweils einer Kupplungswelle 16', 17' verbunden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich
zu den beiden Übersetzungsstufen 13, 14 noch
eine weitere für Rückwärtsfahrt vorgesehene Übersetzungsstufe 15 vorhanden.
Um zwischen der zweiten Übersetzungsstufe 14 und
der Übersetzungsstufe für Rückwärtsfahrt 15 zu
wechseln, ist eine Schaltmuffe 18 vorgesehen, mit der jeweils
ein Losrad der Übersetzungsstufe für Rückwärtsfahrt 15 oder
der zweiten Übersetzungsstufe 14 drehfest mit der
zweiten Kupplungswelle 17' verbunden werden kann. Durch
die Anordnung der Schaltmuffe 18 zwischen der zweiten Übersetzungsstufe 14 und
der Übersetzungsstufe 15 für Rückwärtsfahrt
kann ohne Betätigung der Schaltmuffe 18 zwischen
Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt in den
jeweils ersten beiden Fahrbereichen gewechselt werden. Dagegen ist
die erste Übersetzungsstufe 13 permanent mit der
ersten Kupplungswelle 16' verbunden. Zum Wechseln des Übersetzungsverhältnisses
des Doppelkupplungsgetriebes 10 wird bei drehfester Verbindung
der ersten Übersetzungsstufe 13 mit der ersten
Kupplungswelle 16' jeweils eine der Kupplungen 16, 17 geöffnet,
während die andere geschlossen wird. Es sind jedoch in
dem Doppelkupplungsgetriebe 10 auch beide Kupplungen 16, 17 gleichzeitig
zu öffnen. Damit kann ein rein hydrostatischer erster Fahrbereich
realisiert werden.
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Das
Summiergetriebe 25 ist als einfaches Planetengetriebe ausgeführt.
Einfaches Planetengetriebe bedeutet dabei, dass lediglich ein Radsatz
vorhanden ist. Dieser Radsatz enthält als erstes Getriebeelement
ein Sonnenrad 19, als zweites Getriebeelement einen Steg 20 und
als drittes Getriebeelement ein Hohlrad 21. Das Hohlrad 21 ist
permanent drehfest mit der Ausgangswelle 12 des Doppelkupplungsgetriebes 10 verbunden.
Das Sonnenrad 19 ist permanent drehfest mit der Ausgangswelle 9 des
Hydromotors 6 verbunden. Der Steg 20 ist permanent
drehfest mit der Abtriebswelle 23 des Antriebssystems 1 verbunden.
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Die
Ausgangswelle 9 lässt sich zudem über eine
Kupplung 22 ebenfalls mit der Abtriebswelle 3 drehfest
verbinden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
zu erkennen, dass die Ausgangswelle 9 des Hydromotors 6 über
eine Übersetzungsstufe auf das Sonnenrad 19 wirkt.
Ferner ist eine weitere Übersetzungsstufe zwischen der
Sonnenradwelle und der Eingangsseite der Kupplung 22 vorgesehen.
Die Kupplung 22 wirkt ausgangsseitig wiederum über
eine weitere Übersetzungsstufe mit der Abtriebswelle 3 zusammen.
Die gesamte Übersetzung von der Ausgangswelle 9 bei
geschlossener Kupplung 22 zur Abtriebswelle 23 wird
mit iH bezeichnet. Das Übersetzungsverhältnis
zwischen dem Steg 20 und der Abtriebswelle 3 wird
mit iSt bezeichnet.
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In
einem ersten, nicht leistungsverzweigten Fahrbereich, der rein durch
das hydrostatische Getriebe 3 realisiert wird, sind die
beiden Kupplungen 16, 17 des Doppelkupplungsgetriebes 10 geöffnet. Die
Kupplung 22 ist dagegen geschlossen. Damit ist die Ausgangswelle 9 des
Hydromotors 6 nicht nur über eine einfache Übersetzung
mit dem Sonnenrad 19, sondern auch über die Übersetzungen
iH und iSt mit dem
Steg 20 drehfest verbunden. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis
des Summiergetriebes 25 stellt sich somit an dem Hohlrad 21 eine
resultierende Drehzahl ein. Diese resultierende Drehzahl ist abhängig
von der Drehzahl der Ausgangswelle 9 und den Übersetzungsverhältnissen.
