DE102011081763A1 - Drive arrangement for mobile work machine, has drive train with primary drive device, main transmission, auxiliary transmission, reversing transmission for reversion of rotation and power take-off - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung einer mobilen Arbeitsmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. The present invention relates to a drive arrangement of a mobile machine according to the closer defined in the preamble of
Aus der Fahrzeugtechnik sind Antriebsanordnungen von mobilen Arbeitsmaschinen, wie zum Beispiel Bau- und Landmaschinen, bekannt, die neben einer primären Antriebseinrichtung ein Hauptgetriebe am Antriebsstrang aufweisen. Bei mobilen Arbeitsmaschinen besteht ein Bedarf nach hoher Gangzahl, deshalb ist neben dem Hauptgetriebe bzw. Splitter, beispielsweise für kleinere Stufensprünge zusätzlich ein Gruppengetriebe für große Stufensprünge am Antriebsstrang vorgesehen. Um eine Drehrichtungsumkehr bzw. ein Reversieren bei der mobilen Arbeitsmaschine zu ermöglichen, ist zudem ein Wendegetriebe am Antriebsstrang vorgesehen. Des Weiteren weisen bekannte mobile Arbeitsmaschinen einen Nebenabtrieb, zum Beispiel in Form einer Zapfwelle als Nebenabtriebswelle zum Antrieb von Nebenaggregaten oder eine Arbeitshydraulik auf, mit der Elemente der Arbeitsmaschine betätigt werden. From automotive engineering drive assemblies of mobile machines, such as construction and agricultural machinery, are known, which in addition to a primary drive means having a main gear on the drive train. In mobile machines, there is a need for high number of gears, therefore, in addition to the main gear or splitter, for example, for smaller increments a group gear in addition to large increments on the drive train is provided. In order to enable a reversal of the direction of rotation or reversing in the mobile work machine, a reversing gear is also provided on the drive train. Furthermore, known mobile machines have a power take-off, for example in the form of a power take-off shaft as a power take-off shaft for driving ancillaries or a working hydraulics, are operated with the elements of the machine.
Es hat sich gezeigt, dass der Betrieb und die Funktionsweise bei den bekannten mobilen Arbeitsmaschinen mit der primären Antriebseinrichtung erheblich eingeschränkt sind. It has been found that the operation and the operation are considerably restricted in the known mobile machines with the primary drive means.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Antriebsanordnung einer mobilen Arbeitsmaschine der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche möglichst konstruktiv einfach aufgebaut ist und welche gleichzeitig eine optimale Unterstützung der Funktionsweise des Antriebsstranges der mobilen Arbeitsmaschine bei möglichst hohem Fahr- und Bedienkomfort gewährleistet. Accordingly, the present invention, the object of providing a drive assembly of a mobile machine of the type described above to propose, which is structurally simple as possible and which simultaneously ensures optimal support for the operation of the drive train of the mobile machine with the highest possible driving and ease of use.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen sowie der dazugehörigen Beschreibung. This object is achieved by the features of
Es wird eine Antriebsanordnung einer mobilen Arbeitsmaschine mit einem Antriebsstrang mit einer primären Antriebseinrichtung, zum Beispiel als Verbrennungsmotor, Brennstoffzelle oder dergleichen, und mit einem Hauptgetriebe bzw. Splitter oder dergleichen sowie mit zumindest einem Gruppengetriebe als vor- und/oder nachgeschaltete Bereichsgruppe zum Erweitern des vorhandenen Übersetzungsbereiches vorgeschlagen. Ferner sind ein Wendegetriebe zur Drehrichtungsumkehr und zumindest ein Nebenabtrieb an dem Antriebstrang der vorgeschlagenen Antriebsanordnung vorgesehen. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Antriebsanordnung eine sekundäre Antriebseinrichtung zum Unterstützen der Funktionsweise des Antriebsstranges bei der mobilen Arbeitsmaschine, welche abtriebsseitig an der primären Antriebseinrichtung und eingangsseitig des Hauptgetriebes an dem Antriebsstrang angeordnet ist. Mit der erfindungsgemäß gestalteten Antriebsanordnung kann somit durch zumindest eine zusätzliche sekundäre Antriebsquelle z. B. direkt hinter dem Verbrennungsmotor als primäre Antriebseinrichtung der Antriebsstrang derart erweitert werden, dass die Funktionsweise der Antriebsanordnung speziell auf die Bedürfnisse von mobilen Arbeitsmaschinen angepasst wird. It is a drive assembly of a mobile work machine with a drive train with a primary drive means, such as an internal combustion engine, fuel cell or the like, and with a main gear or splitter or the like and with at least one group transmission as a front and / or downstream area group for expanding the existing Translation range proposed. Furthermore, a reversing gear for reversing the direction of rotation and at least one power take-off are provided on the drive train of the proposed drive arrangement. In addition, the drive assembly according to the invention comprises a secondary drive means for supporting the operation of the drive train in the mobile work machine, which is arranged on the output side of the primary drive means and the input side of the main gear on the drive train. With the inventively designed drive arrangement can thus be achieved by at least one additional secondary drive source z. B. directly behind the engine as the primary drive means of the drive train can be extended so that the operation of the drive assembly is adapted specifically to the needs of mobile machines.
