DE102011006683A1

DE102011006683A1 - Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102011006683A1
Application number: DE201110006683
Authority: DE
Inventors: Stefan Prebeck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Eine Antriebseinheit (1) für einen Fahrantrieb mit einem von einer Brennkraftmaschine (2) antreibbaren, durch zumindest eine Verstelleinrichtung (16, 18) stufenlos verstellbaren Getriebe (3) und mit einem diesem unmittelbar oder mittelbar nachgeschalteten mechanischen Schaltgetriebe (4) weist eine elektronischen Steuereinheit (21) auf. Im Schaltgetriebe (4) sind über eine Schalteinrichtung (40) zumindest zwei Gangstufen schaltbar, wobei die zumindest eine Verstelleinrichtung (16, 18) als auch die Schalteinrichtung (40) mit der elektronischen Steuereinheit in Wirkverbindung stehen. Dabei sollen die Gangstufen des Schaltgetriebes (4) jeweils über nicht synchronisierte, formschlüssige Schaltkupplungen (43, 44, 45, 46, 47) schaltbar sein. Zur Es soll die elektronische Steuereinheit (21) mit einer während eines Schaltvorganges des Schaltgetriebes (4) betätigbaren Bremseinrichtung (33) und mit zumindest einer der Verstelleinrichtungen (16, 18) verbunden sein, wobei das stufenlos verstellbare Getriebe (3) durch die zumindest eine Verstelleinrichtung (16, 18) soweit verstellbarbar ist, dass eine Drehmomententlastung an einer Getriebeeingangswelle (20) des Schaltgetriebes (4) erzielbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Fahrantrieb mit einem von einer Brennkraftmaschine antreibbaren, durch zumindest eine Verstelleinrichtung stufenlos verstellbaren Getriebe und mit einem diesem unmittelbar oder mittelbar nachgeschalteten mechanischen Schaltgetriebe, in welchem über eine Schalteinrichtung zumindest zwei Gangstufen schaltbar sind, und mit einer sowohl mit der Versteileinrichtung als auch mit der Schalteinrichtung verbundenen elektronischen Steuereinheit. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wechseln von Gangstufen in einem Schaltgetriebe einer hydrostatisch-mechanischen Antriebseinheit eines Fahrantriebes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 9.
Stufenlos verstellbare Getriebe können unter anderem als hydrostatische Getriebe oder als Umschlingungsgetriebe ausgebildet sein. Bei den letztgenannten Umschlingungsgetrieben ist zwischen jeweils einem Kegelscheibenpaar einer treibenden Welle und einer getriebenen Welle ein Zugmittel in Form eines Riemens oder einer aus Blechlamellen bestehenden Gliederkette angeordnet. Dabei wird durch eine gleichzeitige Veränderung der Radien der beiden Kegelscheiben das Übersetzungsverhältnis im Zugmitteltrieb stufenlos verändert.
Bei hydrostatischen Getrieben wirken zumindest eine Hydropumpe und zumindest ein Hydromotor in einem geschlossenen Kreislauf zusammen, wobei zur stufenlosen Verstellung des Übersetzungsverhältnisses das Fördervolumen der Hydropumpe und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors verändert werden. Es kann sich dabei also um eine Primärverstellung mit Verstellung der Hydropumpe, eine Sekundärverstellung mit Verstellung des Hydromotors oder um eine Verstellung beider Einheiten handeln. Die Hydropumpe kann unmittelbar mit dem Achsantrieb des Fahrzeugs oder mit einer Getriebeeingangswelle eines nachfolgenden Bereichsgetriebes verbunden sein. Dieses Bereichsgetriebes ist im Falle der Verwendung der Antriebseinheit in einer selbstfahrenden landwirtschaftlichen Erntemaschine zumeist mit zwei Gangstufen versehen, und zwar eine Gangstufe für einen Betrieb der Erntemaschine auf dem Feld und eine Gangstufe für eine Straßenfahrt derselben. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das hydrostatische Getriebe im Rahmen einer hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigung vorzusehen, wobei das hydrostatische Getriebe die Funktion eines Stellgetriebeteils übernimmt, so dass der Leistungsfluss überwiegend über das als Umlaufrädergetriebe ausgebildete mechanische Koppelgetriebe erfolgt. Durch den geringeren Leistungsfluss über das hydrostatische Getriebe kann insgesamt der Wirkungsgrad der Antriebseinheit verbessert werden.