Die Übersetzungsverhältnisse, insbesondere das Übersetzungsverhältnis
iSt des Stegs zur Abtriebswelle 23 wird
so gewählt, dass bei annähernd maximaler Übersetzung des
hydrostatischen Getriebes 3, was dem eingestellten maximalen
Fördervolumen der Hydropumpe 5 entspricht, eine
Synchronbedingung für den Wechsel in den zweiten Fahrbereich
vorliegt. Bei dieser Synchronbedingung muss die erste Kupplungswelle 16' mit
einer zur Eingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes 10 identischen
Drehzahl rotieren. In diesem Zustand kann ein Wechsel von dem ersten rein
hydrostatischen Fahrbereich auf einen leistungsverzweigten Betrieb
erfolgen. Der Schaltpunkt ist synchron und der Übergang
wird durch Öffnen der Kupplung 22 und gleichzeitiges
Schließen der ersten Kupplung 16 des Doppelkupplungsgetriebes 10 erzeugt.
Das Übersetzungsverhältnis der verstellbaren Getriebeeinheit
bleibt dabei konstant. In dieser Betriebssituation steht die Hydropumpe 5 nahe
ihrem maximalen Fördervolumen. Durch nachfolgende Reduktion
des Fördervolumens der Hydropumpe 5 in dem zweiten
Fahrbereich und damit Reduzierung der Drehzahl der Ausgangswelle 9 des
Hydromotors 6 wird auch die Drehzahl des Sonnenrads 19 verringert.
Dadurch kommt es zu einer Beschleunigung des Stegs 20 und
somit letztlich der Abtriebswelle 23. Die Beschleunigung
erfolgt dabei bei konstanter Drehzahl der Ausgangswelle 12 des
Doppelkupplungsgetriebes 10.
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Die
Hydropumpe 5 ist vorzugsweise über ihre Nulllage
hinaus verschwenkbar, so dass zur weiteren Beschleunigung bei Erreichen
der Nulllage eine Drehrichtungsumkehr des Hydromotors 6 bewirkt wird.
Die Hydropumpe 5 wird hier weiter in Richtung ihres maximalen
Fördervolumens in der zweiten Förderrichtung eingestellt.
Bei Erreichen der maximalen Fördermenge der Hydropumpe 5 ist
dann der asynchrone Schaltpunkt zum Wechseln von dem zweiten Fahrbereich
in den dritten Fahrbereich erreicht. Die Kupplung 22 bleibt
bei diesem Wechsel weiterhin geöffnet und es wird die erste
Kupplung 16 des Doppelkupplungsgetriebes 10 geöffnet
und gleichzeitig die zweite Kupplung 17 des Doppelkupplungsgetriebes 10 geschlossen.
Entsprechend den unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen
der ersten Übersetzungsstufe 13 und der zweiten Übersetzungsstufe 14 muss
beim Wechsel zwischen der ersten Kupplung 16 und der zweiten
Kupplung 17 die Drehzahl der Ausgangswelle 12 angepasst
werden. Hierzu wird gleichzeitig die Hydropumpe 5 wieder
durchgeschwenkt und auf maximale Fördermenge in der entgegengesetzten
Richtung eingestellt. Die zu kompensierenden Drehzahlunterschiede
an den Kupplungen 16, 17 beim Wechsel werden somit
minimiert. Dennoch tritt beim asynchronen Schaltpunkt zunächst
Schlupf an der zu schließenden Kupplung, gegen Ende des
Schaltvorgangs an der zu öffnenden Kupplung auf. Bevorzugt
gibt es daher ein Zeitfenster, in dem beide Kupplungen 16, 17 leicht
geöffnet sind und Schlupf auftreten kann. Dieses Zeitfenster wird
genutzt, um die Hydropumpe 5 zu verschwenken. In dem dritten
Fahrbereich ist dann wieder ein Beschleunigen der Abtriebswelle 23 möglich,
indem die Hydropumpe 5 wieder zunächst in Richtung
eines verschwindenden Fördervolumens und dann weiter in
Richtung eines maximalen, entgegengesetzt gerichteten Volumenstroms
verstellt wird. Eine schematische Darstellung der Schaltwechsel
und der Drehzahlen des Hydromotors 6 über der
Abtriebswellendrehzahl ist vereinfacht noch einmal in der 2 dargestellt.
