-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen leistungsverzweigten Achsantrieb, insbesondere zur Verwendung in Arbeitsmaschinen. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungsverzweigten Achsantriebs.
-
Unter Arbeitsmaschinen sind dabei insbesondere Maschinen zu verstehen, die nach ihrer Bauart und ihren besonderen, mit dem Fahrzeug fest verbundenen Einrichtungen zur Verrichtung von Arbeiten, jedoch nicht zur Beförderung von Personen oder Gütern bestimmt und geeignet sind. Beispielsweise sind hierunter land- oder forstwirtschaftliche Maschinen oder auch Baumaschinen zu verstehen. Exemplarisch sind hier Ackerschlepper oder auch Traktoren zu nennen.
-
Unter leistungsverzweigt ist dabei zu verstehen, dass eine Eingangsleistung in mehrere Leistungszweige aufgeteilt wird. Die jeweiligen Leistungszweige können dabei jeweils mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder in einer Kombination der genannten Ausführungsformen dargestellt werden.
-
Die
DE 10 2007 021 732 A1 offenbart ein Antriebssystem für Fahrzeuge mit mindestens zwei antreibbaren Fahrzeugachsen, insbesondere für Nutzfahrzeuge und landwirtschaftliche Schlepper. Das Antriebssystem weist ein stufenlos verstellbares Getriebe ohne Zwischenachsdifferenzial mit mindestens einem ersten und einem zweiten Motor auf. Der erste Motor ist dabei mit einer ersten Fahrzeugachse verbunden und der zweite Motor ist mit einer zweiten Fahrzeugachse verbunden. Weiter weist das Antriebssystem eine Kupplung auf. Durch die Kupplung ist eine Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Fahrzeugachse herstellbar. Die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Kupplung ist in Abhängigkeit von einem Antriebszustand des Fahrzeugs einstellbar.
-
Die
DE 10 2005 044 181 A1 offenbart ein Antriebssystem für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug, vorzugsweise für einen Traktor. Das Antriebssystem umfasst mindestens einen elektrischen Generator und eine erste und eine zweite elektrische Maschine. Mit einem von einem Motor des Fahrzeugs erzeugten Drehmoment ist der mindestens eine elektrische Generator antreibbar. Mit der vom elektrischen Generator erzeugten elektrischen Energie ist mindestens eine der beiden elektrischen Maschinen antreibbar. Das von der ersten und/oder der zweiten elektrischen Maschine erzeugte mechanische Drehmoment ist auf mindestens eine Antriebsachse des Fahrzeugs zu dessen Fortbewegung übertragbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Antriebsachse lediglich von einer elektrischen Maschine antreibbar und eine andere Antriebsachse lediglich von der anderen elektrischen Maschine antreibbar. Hierdurch können die Räder der Vorderachse mit einer anderen Radumfangsgeschwindigkeit als die Räder der Hinterachse betrieben werden. Durch eine Erhöhung des Vorlaufs der Räder der Vorderachse kann somit der Wendekreis des Traktors verkleinert werden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen leistungsverzweigten Achsantrieb der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem ohne die Verwendung eines Längsdifferenzials mit einer Längsdifferenzialsperre durch ein regelbares Drehzahlverhältnis zwischen den Achsen des Fahrzeugs der Vorlauf einer der Fahrzeugachsen geregelt werden kann. Somit sollen insbesondere Verspannungen in dem Fahrzeug beziehungsweise erhöhter Verschleiß des Fahrzeugs, insbesondere bei Kurvenfahrten, reduziert werden.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Getriebe entsprechend dem Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Der leistungsverzweigte Achsantrieb umfasst bevorzugt wenigstens ein Hauptantriebselement, ein erstes Zusatzantriebselement, ein zweites Zusatzantriebselement, eine erste Fahrzeugachse, eine zweite Fahrzeugachse und ein Hauptgetriebe. Bevorzugt ist eine durch das Hauptantriebselement erzeugbare Rotationsbewegung beziehungsweise ein durch das Hauptantriebselement erzeugbares Drehmoment über eine erste Welle in das Hauptgetriebe und/oder das erste Zusatzantriebselement einleitbar. Durch die Rotationsbewegung beziehungsweise das Drehmoment des Hauptantriebselements ist wenigstens die erste Fahrzeugachse über das Hauptgetriebe antreibbar.
-
Bei dem Hauptantriebselement handelt es sich in bevorzugter Weise um eine Verbrennungskraftmaschinen, beispielsweise einen mit Gas, Benzin oder Dieselkraftstoff betriebenen Motor. Alternativ kann das Hauptantriebselement jedoch auch in Form einer elektrischen Maschine realisiert werden.
