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Die Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei Leistungsverzweigungsgetrieben, die einen mechanischen Zweig und einen hydrostatischen Zweig haben, ist es bekannt, im hydrostatischen Zweig einen hydraulischen Speicher anzuordnen.
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In der Druckschrift
DE 10 2007 012 116 A1 ist ein derartiges Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem hydraulischen Kreis gezeigt, an den ein hydraulischer Speicher angeschlossen ist. Dieser dient der Energierückgewinnung.
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Zur Druckregelung werden gemäß dem Stand der Technik im hydrostatischen Zweig von Leistungsverzweigungsgetrieben Pumpendruckregelventile und Druckbegrenzungsventile an den Arbeitsleitungen vorgesehen. Pumpendruckregelventile sind bei unterschiedlicher Schwenkrichtungen der Pumpe allerdings nicht geeignet. Druckbegrenzungsventile erzeugen Verlustwärme, die thermisch schwer beherrschbar sein kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit hydrostatischem Zweig zu schaffen, dessen Regelung eine Sekundärregelung ermöglicht und die vorgenannten Nachteile vermeidet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit Speicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße – vorzugsweise eingangsgekoppelte – Leistungsverzweigungsgetriebe hat einen mechanischen Zweig und einen dazu parallel geschalteten hydrostatischen Zweig, der einen geschlossenen hydraulischen Kreis mit einer ersten Arbeitsleitung und mit einer zweiten Arbeitsleitung aufweist, von denen im Normalbetrieb eine Hochdruck und die andere Niederdruck führt. Dabei hat der Kreis zur Druckregelung einen Druckspeicher, der jeweils mit der Hochdruck führenden Arbeitsleitung verbindbar ist. Damit ist ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit hydrostatischem Zweig geschaffen, wobei die jeweils Hochdruck führende Arbeitsleitung durch die Zuschaltung des Druckspeichers hydraulisch weicher bzw. elastischer wird, so dass die Regelstrecke eine verringerte Dynamik aufweist, und eine Sekundärregelung möglich ist. Vorzugsweise ist der Druckspeicher stets mit der Hochdruck führenden Arbeitsleitung verbunden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Vorzugsweise hat der hydrostatische Zweig eine – insbesondere elektroproportional – verstellbare Hydropumpe und einen – insbesondere elektroproportional – verstellbaren Hydromotor.
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Der mechanische Zweig kann ein Planetengetriebe aufweisen. Über das Planetengetriebe kann die Zusammenführung der Leistung der beiden Zweige erfolgen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Eingangeskopplung der beiden Zweige ist die Hydropumpe mechanisch – insbesondere über Zahnräder – an ein Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt.
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Zur Zusammenführung der beiden Leistungsflüsse der beiden Zweige kann der Hydromotor mechanisch – insbesondere über kämmende Zähne – an ein Hohlrad des Planetengetriebes gekoppelt sein.
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Bei einer ersten bevorzugten Variante ist der Druckspeicher über ein erstes 2/2-Wege-Schaltventil an die erste Arbeitsleitung und über ein zweites 2/2-Wege-Schaltventil an die zweite Arbeitsleitung angeschlossen. Beide Ventile sind dabei Absperrventile, über die die jeweilige Hochdruck führende Arbeitsleitung mit dem Druckspeicher verbindbar ist, währen die Niederdruck führende Arbeitsleitung vom Druckspeicher getrennt wird.
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Bei einer zweiten bevorzugten Variante ist der Druckspeicher über ein gemeinsames 3/2-Wege-Schaltventil mit der jeweiligen Hochdruck führenden Arbeitsleitung verbindbar. Das 3/2-Wege-Schaltventil hat zwei definierte Schaltstellungen. In der ersten Schaltstellung ist der Druckspeicher mit der ersten Arbeitleitung verbunden und die Verbindung zur zweiten Arbeitsleitung ist abgesperrt. In der zweiten Schaltstellung ist der Druckspeicher mit der zweiten Arbeitsleitung verbunden und die Verbindung zur ersten Arbeitsleitung ist abgesperrt.