Eine Antriebseinheit der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 9 angegebenen Gattung ist aus der DE 42 23 846 C2 bekannt. Dabei ist das hydrostatische Getriebe sowohl mit einer Primärverstellung als auch einer Sekundärverstellung versehen, d. h., das Fördervolumen der Hydropumpe und das Schluckvolumen des Hydromotors sind über Verstelleinrichtungen, die mit der elektronischen Steuereinheit verbunden sind, veränderbar. Über die jeweilige Verstelleinrichtung wird ein Schwenkwinkel dieser als Axialkolbeneinheiten ausgebildeten hydrostatischen Maschinen verstellt. Ein dem hydrostatischen Getriebe nachgeschaltetes Schaltgetriebe ist dabei vollsynchronisiert ausgebildet, wozu eine Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes für die Schaltung von zwei Gangstufen über eine synchronisierte Schaltkupplung wahlweise mit einem von zwei Antriebsrädern kuppelbar ist. Diese synchronisierte Schaltkupplung ist in üblicher Weise mit zwei beidseitig eines Synchronkörpers angeordneten Sperrringen und Kuppelringen versehen, die über eine konische Reibfläche aneinander anliegen. Durch die gemeinsame Steuerung des hydrostatischen Getriebes und des Schaltgetriebes mittels der elektronischen Steuereinheit sollen eine einfache und kostengünstige Bauweise der Antriebseinheit gewährleistet und der Aufwand zum Schalten der Gangstufen verringert werden. Außerdem sollen die Schaltvorgänge verlustarm ablaufen. Hierzu wird unter anderem vorgeschlagen, das Abtriebsdrehmoment einer mit dem Getriebeeingang des Schaltgetriebes verbundenen Hydromotorenwelle durch Veränderung des Schwenkwinkels seiner Hubscheibe auf etwa 0 Grad und somit durch eine Verringerung des Hubvolumens der im Hydromotor vorgesehenen Arbeitskolben zu verringern. Nach dieser Reduzierung des Abtriebsdrehmoments wird im Schaltgetriebe über die synchronisierte Schaltkupplung ein Gangwechsel herbeigeführt, wobei insbesondere bei einer Schaltung in eine niedrigere Übersetzungsstufe die von den Antriebsrädern des Fahrzeugs auf das Schaltgetriebe übertragene Drehzahl mittels der synchronisierten Schaltkupplungen in üblicher Weise an die Drehzahl der Getriebeeingangswelle angepasst wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinheit für einen Fahrantrieb, insbesondere einer schweren Arbeitsmaschine zu schaffen, dessen als Bereichsgetriebe dienendes Schaltgetriebe mit einfachen Schaltkupplungen versehen werden kann, die zur Übertragung eines hohen Drehmoments geeignet und einem geringen Verschleiß ausgesetzt sind.
Diese Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden abhängigen Patentansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Außerdem wird die Aufgabe auch durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 9 gelöst, der sich auf ein Verfahren zum Wechseln von Gangstufen in einem Schaltgetriebe eines stufenlos verstellbaren Fahrzeugantriebs bezieht.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 sollen die Gangstufen des Schaltgetriebes jeweils über zumindest eine nicht synchronisierte, formschlüssige Schaltkupplungen schaltbar sein, wobei die elektronische Steuereinheit mit einer während eines Schaltvorgangs des Schaltgetriebes betätigbaren Bremsbetätigung und mit zumindest einer der Verstelleinrichtungen verbunden ist, welche zumindest eine Verstelleinrichtung des stufenlos verstellbaren Getriebes derart verstellt, dass eine Drehmomententlastung am Getriebeeingang des Schaltgetriebes erzielbar ist. Als nicht synchronisierte Schaltkupplungen sind solche vorgesehen, bei denen keine zusätzlichen Reibelemente zur Anpassung der während eines Schaltvorgangs auftretenden Drehzahlunterschiede verwendet werden. Stattdessen soll bei jedem Schaltvorgang im Schaltgetriebe von einem formschlüssigen Eingriff der das Antriebsmoment übertragenden Glieder unmittelbar oder nach Durchlaufen einer Neutralstellung in ein anderes Übersetzungsverhältnis geschaltet werden. Das führt wiederum zu einem formschlüssigen Eingriff dieser das Drehmoment übertragenden Glieder.
Es kann sich dabei, wie weiterhin vorgeschlagen, um als Klauenkupplungen ausgebildete Schaltglieder handeln. In diesem Fall sind Schaltklauen an einer drehfest mit der jeweiligen Welle verbundenen, aber axial auf der Welle verschiebbaren Schiebemuffe ausgebildet, die nach einer Axialbewegung jeweils mit Gegenklauen an dem entsprechenden Zahnrad in Eingriff gelangen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Schieberäder vorzusehen, die beispielsweise jeweils drehfest auf einer Hauptwelle angeordnet sind und deren Geradverzahnung mit einer Geradverzahnung eines auf einer Welle befestigten Zahnrades in Eingriff bringbar sind. Wenn nun ein entsprechend ausgebildetes Schaltgetriebe, das einem hydrostatischen Getriebe nachgeschaltet ist, von einer Gangstufe in die nächste geschaltet werden soll, so ist der Antriebsstrang aufgrund des übertragenen Drehmoments derart verspannt, dass ein Gangwechsel nicht möglich ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Steuerung der Antriebseinheit wird dieses bei Verwendung eines nicht synchronisierten Schaltgetriebes auftretende Problem beseitigt. Zu diesem Zweck steht die elektronische Steuereinheit zum einen mit einem Schalthebel für die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses im hydrostatischen Getriebe und zum anderen mit einem Schalthebel zur Wahl einer Bereichsgruppe im Schaltgetriebe in Verbindung.