-
Bei dem ersten Zusatzantriebselement und dem zweiten Zusatzantriebselement handelt es sich bevorzugt um elektrische Maschinen. Darüber hinaus ist auch eine Ausführung in Form eines hydraulischen Antriebs, beispielsweise einem hydrostatischen Antriebselement, denkbar.
-
Bei der ersten Fahrzeugachse und der zweiten Fahrzeugachse handelt es sich um Fahrzeugachsen, welche antreibbar ausgeführt sein können. Darüber hinaus können sowohl die erste Fahrzeugachse und/oder die zweite Fahrzeugachse lenkbar ausgeführt sein.
-
Das Hauptgetriebe zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass eine Übersetzung der Drehzahl beziehungsweise des Drehmoments von einem Getriebeeingang zu einem Getriebeausgang stattfindet. Dabei ist der Getriebeeingang an einer Seite des Hauptgetriebes angeordnet, welche bevorzugt dem Hauptantriebselement zugewandt ist. Der Getriebeausgang befindet sich bevorzugt auf einer dem Getriebeeingang gegenüberliegenden Seite des Hauptgetriebes. Das Hauptgetriebe kann dabei als Stufenautomatgetriebe, als stufenloses Getriebe (CVT), als Handschaltgetriebe oder auch als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt sein.
-
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden.
-
Weiter bevorzugt weist der leistungsverzweigte Achsantrieb ein Leistungsverzweigungsgetriebe auf, welches bevorzugt über eine zweite Welle mit der ersten Fahrzeugachse und dem Hauptgetriebe verbunden ist. Über eine dritte Welle ist das Leistungsverzweigungsgetriebe bevorzugt mit dem zweiten Zusatzantriebselement verbunden und über eine vierte Welle bevorzugt mit der zweiten Fahrzeugachse verbunden. Bevorzugt wirkt das zweite Zusatzantriebselement auf das Leistungsverzweigungsgetriebe ein, wodurch bevorzugt ein Vorlauf der zweiten Fahrzeugachse regelbar ist.
-
Bei dem Leistungsverzweigungsgetriebe handelt es sich bevorzugt um ein Planetengetriebe beziehungsweise Umlaufrädergetriebe. Ein solches Planetengetriebe weist wenigstens drei Wellen. In einem Zwei-Wellen-Betrieb ist eine der Wellen festgesetzt, wodurch sich zwangsläufig die Drehung der nicht angetriebenen Welle ergibt. In einem Drei-Wellen-Betrieb arbeitet das Planetengetriebe als Summiergetriebe oder als Verteilergetriebe. Bei dem Summiergetriebe sind zwei Wellen treibend ausgeführt und eine Welle ist getrieben. Im Gegensatz ist bei einem Verteilergetriebe eine Welle treibend ausgeführt und zwei Wellen sind getrieben.
-
Bei einem Fahrzeug mit einer lenkbaren Vorderachse legen die Räder der Vorderachse eine größere Wegstrecke zurück als die Räder der Hinterachse des Fahrzeugs. Bei Fahrzeugen mit einem starren Allradantrieb, das heißt ohne ein Längsdifferenzial, ist ein konstantes Drehzahlverhältnis zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs eingestellt. Insbesondere bei Kurvenfahrten führt dies jedoch zu einer nachteiligen Lenkbarkeit des Traktors. Um dies zu verhindern beziehungsweise zu kompensieren wird im Fahrzeug ein konstruktiver Vorlauf vorgesehen. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Räder der lenkbaren Vorderachse eine höhere Radumfangsgeschwindigkeit aufweisen, als die Räder der nicht gelenkten Hinterachse.
-
Weiter bevorzugt sind das erste Zusatzantriebselement und das zweite Zusatzantriebselement jeweils sowohl generatorisch, als auch motorisch betreibbar. Im generatorischen Betrieb wirkt das Zusatzantriebselement beziehungsweise beide Zusatzantriebselemente bremsend, das heißt, dass eine mechanische Energie aus einer Rotationsbewegung beispielsweise in eine elektrische Energie umgewandelt wird. Im Gegensatz dazu wird im motorischen Betrieb der Zusatzantriebselemente Energie, insbesondere elektrische Energie, in die Zusatzantriebselemente eingespeist, wodurch eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment erzeugt wird, wodurch die Zusatzantriebselemente treibend wirken. Die beiden Zusatzantriebselemente können dabei gleichzeitig beide generatorisch betrieben werden, beide motorisch betrieben werden oder eines generatorisch oder eines motorisch betrieben werden.