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Bei einer dritten bevorzugten Variante ist der Druckspeicher über ein gemeinsames 3/3-Wege-Schaltventil mit der jeweiligen Hochdruck führenden Arbeitsleitung verbindbar. Das 3/3-Wege-Schaltventil hat neben den beiden mit Bezug zum 3/2-Wege-Schaltventil genannten Schaltstellungen eine Grundstellung, in der alle Verbindungen zwischen dem Druckspeicher und den Arbeitsleitungen abgesperrt sind.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung hat der Hydromotor einen Steuerdruckanschluss, der jeweils über ein zum Steuerdruckanschluss öffnendes Rückschlagventil an die erste Arbeitsleitung und an die zweite Arbeitsleitung und an den Druckspeicher angeschlossen ist. Damit steht im Normalbetrieb Steuerdruckmittel aus der Hochdruck führenden Arbeitsleitung oder während eines Wechsels der Hochdruckseite Steuerdruckmittel aus dem Druckspeicher zur Verfügung. Dadurch ist eine unterbrechungsfreien Steuerdruckmittelversorgung des Hydromotors mit Hochdruck gegeben.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes hat verschiedene schaltbare Übersetzungen bzw. Gänge. Beim Schalten dieser Gänge können Momentenwechsel an den hydraulischen Maschinen des hydrostatischen Zweiges entstehen, die zu einem Wechsel des Hochdrucks von der einen in die andere Arbeitsleitung führen. Dieser Wechsel kann durch Umschalten der Verbindung des Druckspeichers von der einen zur anderen Arbeitsleitung beschleunigt werden.
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Zur Volumenkompensation kann der hydrostatische Zweig einen zweiten Druckspeicher aufweisen, der mit der Niederdruck führenden Arbeitsleitung verbindbar ist.
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Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben.
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Es zeigen
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1 einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes und
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2 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes.
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1 zeigt einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes. Es hat einen hydrostatischen Zweig 4 und einen mechanischen Zweig 5. Der hydrostatische Zweig 4 hat eine erste Arbeitsleitung 6 und eine zweite Arbeitsleitung 7, in die von einer durchschwenkbaren Verstellpumpe 8 wechselweise Druckmittel gefördert werden kann. Über die entsprechende Arbeitsleitung 6, 7 wird ein verstellbarer Hydromotor 10 mit Druckmittel versorgt. Der hydrostatische Zweig 4 ist als geschlossener hydraulischer Kreislauf ausgebildet, wobei die Verstellpumpe 8 von einer Antriebswelle 12 über eine Zahnradstufe angetrieben wird. Von der Antriebswelle 12 wird – ebenfalls über eine Zahnradstufe – ein Sonnenrad 14 eines Planetengetriebes 16 angetrieben. Über die gemeinsame Antriebswelle 12 und die beiden Zahnradstufen sind der hydrostatische Zweig 4 und der mechanische Zweig 5 eingangsgekoppelt.
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Ein Planetenträger
22 wird über eine Zahnradstufe und über ein Hohlrad
18 des Planetengetriebes
16 vom Verstellmotor
10 des hydrostatischen Zweiges
4 angetrieben. Der Planetenträger
22 wird auch über das Sonnenrad
14 des Planetengetriebes
16 angetrieben. Damit sind die „Ausgänge” des hydrostatischen Zweigs
4 und des mechanischen Zweigs
5 und deren Leistungsflüsse im Planetengetriebe
16 zusammengeführt. In einem Getriebe
20, das im Leistungsfluss zwischen dem Planetenträger
22 des Planetengetriebes
16 und einer Abriebeswelle
24 angeordnet ist, werden das Abtriebsmoment und die Drehzahl der Welle des Planetenträgers abschließend gewandelt. Anstelle des Getriebes
20 oder zusätzlich dazu kann in dem mechanischen Leistungszweig zwischen der Eingangskopplung und der Planetenstufe
16, also zwischen der entsprechenden eingangs angeordneten Zahnradstufe und dem Sonnenrad
14 des der Planetenstufe, ein mehrstufiges Getriebe angeordnet sein, wie dies zum Beispiel in der
DE 10 2009 031 382 A1 gezeigt ist. Wenn das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe in einem Fahrantrieb verbaut ist, wird die Antriebswelle
12 von einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor angetrieben, während die Abtriebswelle
24 ein oder mehrere Räder antreibt.