Während eines normalen Arbeitsvorgangs der Arbeitsmaschine befindet sich also das Bereichsgetriebe in einer seiner unteren Gangstufen, und die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine wird ausschließlich über den Fahr- oder Schalthebel des hydrostatischen Getriebes gesteuert. Findet hingegen eine Überführungsfahrt der Arbeitsmaschine statt, so wird das Schaltgetriebe in seine Bereichsgruppe für eine Straßenfahrt geschaltet. Wenn bei einer derartigen Straßenfahrt aufgrund einer Steigung die Leistung der Brennkraftmaschine des Arbeitsfahrzeuges nicht mehr ausreicht, obwohl das Übersetzungsverhältnis im hydrostatischen Getriebe bereits entsprechend verändert wurde, so kann der Fahrer mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Schaltung auslösen. Die elektronische Steuereinheit, die, wie bereits dargelegt, mit der Verstelleinrichtung des hydrostatischen Getriebes verbunden ist, verstellt dieses in einer Weise, dass das Abtriebsdrehmoment des stufenlos verstellbaren Getriebes bis auf Null abgesenkt wird. Anschließend betätigt die elektronische Steuereinheit selbsttätig eine Bremseinrichtung des Arbeitsfahrzeuges in der Weise, dass das Arbeitsfahrzeug zum Stillstand gebracht wird. Dann kann, ebenfalls durch die elektronischen Steuereinheit bewirkt, zum Lösen der Schaltklauen des Schaltgetriebes kurzzeitig ein entgegengesetzt wirkendes Drehmoment durch das hydrostatische Getriebe aufgebaut werden. Nachdem diese Voraussetzungen erfüllt sind, wird ebenfalls selbsttätig an der entsprechenden Schaltkupplung des Schaltgetriebes die von dem Fahrer vorgegebene Schaltung durchgeführt.
Demgegenüber weist die Antriebseinheit gemäß der DE 42 23 846 C2 ein vollsynchronisiertes Schaltgetriebe auf, so dass beim Herunterschalten des Schaltgetriebes entsprechende Sperrringe gemeinsam mit einem Synchronkörper und mit Kupplungsringen für eine Anpassung der Drehzahlen der miteinander zu kuppelnden Antriebsglieder sorgen. Es geht in diesem Fall nur darum, während des Schaltens mit der synchronisierten Schaltkupplung einen lastreduzierten Zustand zu erzielen, so dass die Belastung der Synchroneinrichtung reduziert werden kann.
Vorzugsweise soll das stufenlos verstellbare Getriebe nach der vorliegenden Erfindung als hydrostatisches Getriebe ausgebildet sein, dessen Abtriebsdrehmoment und Abtriebsdrehzahl durch eine Veränderung eines Fördervolumens einer Hydropumpe und/oder durch eine Veränderung eines Schluckvolumens eines Hydromotors variierbar sind. Die Hydropumpen und Hydromotoren von hydrostatischen Getrieben sind in der Regel als Axialkolbeneinheiten nach dem Schrägachsenprinzip ausgebildet, wobei im Fall einer Axialkolbeneinheit mit konstantem Förder- bzw. Schluckvolumen eine Schrägscheibe eine konstante Schräglage zu einer die einzelnen Kolben aufnehmenden Zylindertrommel einnimmt. Im Fall einer Verstellbarkeit der Axialkolbeneinheit, d. h., einer stufenlosen Veränderung des Verdrängungs- bzw. Schluckvolumens, sind entweder die Zylindertrommel oder die als Schwenkscheibe ausgebildete Hubscheibe gegenüber einer Wellenachse der Axialkolbeneinheit verschwenkbar.