Vorzugsweise kann die sekundäre Antriebseinrichtung als elektrische Maschine ausgeführt werden, wobei bei der Verwendung eines elektrischen Antriebsmotors mit oder ohne Speichereinrichtung der Antriebsstrang zum Hybridsystem erweitert wird. Es ist auch denkbar, dass die elektrische Maschine als Generator zum Beispiel ohne elektrischen Speicher ausgeführt wird, um eine Elektrifizierung bzw. einen elektrischen Antrieb zu realisieren. Der elektrische Antrieb kann zum Beispiel zum Antrieb von Nebenverbrauchern an der mobilen Arbeitsmaschine oder auch außerhalb der mobilen Arbeitsmaschine, zum Beispiel zum Betrieb von Anbaugeräten oder dergleichen vorgesehen sein. Durch die Realisierung eines Hybrid- und/oder Generatorsystems am Antriebsstrang der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine kann die Funktionalität erheblich erweitert werden. Preferably, the secondary drive device can be designed as an electric machine, wherein when using an electric drive motor with or without storage device, the drive train is extended to the hybrid system. It is also conceivable that the electric machine is designed as a generator, for example without electric storage, in order to realize an electrification or an electric drive. The electric drive can be provided, for example, for driving auxiliary consumers on the mobile work machine or else outside the mobile work machine, for example for the operation of attachments or the like. By realizing a hybrid and / or generator system on the drive train of the work machine according to the invention, the functionality can be considerably expanded.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann die elektrische Maschine vorzugsweise unmittelbar zwischen dem als primäre Antriebseinrichtung ausgebildeten Verbrennungsmotor und dem Hauptgetriebe an dem Antriebstrang angeordnet sein. Auf diese Weise kann die vorgesehene elektrische Maschine zum Beispiel im Stillstand der Arbeitsmaschine als Generator arbeiten, während zum Beispiel eine der Kupplungen des Hauptgetriebes oder des Wendegetriebes geöffnet ist. Des Weiteren sind allgemeine Hybridfunktionen, wie zum Beispiel die Rekuperation, das Boosten und die Motorbetriebspunktverschiebung mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung darstellbar. According to a preferred embodiment of the present invention, the electric machine may preferably be arranged directly between the engine designed as a primary drive device and the main transmission on the drive train. In this way, the proposed electric machine can operate, for example, at standstill of the working machine as a generator, while, for example, one of the clutches of the main transmission or the reversing gear is open. Furthermore, general hybrid functions, such as, for example, recuperation, boosting and the engine operating point shift can be represented with the drive arrangement according to the invention.
Wenn die Wendeeinheit bzw. das Wendegetriebe zwischen dem Hauptgetriebe und einem Gruppengetriebe am Antriebsstrang angeordnet ist, ergibt sich der Vorteil, dass sowohl das Hauptgetriebe als auch das Gruppengetriebe separat voneinander gleichzeitig geschaltet werden können. Hierdurch ist deutlich weniger Reibarbeit notwendig, da die Trägheit der Maschinenelemente, wie Zahnräder, Kupplung, Synchronisierungen des jeweils anderen Getriebeteils nicht mitsynchronisiert werden müssen. If the reversing unit or the reversing gear is arranged between the main transmission and a group transmission on the drive train, there is the advantage that both the main transmission and the group transmission can be switched separately from each other simultaneously. As a result, significantly less friction work is necessary because the inertia of the machine elements, such as gears, clutch, synchronizations of the other gear part need not be synchronized.