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Der geschlossene Kreis des hydrostatischen Zweiges 4 hat eine Speisepumpe 26, die ebenfalls über die Antriebswelle 12 angetrieben wird und aus einem Tank T bei Bedarf Ersatzdruckmittel für den geschlossenen Kreis ansaugt. Die Speisepumpe 26 ist über ein erstes Rückschlagventil 28 mit der ersten Arbeitsleitung 6 und über ein zweites Rückschlagventil 29 mit der zweiten Arbeitsleitung 7 verbunden. Somit kann das von der Speisepumpe 26 geförderte Ersatzdruckmittel bei Bedarf zur jeweiligen Niederdruck führenden Arbeitsleitung 6, 7 gefördert werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Druckspeicher 1 beim ersten Ausführungsbeispiel über ein erstes 2/2-Wege-Schaltventil 2 an die erste Arbeitsleitung 6 angeschlossen, während der Druckspeicher 1 über ein zweites 2/2-Wege-Schaltventil 3 an die zweite Arbeitsleitung 7 angeschlossen ist. Die beiden 2/2-Wege-Schaltventile 2, 3 sind jeweils in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung geschlossen, während sie in einer Schaltstellung vollständig geöffnet sind.
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Erfindungsgemäß wird jeweils dasjenige 2/2-Wege-Schaltventil 2, 3 geöffnet, das derjenigen Arbeitsleitung 6, 7 zugeordnet ist, die zum jeweils betrachteten Zeitpunkt Hochdruck führt. Dies hängt insbesondere davon ab, welche Drehrichtung des Hohlrades 18 gewünscht ist, und ob der hydrostatische Zweig 4 die Drehung des Hohlrades 18 beschleunigen oder verzögern soll.
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2 zeigt einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes. Die Leistungsverzweigung im Bereich der gemeinsamen Antriebswelle 12 und die Leistungszusammenführung im Bereich des Planetengetriebes 16 sowie das Getriebe 20 und die gemeinsame Abtriebswelle 24 entsprechen demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1.
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Ein hydrostatischer Zweig 104 hat die Verstellpumpe 8 und die beiden Arbeitsleitungen 6, 7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Verstellmotor 110 hat eine gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel geänderte Steuerölversorgung. Dabei besteht – neben der jeweiligen Versorgung aus der Hochdruck führenden Arbeitsleitung 6, 7 – zusätzlich die Möglichkeit, Steuerdruckmittel direkt aus dem Druckspeicher 1 über ein drittes Rückschlagventil 114 zur Verfügung zu stellen. Dies geschieht z. B. dann, wenn der Hochdruck von der einen Arbeitsleitung 6, 7 in die andere Arbeitsleitung 6, 7 umschlägt und daher kurzfristig die Steuerdruckmittelversorgung des Vertellmotors 110 verringert ist. Die Steuerdruckmittelversorgung ist über einen Knoten 116 realisiert, der mit einem Steuerdruckanschluss des Verstellmotors 110 verbunden ist. Der Knoten 116 ist über eine erste Zweigleitung mit der ersten Arbeitsleitung 6 und über eine zweite Zweigleitung mit der zweiten Arbeitsleitung 7 verbunden. Weiterhin ist der Knoten 116 über eine dritte Zweigleitung 118 mit dem Druckspeicher 1 verbunden. In allen drei Zweigleitungen ist jeweils ein zum Knoten 116 und damit zum Steuerdruckanschluss des Verstellmotors 110 öffnendes Rückschlagventil 114 angeordnet.
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Weiterhin ist im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 statt den beiden 2/2-Wege-Schaltventilen ein gemeinsames 3/3-Wege-Schaltventil 102 vorgesehen. in einer durch zwei Federn vorgespannten mittleren Grundstellung eines (nicht näher gezeigten) Ventilschiebers ist der Druckspeicher 1 von beiden Arbeitsleitungen 6, 7 getrennt. In einer ersten Schaltstellung ist der Druckspeicher 1 über eine Zweigleitung mit der ersten Arbeitsleitung 6 verbunden, während die Verbindung des Druckspeichers 1 zur zweiten Arbeitsleitung 7 abgesperrt ist. In einer zweiten Schaltstellung ist der Druckspeicher 1 über eine zweite Zweigleitung mit der zweiten Arbeitsleitung 7 verbunden, während der Druckspeicher 1 von der ersten Arbeitsleitung 6 getrennt ist.