Alternativ dazu können die Hydropumpe und/oder der Hydromotor auch in einer anderen Bauweise ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Hydropumpe als Flügelzellen-, Radialkolben- oder Zahnradpumpe ausgebildet sein. Außerdem kann die Abtriebswelle des Hydromotors unmittelbar mit der Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes verbunden sein. In diesem Fall wird die gesamte Leistung über das hydrostatische Getriebe auf das Schaltgetriebe übertragen. Hierzu bietet sich die Alternative an, das hydrostatische Getriebe im Rahmen einer Leistungsverzweigung einem als Koppelgetriebe dienenden Umlaufrädergetriebe zuzuordnen, so dass das hydrostatische Getriebe nur die Funktion eines variablen Stellgetriebeteils übernimmt. In diesem Fall wird die Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes von einer Ausgangswelle des Umlaufrädergetriebes angetrieben. Sowohl beim unmittelbaren als auch beim mittelbaren Antrieb des Schaltgetriebes über das stufenlos verstellbare Getriebe kann Letzteres natürlich auch als Umschlingungsgetriebe mit Variatorscheiben ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit eignet sich insbesondere für den Fahrantrieb einer selbstfahrenden Erntemaschine, bei der es sich beispielsweise um einen selbstfahrenden Mähdrescher oder einen selbstfahrenden Mais- bzw. Feldhäcksler handeln kann. Bei derartigen Arbeitsmaschinen muss je nach Bestandsdichte und Halmlänge die Fahrgeschwindigkeit stufenlos veränderbar sein. Die entsprechende Arbeitsmaschine wird dabei während ihres Erntebetriebes in einer für den Feldbetrieb vorgesehenen Gangstufe des dem stufenlosen Getriebe nachgeschalteten Schaltgetriebes betrieben. Außerdem steht noch zumindest eine weitere Gangstufe im Schaltgetriebe zur Verfügung, die bei Überführungsfahrten, also während der Fahrt der Erntemaschine vom Hof zum entsprechenden Getreide- oder Maisfeld genutzt wird. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Antriebseinheit natürlich auch für Baumaschinen verwendbar, die einen stufenlos verstellbaren Fahrantrieb aufweisen und primär in einer Gangstufe ihres Schaltgetriebes betrieben werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Bremseinrichtung als reibschlüssige Park- oder Servicebremse ausgebildet ist. Derartige Bremseinrichtungen sind beispielsweise an selbstfahrenden Erntemaschinen vorgesehen und werden in der Regel über eine elektronische Steuereinheit betätigt, so dass mit geringem zusätzlichem Aufwand erreicht werden kann, dass die Antriebseinheit mittels dieser Bremsen während eines Schaltvorgangs stillgesetzt wird.
Während einer Rückschaltung im Schaltgetriebe bei der Überwindung einer Steigung tritt, wie bereits dargelegt, eine Verspannung im Antriebsstrang auf, die auch bei stillgesetztem Fahrzeug und Reduktion des Abtriebsmoments an der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes eine Rückschaltung verhindert. Wenn das der Fall ist, so soll an zumindest einer der Verstelleinrichtungen des Hydromotors oder der Hydropumpe eine geringfügige Verstellung auf einen negativen Wert herbeigeführt werden. Es handelt sich dabei um eine Verstellung des hydrostatischen Getriebes in einen Schwenkwinkel seiner Hubscheibe für eine Rückwärtsfahrt der Arbeitsmaschine, die aber nur dazu führt, dass nach dem Stillstand der Arbeitsmaschine eine Verspannung der Schaltklauen der Klauenkupplung gelöst wird.
Weiterhin kann die Verstelleinrichtung ein hydraulisch betätigtes Stellelement aufweisen, das über ein elektrisch vorgesteuertes Wegeventil betätigbar ist. Dabei wird das Druckmittel für das Stellelement üblicherweise von einer konstant angetriebenen Hilfspumpe geliefert und über das elektrisch vorgesteuerte Wegeventil einem der beiden Druckräume des Stellelements zugeführt. Die entsprechende elektrische Ansteuerung des Wegeventils erfolgt über die elektronische Steuereinheit.
Die zuvor genannte selbsttätige Steuerung des Schaltablaufs lässt sich dadurch erzielen, dass die elektronische Steuereinheit mit einer Einrichtung zum Erfassen eines Ist-Wertes der eingelegten Gangstufe und zumindest eines Ist-Wertes eines Schwenkwinkels einer Schwenkscheibe der als Axialkolbeneinheit ausgebildeten Elemente des hydrostatischen Getriebes Hydropumpe und/oder Hydromotor versehen ist. Außerdem erfolgt eine Erfassung eines Ist-Wertes, der die jeweilige Stellung der Bremseinrichtung betrifft, und Übermittlung dieses Ist-Wertes an die elektronische Steuereinheit. Neben diesen Ist-Werten, die über entsprechende Sensoren erfasst werden, können von einer Schalthebeleinheit für die Einlegung einer Gangstufe im Schaltgetriebe entsprechende Soll-Werte an die elektronische Steuereinheit ausgegeben werden, die in dieser verarbeitet und als Soll-Werte an die Stellelemente der Verstelleinrichtung, an ein Stellelement an der Schaltkupplung und an die Bremseinrichtung weitergegeben werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Wechseln von Gangstufen in einem Schaltgetriebe eines stufenlos verstellbaren Fahrantriebes, insbesondere einer hydrostatisch-mechanischen Antriebseinheit eines Fahrantriebes, wobei ein Abtriebsmoment und eine Abtriebsdrehzahl an einem Abtriebsglied eines hydrostatischen Getriebes durch eine Verstellung eines Fördervolumens einer Hydropumpe und/oder durch eine Verstellung eines Schluckvolumens eines Hydromotors steuerbar sind bzw. ist, wobei das dem hydrostatischen Getriebe nachgeschaltete mechanische Schaltgetriebe in zumindest zwei Gangstufen schaltbar ist, und wobei sowohl die Verstellung der Hydropumpe und/oder des Hydromotors als auch die Schaltung der Gangstufen über eine elektronische Steuereinheit erfolgt.