Um im Rahmen der Hybridfunktionen ein rein elektrisches Fahren zu ermöglichen, kann beispielsweise zwischen der primären Antriebseinrichtung und der sekundären Antriebseinrichtung eine Trennkupplung oder dergleichen vorgesehen werden. Dadurch kann bei einer elektrischen Maschine mit elektrischem Speicher auch ein elektrisches Rangieren ermöglicht werden. Ferner kann die elektrische Maschine auch ein Abstützen beim Power-Shutteln realisieren, d.h. beim Reversieren ohne Zugkraftunterbrechung. Beim Abbremsen des Fahrzeuges kann die elektrische Maschine rekuperieren und die gewonnene Energie gespeichert werden. Darüber hinaus kann beispielsweise durch das Vorsehen einer Trennkupplung zwischen der sekundären Antriebseinrichtung und dem Hauptgetriebe eine Entkopplung der Antriebseinrichtungen von dem Getriebe erreicht werden. Dadurch ergeben sich nicht nur geringere Schleppverluste, sondern es ist auch möglich, einen Schwungstart des Verbrennungsmotors beispielsweise mithilfe der sekundären Antriebseinrichtung durchzuführen. In order to enable purely electric driving in the context of hybrid functions, can for example, between the primary drive means and the secondary drive means, a disconnect clutch or the like may be provided. As a result, electric shunting can also be enabled in an electric machine with electric storage. Furthermore, the electric machine can also realize a support during power-shuttling, ie when reversing without interruption of traction. When braking the vehicle, the electric machine can recuperate and the energy gained can be stored. In addition, for example, by providing a separating clutch between the secondary drive means and the main transmission decoupling of the drive means can be achieved by the transmission. This not only results in lower drag losses, but it is also possible to perform a swing start of the engine, for example by means of the secondary drive means.
Gemäß einer nächsten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Wendeeinheit bzw. das Wendegetriebe in Abtriebsrichtung vor dem Hauptgetriebe bzw. dem Splitter an dem Antriebstrang angeordnet ist. Da in diesem Fall die beiden Antriebseinrichtungen in Abtriebsrichtung vor dem Wendegetriebe angeordnet sind, ergeben sich vergleichsweise geringere Momente an den Kupplungen, so dass die Kupplungen des Wendegetriebes und des Hauptgetriebes entsprechend kleiner dimensioniert werden können. According to a next embodiment of the invention can be provided that the turning unit or the reversing gear is arranged in the output direction in front of the main gear or the splitter on the drive train. Since in this case the two drive devices are arranged in the output direction before the reversing gear, comparatively lower torques at the clutches result, so that the clutches of the reversing gear and the main gear can be dimensioned correspondingly smaller.
Als Hauptgetriebe und als Gruppengetriebe können beliebige Getriebesysteme, wie zum Beispiel Planetengetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, Synchrongetriebe oder dergleichen eingesetzt werden, wobei als Schaltelemente reibschlüssige, formschlüssige oder Synchronisierungen verwendet werden können. Vorzugsweise kann das Hauptgetriebe als Lastschaltgetriebe und die Gruppengetriebe mit Zugkraftunterbrechung als Synchrongetriebe oder ohne Zugkraftunterbrechung als Lastschaltgetriebe ausgeführt sein. Als Anfahrelement kann ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine zusätzliche Anfahrkupplung, eine integrierte Anfahrkupplung oder Anfahrbremse sowie eine Powershuttle-Einheit bzw. Powershuttlereversier-Einheit eingesetzt werden. As a main transmission and as a group transmission arbitrary transmission systems, such as planetary gear, dual-clutch transmission, synchromesh or the like can be used, which can be used as switching elements frictional, positive or synchronizing. Preferably, the main transmission can be designed as a power shift transmission and the group transmission with traction interruption as a synchromesh or without interruption of traction as powershift transmission. As a starting element, a hydrodynamic torque converter, a hydrodynamic clutch, an additional starting clutch, an integrated starting clutch or starting brake as well as a Powershuttle unit or Powershuttlereversier unit can be used.