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Um
die Fahrbereiche in entgegengesetzter Richtung zu wechseln, werden
die beschriebenen Abläufe entsprechend in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen.
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Es
ist noch zu bemerken, dass auch für Rückwärtsfahrt
der Fahrbereichswechsel zwischen dem ersten rein hydrostatischen
Fahrbereich und dem zweiten Fahrbereich mit der Übersetzungsstufe 15 synchron
erfolgen kann. Das Übersetzungsverhältnis für
Rückwärtsfahrt und Vorwärtsfahrt ist
dabei vorzugsweise gleich. Die ersten Fahrbereiche für Vorwärts-
(VI) und Rückwärtsfahrt
(RI) sowie die zweiten Fahrbereiche für
Vorwärts- (VII) und Rückwärtsfahrt
(RII) entsprechen sich dann vollkommen. Dabei
ist die Schaltmuffe 18 nicht mit der zweiten Übersetzungsstufe 14 für
den dritten Fahrbereich, sondern mit der Übersetzungsstufe 15 für
Rückwärtsfahrt drehfest mit der zweiten Kupplungswelle 17' verbunden.
Die Drehrichtung des Hydromotors 6 ist dadurch entgegengesetzt.
Es ist dabei selbstredend keine Limitierung auf lediglich einen
ersten und einen zweiten Fahrbereich in Rückwärtsrichtung
erforderlich. Vielmehr ist in gleicher Weise, wie dies zuvor bereits
für Vorwärtsfahrt beschrieben wurde, eine Erweiterung
der Spreizung des Übersetzungsverhältnisses des
gesamten Antriebssystems durch Hinzunahme weiterer Fahrbereiche
für Rückwärtsfahrt mittels des Doppelkupplungsgetriebes 10 möglich.
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In
der 2 ist der Verlauf der sich aus dem eingestellten
Fördervolumen der Pumpe 5 ergebenden Hydromotordrehzahlen
nHM über der Drehzahl nab der Abtriebswelle 23 dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass beim Übergang des ersten Fahrbereichs
in Vorwärtsrichtung VI zu dem zweiten
Fahrbereich in Vorwärtsrichtung VII kein
Sprung in der Hydromotordrehzahl nHM auftritt.
Dagegen ist in dem asynchronen Schaltpunkt beim Übergang
der Fahrbereiche VII zu VIII ein
Sprung in der Drehzahl des Hydromotors NHM zu
erkennen. Dies wird durch schnelles Durchschwenken der Hydropumpe 5 erreicht.
In entsprechender Weise ist auch für die Rückwärtsfahrt
der synchrone Schaltpunkt dargestellt. Beim Reversieren, d. h. also
dem Wechseln zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt
in dem ersten Fahrbereich RI/VI ist dagegen überhaupt
kein Schalten erforderlich. In diesem rein hydrostatischen ersten
Fahrbereich wird allein über die Verstellung der Fördermenge
und -richtung der Hydropumpe 5 sowohl die Fahrgeschwindigkeit
als auch die Fahrtrichtung bestimmt.
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Eine
vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist noch einmal in 3 zu erkennen.
Zunächst wird in Schritt 30 die Kupplung 22 geschlossen.
Während die Kupplungen 16, 17 des Doppelkupplungsgetriebes 10 offen
sind, ist nun in dem ersten Fahrbereich Vorwärts- und Rückwärtsfahrt
(VI/RI) rein hydrostatisch
möglich. Im weiteren wird eine Beschleunigung in Vorwärtsrichtung beschrieben.