Dabei soll während der Schaltung des Schaltgetriebes in eine Gangstufe mit höherer oder niedrigerer Übersetzung zunächst über eine von der elektronischen Steuereinheit das Fördervolumen der Hydropumpe und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors zur Reduzierung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und zur Erzielung einer Drehmomententlastung zwischen dem Abtriebsglied und dem Schaltgetriebe verstellt werden. Dann soll der Fahrantrieb über eine von der elektronischen Steuereinrichtung betätigte Bremseinrichtung bis zum Stillstand abgebremst werden. Dann wird das hydrostatische Getriebe soweit verstellt, vorzugsweise in seinen Bereich für eine Rückwärtsfahrt, dass eine Verspannung in der nicht synchronisierten Schaltkupplung aufgehoben wird. Anschließend wird die ohne Synchroneinrichtung ausgebildete Schaltkupplung aus ihrer aktuellen Stellung herausbewegt und in eine Stellung für eine zu schaltende Gangstufe eingerückt, woraufhin anschließend die Bremseinrichtung wieder gelöst wird. Schließlich verstellt die elektronische Steuereinrichtung die entsprechenden Stelleinrichtungen des hydrostatischen Getriebes wieder in der Weise, dass das Fördervolumen der Hydropumpe und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors wieder erhöht werden.
Dieser Verfahrensablauf findet zumindest bei jedem Herunterschalten im Schaltgetriebe statt. Eine Verstellung der entsprechenden Verstelleinheit des hydrostatischen Getriebes, die kurzfristig ein geringfügiges Drehmoment mit geänderter Drehrichtung auf die Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes ausgeübt, so dass die entsprechende Schaltkupplung aus ihrer Verspannung gelöst wird, wird natürlich nur dann erforderlich, wenn beim Befahren einer Steigung eine erhebliche Verspannung innerhalb der Klauenkupplung auftritt. Wenn das nicht der Fall ist, wird es ausreichen, das Drehmoment an der Klauenkupplung auf null abzusenken.
Schließlich kann in Weiterbildung des vorgenannten Verfahrens das Fördervolumen der Hydropumpe und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors wieder selbsttätig über die elektronische Steuereinheit erhöht werden, bis unter Berücksichtigung der geänderten Gangstufe die zuvor erzielte Geschwindigkeit erreicht wird. Das Ziel ist es demnach, trotz eines Gangwechsels nach Möglichkeit wieder die zuvor erzielte Fahrgeschwindigkeit zu erreichen. Nachdem die Steigung überwunden ist, kann wieder die Gangstufe eingelegt werden, mit der die Antriebseinheit vor dem Auftreten des Hindernisses betrieben wurde.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche oder der abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnungen durch die Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Patentansprüche nicht beschränken.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit mit einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen hydrostatischen Getriebe, dem ein Schaltgetriebe nachgeschaltet ist und
2 eine schematische Darstellung des in der Darstellung nach 1 verwendeten Hydromotors und seiner Verbindung mit einem Getriebeeingang sowie eine auf einer Getriebeeingangswelle angeordnete nicht synchronisierte Schaltkupplung.
In der 1 ist mit 1 eine Antriebseinheit eines nicht näher dargestellten Arbeitsfahrzeuges bezeichnet, welche im Wesentlichen aus einer Brennkraftmaschine 2, einem stufenlos verstellbaren Getriebe in Form eines hydrostatischen Getriebes 3 und einem Schaltgetriebe 4 besteht. Von dem Schaltgetriebe gehen beidseitig Antriebsachsen 5 und 6 aus, die jeweils mit Endantrieben 7 und 8 verbunden sind. Von diesen Endantrieben 7 und 8 führen wiederum Radantriebsachsen 9 und 10 zu Fahrzeugrädern 11 und 12.
Die Brennkraftmaschine 1 treibt dabei eine Hydropumpe 13 an, die innerhalb eines hydrostatischen Kreises 14 mit einem Hydromotor 15 verbunden ist. Dabei weist die Hydropumpe 13 eine Verstelleinrichtung 16 sowie ein Stellelement 17 auf. In der Darstellung nach 1 verfügt außerdem der Hydromotor 15 ebenfalls über eine mit 18 bezeichnete Verstelleinrichtung sowie ein damit in Verbindung stehendes Stellelement 19. Der Hydromotor 15 treibt eine Getriebeeingangswelle 20 des Schaltgetriebes 4 an und ist daher in der Darstellung nach 1 auf der Getriebeeingangswelle 20 angeordnet.