Als Wendegetriebe kann bei der vorliegenden Erfindung beispielsweise ein Stirnradgetriebe mit einer Vorwärtswendekupplung zum Realisieren der Vorwärtsfahrt und mit einer Rückwärtswendekupplung zum Realisieren der Rückwärtsfahrt vorgesehen werden. Es ist ebenso möglich, dass das Wendegetriebe als Plusplanetengetriebe mit zumindest zwei Schaltelementen vorgesehen ist, wobei das Plusplanetengetriebe über eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle derart mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist, dass eine lastschaltfähige Drehrichtungsumkehr möglich ist. Darüber hinaus kann bei der vorliegenden Erfindung im Rahmen einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass das Wendegetriebe als Kegelradgetriebe mit zumindest zwei Schaltelementen ausgebildet ist, wobei das Kegelradgetriebe bzw. das Minusplanetengetriebe über die Eingangswelle und die Ausgangswelle derart mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist, dass wieder eine lastschaltfähige Drehrichtungsumkehr vorgesehen ist. As a reverse gear in the present invention, for example, a spur gear with a forward reversing clutch for realizing the forward drive and with a reverse clutch for realizing the reverse drive can be provided. It is also possible that the reversing gear is provided as a positive planetary gear with at least two switching elements, wherein the plus planetary gear is coupled via an input shaft and an output shaft to the drive train such that a load switchable reversal is possible. In addition, in the present invention may be provided in the context of a further embodiment that the reversing gear is formed as a bevel gear with at least two switching elements, the bevel gear or the negative planetary gear via the input shaft and the output shaft is so coupled to the drive train that again a load-reversible direction of rotation reversal is provided.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführung des Wendegetriebes können in Verbindung mit dem Hauptgetriebe und/oder mit den Gruppengetrieben für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt eine gleiche Anzahl aber auch eine unterschiedliche Anzahl an Übersetzungsstufen vorgesehen werden. Um dem Nebenabtrieb bauraumsparend an dem Antriebsstrang unterbringen zu können, kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass eine Nebenabtriebswelle, zum Beispiel eine Zapfwelle oder dergleichen, durch das Wendegetriebe hindurchgeführt wird. Die bei dem Wendegetriebe verwendeten Schaltelemente, wie zum Beispiel Bremsen oder Kupplungen können vorzugsweise als reibschlüssige Lamellenschaltelemente ausgeführt sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass formschlüssige Schaltelemente, wie zum Beispiel Klauenschaltelemente verwendet werden. Regardless of the particular embodiment of the reversing gear, an equal number but also a different number of gear ratios can be provided in conjunction with the main gear and / or with the group transmissions for forward and reverse. In order to accommodate the power take-off space-saving on the drive train, it may be provided, for example, that a power take-off shaft, for example, a PTO or the like, is passed through the reversing gear. The switching elements used in the reverse gear, such as brakes or clutches can preferably be designed as a frictional slats switching elements. However, it is also conceivable that form-locking switching elements, such as jaw switching elements are used.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen: Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to the drawings. Show it:
In den
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten umfasst die Antriebsanordnung einen Antriebsstrang mit einer primären Antriebseinrichtung, beispielsweise als Verbrennungsmotor VM, mit einem nicht weiter dargestellten Nebenabtrieb PTO beispielsweise mit einer Nebenabtriebswelle und/oder einer Arbeitshydraulik. Darüber hinaus ist eine sekundäre Antriebseinrichtung, beispielsweise als elektrische Maschine EM, an dem Antriebsstrang vorgesehen, wobei die elektrische Maschine EM bei beiden Ausführungsvarianten in Abtriebsrichtung unmittelbar hinter der primären Antriebseinrichtung bzw. des Verbrennungsmotors VM an dem Antriebsstrang angeordnet ist. Ferner sind ein Hauptgetriebe HG, beispielsweise als Lastschaltgetriebe, ein Wendegetriebe WG, zwei Gruppengetriebe G1 und G2, beispielsweise Bereichsgetriebe, wie beispielsweise Unter- oder Übersetzungsgetriebe ins Schnelle oder Langsame zum Realisieren von Kriechgängen, und ein Abtriebsdifferenzial
Je nach Einsatzgebiet kann die elektrische Maschine vorzugsweise als Motor oder Generator betrieben werden. Eine als Generator ausgeführte elektrische Maschine kann z. B. zum Antrieb von Nebenabtrieben verwendet werden. Die Pfeile bei dem Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM deuten die mögliche Richtung des übertragbaren Momentes, der übertragbaren Drehzahl oder der übertragbaren Energie zwischen dem Antriebsstrang und der jeweiligen Antriebseinrichtung an. Depending on the application, the electric machine can preferably be operated as a motor or generator. An executed as a generator electric machine can, for. B. be used to drive power take-offs. The arrows in the engine VM and the electric machine EM indicate the possible direction of the transmittable torque, the transmittable speed or the transmittable energy between the drive train and the respective drive device.
Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß
Im Unterschied zu
In
Im Unterschied zu
Bei der beispielhaften Ausführung als Stirnradgetriebe gemäß
Wenn bei dieser Ausführung die Vorwärtswendekupplung KV geschaltet bzw. geschlossen ist, wird die Eingangswelle
In
Ferner ist die Eingangswelle
Bei der in
Wenn bei dieser Ausführung die Vorwärtswendekupplung KV geschaltet ist, wird die Eingangswelle
In
Die Eingangswelle
Somit sind der Außenlamellenträger
Wenn bei dieser Ausführung die Vorwärtswendekupplung geschaltet ist, wird die Eingangswelle
Die
Bei der Ausführung gemäß
Wenn das zweite Schaltelement SE2 geschaltet wird, kann bei dem Plusplanetengetriebe ein so genannter Blockumlauf realisiert werden, im Rahmen dessen die Vorwärtsfahrt realisiert wird, indem die Eingangswelle
In
Wenn das zweite Schaltelement SE2 geschaltet wird, wird die Vorwärtsfahrt realisiert, da die Eingangswelle
In
Wenn das zweite Schaltelement SE2 geschaltet wird, ergibt sich ein so genannter Blockumlauf bei dem Plusplanetengetriebe, so dass die Vorwärtsfahrt realisiert wird. Dabei wird die Eingangswelle
Schließlich zeigt
Wenn das zweite Schaltelement SE2 geschaltet ist, wird die Vorwärtsfahrt realisiert, da die Ausgangswelle
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Abtriebsdifferential output differential
- 2 2
- Eingangswelle input shaft
- 3 3
- Ausgangswelle output shaft
- 4 4
- gemeinsamer Außenlamellenträger common outer disc carrier
- 5, 5A, 5B 5, 5A, 5B
- Innenlamellenträger der Vorwärtswendekupplung Inner disc carrier of the forward reversing clutch
- 6, 6A, 6B 6, 6A, 6B
- Innenlamellenträger der Rückwärtswendekupplung Inner disk carrier of the reverse-reverse clutch
- 7, 7A, 7B 7, 7A, 7B
- erste Vorgelegewelle first countershaft
- 8, 8A, 8B 8, 8A, 8B
- zweite Vorgelegewelle second countershaft
- 9 9
- Zwischenrad idler
- 10, 10A 10, 10A
- Außenlamellenträger der Vorwärtswendekupplung Outer plate carrier of the forward reversing clutch
- 11, 11A 11, 11A
- Außenlamellenträger der Rückwärtswendekupplung Outer plate carrier of the reverse-reverse clutch
- 12 12
- Gehäuse casing
- 13, 13B 13, 13B
- Hohlrad ring gear
- 14, 14A, 14B 14, 14A, 14B
- Planetenradträger planet
- 15, 15A, 15B 15, 15A, 15B
- Sonnenrad sun
- 16, 16A 16, 16A
- miteinander kämmende Planetenräder meshing planet gears
- 17 17
- Doppelplanetenrad double planet
- 18 18
- erstes Kegelrad first bevel gear
- 19 19
- zweites Kegelrad second bevel gear
- 20 20
- drittes Kegelrad third bevel gear
- 21 21
- Kegelradträger des dritten Kegelrades Bevel gear carrier of the third bevel gear
- VM VM
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- EM EM
- elektrische Maschine electric machine
- PTO PTO
- Nebenabtrieb PTO
- HG HG
- Hauptgetriebe main gearbox
- WG WG
- Wendegetriebe Reverse gear
- KV KV
- Vorwärtswendekupplung Forward reversing clutch
- KR KR
- Rückwärtswendekupplung Reverse reversing clutch
- K0 K0
- Trennkupplung separating clutch
- K1 K1
- Trennkupplung separating clutch
- G1 G1
- erstes Gruppengetriebe first group transmission
- G2 G2
- zweites Gruppengetriebe second group transmission
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-
2011
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