Es ist selbsterklärend, dass dies analog auch für
die Rückwärtsrichtung erfolgen kann.
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Zur
Erhöhung der Drehzahl nab der Abtriebswelle 23 wird
die Fördermenge der Hydropumpe 5 in Richtung ihres
maximalen Fördervolumens +VP in der
ersten Förderrichtung verstellt (Schritt 31).
Bei Erreichen der maximalen Fördermenge +VP der
Hydropumpe 5 wird dann zum Fahrbereichswechsel in den zweiten
Fahrbereich VII die Kupplung 22 geöffnet und
somit die Verbindung zwischen der Ausgangswelle 9 und der
Abtriebswelle 23 unterbrochen. Gleichzeitig wird die erste
Kupplung 16 des Doppelkupplungsgetriebes 10 geschlossen
und so eine Verbindung der Eingangswelle 11 mit der Ausgangswelle 12 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 über die erste Übersetzungsstufe 13 (Schritt 32)
hergestellt. Bei diesem Fahrbereichswechsel ist aufgrund des synchronen
Schaltpunkts eine Verstellung der Fördermenge der Hydropumpe 5 nicht
erforderlich. Dies ist auch an dem Verlauf der Drehzahl nHM in der 2 zu erkennen.
Zur weiteren Beschleunigung wird anschließend die Hydropumpe 5 von
ihrem maximalen Fördervolumen in der ersten Richtung +VP in Richtung auf ihr maximales Fördervolumen
in der entgegengesetzten Förderrichtung –VP verstellt (Schritt 33). Ist das
maximale Fördervolumen (–VP)
in der entgegengesetzten zweiten Förderrichtung erreicht,
so ist auch der asynchrone Schaltpunkt des Fahrbereichswechsels
von VII auf VIII erreicht.
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Hier
wird die erste Kupplung 16 geöffnet und die zweite
Kupplung 17 des Doppelkupplungsgetriebes 10 geschlossen
(Schritt 34a). Damit wird auf die zweite Übersetzungsstufe 14 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 umgeschaltet, wobei hierzu
die Schaltmuffe 18 die zweite Übersetzungsstufe 14 drehfest mit
der zweiten Kupplungswelle verbindet.
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Theoretisch
wäre es denkbar, dass ohne Verstellung der Drehzahl des
Hydromotors 6 eine weitere Beschleunigung durch diesen
Wechselprozess beim Öffnen und Schließen der Kupplungen 16, 17 durchgeführt
wird. Dies würde aber zu einem Schleifen der Kupplung 17 bis
zum Erreichen der maximalen Fahrgeschwindigkeit führen.
Um dies zu verhindern, wird die Pumpe 5 stattdessen schnell
durchgeschwenkt, d. h. in möglichst kurzer Zeit von –VP auf +VP verstellt
(Schritt 34b). Das Durchschwenken der Hydropumpe 5 und
das Öffnen und Schließen der Kupplungen 16 und 17 erfolgt
gleichzeitig in den Verfahrensschritten 34a und 34b.
Zum weiteren Beschleunigen wird anschließend die Pumpe 5,
die nach Abschluss des Schaltvorgangs vom Fahrbereich 2 in
den Fahrbereich 3 auf ihrem maximalen Fördervolumen
in der ersten Förderrichtung steht, wieder von +VP auf –VP verstellt.
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Die
vorstehenden Ausführungen betreffen jeweils eine Beschleunigung
aus dem Stillstand in Vorwärtsrichtung über alle
drei Fahrbereiche hinweg. Es ist leicht ersichtlich, dass in analoger
Weise auch bei Rückwärtsfahrt die Fahrbereiche
gewechselt werden können und dass zum Wechseln der Fahrbereiche
von III auf II bzw. von II auf I die Schritte in umgekehrter Reihenfolge
durchgeführt werden müssen.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Vielmehr sind auch einzelne Elemente und Merkmale
der vorliegenden Erfindung vorteilhaft miteinander kombinierbar.
Insbesondere kann das Doppelkupplungsgetriebe auch mehr oder weniger Übersetzungsstufen
aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 3714845 [0002, 0002]