Die Antriebseinheit 1 wird dabei mittels einer elektronischen Steuereinheit 21 gesteuert, und steht zu diesem Zweck mit den Stellelementen 17 und 19 über Signalleitungen 22 und 23 für eine Soll-Wertverstellung mit diesen in Verbindung. Wie nachfolgend in 2 noch erläutert werden wird, handelt es sich dabei um eine elektro-hydraulische Betätigung der Stellelemente 17 und 19. Weiterhin stehen mit der elektronischen Steuereinheit 21 zwei Schalthebel 24 und 25 in Verbindung, von denen der Schalthebel 24 für eine Verstellung des Übersetzungsverhältnisses im hydrostatischen Getriebe 3 vorgesehen ist und mittels des Schalthebels 25 die jeweilige Gangstufe im Schaltgetriebe 4 gewählt wird, durch die das Fahrzeug in einer bestimmten Bereichsgruppe angetrieben wird. Es bestehen natürlich auch Möglichkeiten, diese beiden Schalthebel 24 und 25 zu einem gemeinsamen Schalt- und Wählhebel zusammenzufassen oder die Schaltung bzw. Steuerung des Schaltgetriebes 4 und des hydrostatischen Getriebes 3 zu automatisieren. Was die Steuerung des hydrostatischen Getriebes 3 anbelangt, kann auch eine Leistungsregelung vorgesehen sein, die unter Berücksichtigung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine die Antriebseinheit steuert.
Weiterhin sind an den Verstelleinrichtungen 16 und 18 Sensoren 26 und 27 vorgesehen, die über Signalleitungen 28 und 29 einen Ist-Wert für die Position der jeweiligen Verstelleinrichtung 16 und 18 an die elektronische Steuereinheit 21 übermitteln. Am Schaltgetriebe 4 ist ein Stellelement 30 angeordnet, das ebenfalls Ober Signalleitungen 31 und 32 für eine Soll-Wert- und Ist-Wert-Übertragung mit der elektronischen Steuereinheit 21 in Verbindung steht. Weiterhin ist am Schaltgetriebe 4 eine Parkbremse 33 angeordnet, die eine von der elektronischen Steuereinrichtung 21 gesteuerten Bremsbetätigung 34 aufweist. Zur Ansteuerung der Bremsbetätigung 34 und zu deren Überwachung sind ebenfalls wieder Signalleitungen 35 und 36 vorgesehen. Die Antriebseinheit 1 weist gemäß der 1 neben dieser Parkbremse 33 Servicebremsen 37 und 38 auf, die auf den Antriebsachsen 5 und 6 angeordnet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht auch die Möglichkeit, an diesen Servicebremsen 37 und 38 Bremsbetätigungen vorzusehen, die zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe von der elektronischen Steuereinheit 21 angesteuert werden. Diese Betätigung der Servicebremsen 37 und 38 kann alternativ zur Betätigung der Parkbremse 33 oder gemeinsam mit dieser erfolgen.
In der 2 sind im Bereich der zuvor beschriebenen Antriebsverbindung des hydrostatischen Getriebes 3 mit dem Schaltgetriebe 4 im Einzelnen die Verstelleinrichtung 18 des Hydromotors 15 sowie das Stellelement 19 für das Schaltgetriebe 4 dargestellt. Der Darstellung kann weiterhin entnommen werden, dass das Stellelement 19 über ein elektromagnetisch vorgesteuertes Wegeventil 39 verstellbar ist. Das Druckmittel für die entsprechende Verstellung wird über eine nicht näher dargestellte, konstant angetriebene Hilfspumpe geliefert. Weiterhin ist in der 2 eine als Klauenkupplung ausgebildete Schaltkupplung 40 dargestellt. Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit der 1 erläutert, steht der Hydromotor 15 abtriebsseitig mit der Getriebeeingangswelle 20 in Verbindung. Auf dieser Getriebeeingangswelle sind zwei Gangräder 41 und 42 frei drehbar gelagert. Die Getriebeeingangswelle 20 nimmt eine drehfest, aber axial verschiebbar auf dieser angeordnete Schiebemuffe 43 in einem zwischen den Gangrädern 41 und 42 liegenden Bereich auf. Die Schiebemuffe 43 ist dabei zumindest im Bereich ihrer axialen Enden mit Klauen 44 und 45 versehen, und zwar zweckmäßigerweise an ihrem inneren Umfang. Außerdem sind die beiden Gangräder 41 und 42 in einem in Richtung der Schiebemuffe 43 weisenden Bereich mit Klauen 46 und 47 versehen.
Die Gangräder 41 und 42 kämmen mit nicht näher dargestellten Zahnrädern, die vorzugsweise auf einer im Vorgelege zur Getriebeeingangswelle angeordneten Hauptwelle drehfest angeordnet sind. Diese Hauptwelle überträgt ein Abtriebsdrehmoment auf die in 1 dargestellten Abtriebsachsen 5 und 6. Weiterhin wird die Schaltkupplung 40 über das Stellelement 30 betätigt, indem dieses Stellelement die Schiebemuffe 43 aus ihrer Neutralstellung heraus in jeweils eine eingekuppelte Stellung bewegt, in der eine Gangstufe des Schaltgetriebes 4 eingelegt ist. In dieser Position der Schiebemuffe 43 greifen dann entweder die Klauen 44 der Schiebemuffe 43 in Klauen 46 des Gangrades 41 oder deren Klauen 45 in Klauen 47 des Gangrades 42 ein. Die Schiebemuffe wird dabei mittels des Stellelements 30 axial verschoben. Das Stellelement 30 steht mit einem Wegeventil 48 in Verbindung, welches über die elektronische Steuereinheit elektromagnetisch vorgesteuert ist.