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Die Dimensionierung des Druckspeichers 1 in beiden Ausführungsbeispielen erfolgt unter Berücksichtigung der Schwenkdynamik der Verstellpumpe 8, der geforderten Dynamik im Druckaufbau in den Arbeitsleitungen 6, 7, dem benötigten Volumen für die Füllung der Arbeitsleitungen 6, 7, des Druckaufbaus beim Druckumschlag und der Steuerdruckversorgung des Verstellmotors 110. Der Druckspeicher 1 kann z. B. ein Volumen von etwa einem Liter haben.
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Das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe gewährleistet auch bei Druckumschlag in den beiden Arbeitsleitungen 6, 7 durch Fahrbereichswechsel konstantes Abtriebsdrehmoment. Durch Umschalten beider 2/2-Wege-Schaltventile 2, 3 des ersten Ausführungsbeispiels bzw. durch Verstellen des 3/3-Wege-Schaltventils 102 des zweiten Ausführungsbeispiels von der einen zur anderen Schaltstellung kann der Hochdruck schnell und proaktiv der neuen Hochdruckleitung 6, 7 zugeordnet werden. Dies führt zu einem definierten Druckumschlag.
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Erfindungsgemäß ist durch den Druckspeicher 1 die Steifigkeit der Regelstrecke verringert, wodurch die Regelbarkeit des Systemdrucks verbessert ist.
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Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe eine Sekundärregelung und momentenbasierte Fahrstrategien, die insbesondere bei Hybridfahrzeugen vorteilhaft sind. Dabei kann der Verstellmotor 10, 110 abhängig vom Systemdruck der jeweiligen Arbeitsleitung 6, 7 über seinen Stellwinkel ein Moment am Hohlrad 18 des Planetengetriebes 16 zur Verfügung stellen, das direkt proportional zum Abtriebsdrehmoment an der Abtriebswelle 24 ist. Die Verstellpumpe 8 regelt dabei den Systemdruck in der jeweiligen Arbeitsleitung 6, 7, in dem sie Druckmittel aus der Hochdruck führenden Arbeitsleitung 6, 7 abführt oder dieser zuführt.
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Die Steuerdruckversorgung des Verstellmotors 110 über die drei Rückschlagventile 114 kann auch im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 vorgesehen sein.
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Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann ein weiterer Druckspeicher vorgesehen sein, der über zwei 2/2-Wege-Schaltventile (vgl. 1) oder über ein 3/3-Wege-Schaltventil (vgl. 2) an die beiden Arbeitsleitungen 6, 7 angeschlossen ist. Dieser weitere Druckspeicher dient der Volumenkompensation der in den ersten Druckspeicher 1 abgeführten oder aus dem Druckspeicher 1 zugeführten Druckmittelmenge.
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Offenbart ist ein Leistungsverzweigungsgetriebe – vorzugsweise eingangsgekoppeltes – Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem mechanischen Zweig und mit einem dazu parallel geschalteten hydrostatischen Zweig, der einen geschlossenen hydraulischen Kreis mit einer ersten Arbeitsleitung und mit einer zweiten Arbeitsleitung aufweist. Von den Arbeitsleitungen führt im Normalbetrieb eine Hochdruck und die andere Niederdruck. Dabei hat der Kreis zur Druckregelung einen Druckspeicher, der jeweils mit der Hochdruck führenden Arbeitsleitung verbindbar ist. Damit ist ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit hydraulischem Kreis geschaffen, wobei die jeweils Hochdruck führende Arbeitsleitung durch die – vorzugsweise ständige – Zuschaltung des Druckspeichers hydraulisch weicher bzw. elastischer wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007012116 A1 [0003]
- DE 102009031382 A1 [0024]