Stellt der Fahrer eines selbstfahrenden Mähdreschers, in welchem die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 angeordnet ist, beim Befahren einer Straße fest, dass die Motorleistung der Brennkraftmaschine 2 nicht mehr ausreicht, um in der eingelegten Gangstufe des Schaltgetriebes 4 eine Steigung zu überwinden, so gibt der Fahrer mit dem Schalthebel 25 einen Schaltbefehl zur Schaltung des Schaltgetriebes 4 in dessen niedrigerer Gangstufe und aufgrund dieses Schaltbefehls wird folgender Vorgang ausgelöst:
Über die elektronische Steuereinheit 21 wird zur Einleitung eines Schaltvorgangs zunächst das hydrostatische Getriebe 3 soweit heruntergefahren, bis kein oder nur noch ein geringes Abtriebsdrehmoment auf die Getriebeeingangswelle 20 übertragen wird. Das geschieht durch eine selbsttätige Verstellung des Schwenkwinkels der Hydropumpe 15 oder des Hydromotors 16 bzw. durch die gleichzeitige Verstellung beider Elemente auf einen Schwenkwinkel von 0 Grad. Mit dem Erreichen dieses auf null reduzierten Abtriebsdrehmoments wird über die elektronische Steuereinheit 21 sowie die Bremsbetätigung 34 die Parkbremse 33 in ihren Bremszustand versetzt. Anschließend kann die elektronische Steuereinheit 21 über eine Verstellung des hydrostatischen Getriebes 3 ein geringes Drehmoment in umgekehrter Drehrichtung, also für eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs, auf die Getriebeeingangswelle 20 übertragen, so dass eine unter Umständen im Antriebsstrang, also zwischen den Klauen 44 und 46 oder 45 und 47 der Schaltkupplung 40, vorhandene Verspannung gelöst wird.
Anschließend erfolgt wiederum, ausgelöst durch die elektronische Steuereinheit 21, eine Schaltung über die Schaltkupplung 40 in die gewünschte Gangstufe. Schließlich kann über die elektronische Steuereinheit 21 das hydrostatische Getriebe über die entsprechenden Verstelleinrichtungen 16 und 18 wieder soweit verstellt werden, dass der selbstfahrende Mähdrescher ungefähr seine zuvor erzielte Geschwindigkeit wieder erreicht. Durch die zuvor beschriebene Ausbildung der Antriebseinheit und deren Steuerung mittels der elektronischen Steuereinheit 21 sowie der von ihr gesteuerten Komponenten wird somit eine komfortable Schaltung des Schaltgetriebes 4 eines Mähdreschers oder einer anderen Arbeitsmaschine erreicht, so dass der Fahrer, der diesen Ablauf bei einer Schaltung manuell vornehmen müsste, um das nicht synchronisierte Schaltgetriebe 4 herunterzuschalten, deutlich entlastet wird.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Brennkraftmaschine
3: hydrostatisches Getriebe
4: Schaltgetriebe
5: linke Antriebsachse
6: rechte Antriebsachse
7: linker Endantrieb
8: rechter Endantrieb
9: linke Radantriebsachse
10: rechte Radantriebsachse
11: linkes Fahrzeugrad
12: rechtes Fahrzeugrad
13: Hydropumpe
14: Hydraulischer Kreis
15: Hydromotor
16: Verstelleinrichtung von 13
17: Stellelement von 16
18: Verstelleinrichtung von 15
19: Stellelement von 18
20: Getriebeeingangswelle
21: Elektronische Steuereinheit
22: Signalleitung Soll-Wert
23: Signalleitung Soll-Wert
24: Schalthebel für 3
25: Schalthebel für 4
26: Sensor
27: Sensor
28: Signalleitung Ist-Wert
29: Signalleitung Ist-Wert
30: Stellelement
31: Signalleitung Soll-Wert
32: Signalleitung Ist-Wert
33: Parkbremse
34: Bremsbetätigung
35: Signalleitung
36: Signalleitung
37: Servicebremse
38: Servicebremse
39: Wegeventil
40: Schaltkupplung
41: Gangrad
42: Gangrad
43: Schiebemuffe
44: Klauen von 43
45: Klauen von 43
46: Klauen von 41 oder 42
47: Klauen von 41 oder 42
48: Wegeventil für 30

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4223846 C2 [0004, 0011]

Claims

Antriebseinheit (1) für einen Fahrantrieb mit einem von einer Brennkraftmaschine (2) antreibbaren, durch zumindest eine Verstelleinrichtung (16, 18) stufenlos verstellbares Getriebe (3) und mit einem diesem unmittelbar oder mittelbar nachgeschalteten mechanischen Schaltgetriebe (4), in welchem über eine Schalteinrichtung (40) zumindest zwei Gangstufen schaltbar sind, und mit einer sowohl mit der Verstelleinrichtung (16, 18) als auch der Schalteinrichtung (40) verbundenen elektronischen Steuereinheit (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Gangstufen des Schaltgetriebes (4) jeweils über nicht synchronisierte, formschlüssige Schaltkupplungen (43, 44, 45, 46, 47) schaltbar sind, und dass die elektronische Steuereinheit (21) mit einer während eines Schaltvorganges des Schaltgetriebes (4) betätigbaren Bremseinrichtung (33) und mit zumindest einer der Verstelleinrichtungen (16, 18) verbunden ist, wobei das stufenlos verstellbare Getriebe (3) durch die zumindest eine Verstelleinrichtung (16, 18) soweit verstellbarbar ist, dass eine Drehmomententlastung an einer Getriebeeingangswelle (20) des Schaltgetriebes (4) erzielbar ist.
Hydrostatisch-mechanische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (40) als Klauenkupplung ausgebildet ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlos verstellbare Getriebe als hydrostatisches Getriebe (3) ausgebildet ist, dessen Abtriebsdrehmoment und Abtriebsdrehzahl durch eine Veränderung eines Fördervolumens einer Hydropumpe (13) und/oder durch eine Veränderung eines Schluckvolumens eines Hydromotors (15) variierbar sind.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1) für einen Fahrantrieb einer selbstfahrenden Erntemaschine vorgesehen ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (21) mit einer Bremsbetätigung (34) der als reibschlüssige Park- oder Servicebremse (33, 37, 38) ausgebildeten Bremseinrichtung zusammenwirkt.
Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördervolumen der Hydropumpe (13) und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors (15) während eines Schaltvorganges mittels der Verstelleinrichtung (16, 18) auf null oder auf einen negativen Wert veränderbar sind bzw. ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (16, 18) und/oder eine Schiebemuffe (43) der Schalteinrichtung jeweils ein hydraulisch betätigbares Stellelement (17, 19, 30) aufweist, das jeweils über ein elektromagnetisch vorgesteuertes Wegeventil (39, 49) druckbeaufschlagbar ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (21) mit einer Einrichtung (31, 26, 27) zum Erfassen eines Istwertes der eingelegten Gangstufe und zumindest eines Istwertes eines Schwenkwinkels einer Schwenkscheibe der als Axialkolbeneinheit ausgebildeten Elemente des hydrostatischen Getriebes (3) Hydropumpe (13) und/oder Hydromotor (15) versehen ist.
Verfahren zum Wechseln von eingelegten Gangstufen in einem Schaltgetriebe (4) eines stufenlos verstellbaren Fahrantriebs, insbesondere einer hydrostatisch-mechanischen Antriebseinheit eines Fahrantriebes, wobei ein Abtriebsmoment und eine Abtriebsdrehzahl an einem Abtriebsglied eines hydrostatischen Getriebes (3) durch eine Verstellung eines Fördervolumens einer Hydropumpe (13) und/oder durch eine Verstellung eines Schluckvolumens eines Hydromotors (15) steuerbar sind bzw. ist, wobei das dem hydrostatischen Getriebe (3) nachgeschaltete mechanische Schaltgetriebe (4) in zumindest zwei unterschiedliche Gangstufen schaltbar ist, und wobei sowohl die Verstellung der Hydropumpe (13) und/oder des Hydromotors (15) als auch die Schaltung der Gangstufen über eine elektronische Steuereinheit (21) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schaltung des Schaltgetriebes (4) in eine Gangstufe mit niedrigerer Übersetzung zunächst das Fördervolumen der Hydropumpe (13) und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors (15) zur Erzielung einer Drehmomententlastung einer Getriebeeingangswelle (20) des Schaltgetriebes (4) und einer Reduzierung der Geschwindigkeit des Fahrantriebes verstellt werden, dass dann der Fahrantrieb über eine von der elektronischen Steuereinheit (21) betätigte Bremseinrichtung (33) bis zum Stillstand abgebremst wird, dass dann eine nicht synchronisierte Schaltkupplung (40) aus ihrer aktuellen Stellung heraus bewegt und in eine Stellung für eine zu schaltende Gangstufe verstellt wird, dass anschließend die Bremseinrichtung (33) gelöst wird und dass schließlich das Fördervolumen der Hydropumpe (13) und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors (15) wieder erhöht werden bzw. wird.
Verfahren zum Wechseln von Gangstufen in einem Schaltgetriebe einer hydrostatisch-mechanischen Antriebseinheit eines Fahrantriebes nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördervolumen der Hydropumpe (13) und/oder das Schluckvolumen des Hydromotors (15) wieder selbsttätig über die elektronische Steuereinheit (21) erhöht werden, bis unter Berücksichtigung der geänderten Gangstufe die zuvor erzielte Geschwindigkeit erreicht wird.