-
Besonders bevorzugt wird das erste Zusatzantriebselement generatorisch betrieben, das heißt es erzeugt elektrische Energie, und stellt diese dem zweiten Zusatzantriebselement bereit, wobei das zweite Zusatzantriebelement bevorzugt motorisch betrieben wird.
-
Weiter weist der leistungsverzweigte Achsantrieb bevorzugt ein Speicherelement auf. Das Speicherelement zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es Energie aufnehmen, Energie speichern und Energie abgeben kann. Bevorzugt handelt es sich bei dem Speicherelement um eine Batterie, einen Akkumulator oder einen Kondensator zur Speicherung von elektrischer Energie. In weiteren Ausführungen sind jedoch auch Druckspeicher zum Speichern von komprimierten Gasen oder Fluiden oder kinetische Energiespeicher denkbar. Bei einem kinetischen Energiespeicher wird kinetische Energie beispielsweise in rotierenden Massen gespeichert.
-
Weiter bevorzugt ist zwischen dem zweiten Zusatzantriebselement und dem Leistungsverzweigungsgetriebe eine Bremse angeordnet.
-
Unter einer Bremse ist dabei bevorzugt ein reibschlüssiges Schaltelement zu verstehen, welches auf der einen Seiten mit einem feststehenden Element, beispielsweise einem Gehäuse oder einem Fahrzeugrahmen, und auf einer anderen Seite mit einem rotierbaren Element, beispielsweise einer Welle, verbunden ist. Dabei wird in der Regel über einen Aktuator eine Kraft auf die Verbindungsstelle eingeleitet, wodurch eine Reibkraft entsteht, durch welche beispielsweise eine Drehbewegung des drehbaren Bauteils gegen das feststehende Bauteil abgestützt und somit die Drehbewegung gehemmt beziehungsweise verhindert wird. Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Bremse eine geöffnete Bremse zu verstehen. Dies bedeutet, dass sich das rotierbare Bauteil im Freilauf befindet, das heißt, dass die Bremse bevorzugt keinen Einfluss auf die Drehzahl des rotierbaren Bauteils nimmt. Bei betätigter beziehungsweise geschlossener Bremse erfolgt eine Reduzierung der Drehzahl des rotierbaren Bauteils. Je nach Anwendung kann die Reduzierung der Drehzahl des rotierbaren Bauteils bis hin zum Stillstand erfolgen. Dies bedeutet dann, dass eine feste Verbindung zwischen dem rotierbaren Bauteil und dem feststehenden Bauteil herstellbar ist. Alternativ dazu sind auch Ausführungen denkbar, bei denen die Bremse im betätigten Zustand geöffnet und im nicht betätigten Zustand geschlossen ist.
-
In weiteren alternativen Ausführungsformen ist auch eine formschlüssige Bremse denkbar. Bei formschlüssigen Verbindungen erfolgt eine, beispielsweise drehfeste, Verbindung zweier Bauteile aufgrund des Eingriffs der Konturen der zu verbindenden Bauteile. Formschlüssige Verbindungen weisen insbesondere den Vorteil auf, dass sie bei vergleichsweise geringen Abmessungen und Gewicht hohe Kräfte und Momente übertragen können. Darüber hinaus ist die aufzubringende Energie für die Verbindungsherstellung wesentlich geringer, als bei reibschlüssigen Verbindungen, wodurch beispielsweise der Aktuator kleiner ausgelegt werden kann.
-
Der Aktuator zum Betätigen der Bremse kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgeführt sein.
-
Bevorzugt ist zwischen dem Hauptantriebselement und dem ersten Zusatzantriebselement beziehungsweise dem Hauptgetriebe eine erste Kupplung angeordnet.
-
Kupplungen beschreiben Schaltelemente, welche, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zulassen oder eine feste Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments beziehungsweise einer Drehbewegung bereitstellen. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweiter Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in eine entgegengesetzte Richtung rotiert. Bevorzugt handelt es sich bei den Kupplungen um reibschlüssige Elemente, wobei bevorzugt über einen Aktuator eine Kraft auf die Verbindungsstelle der beiden Bauteile eingeleitet wird, wodurch eine Reibkraft entsteht, durch welche eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment zwischen den zwei drehbeweglichen Bauteilen übertragbar ist.
-
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter beziehungsweise geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit gleicher Drehzahl in dieselbe Richtung.
-
In einer alternativen Ausführungsform sind die Kupplungen als formschlüssige Elemente ausgeführt.
-
Der Aktuator zur Betätigung der Kupplung kann dabei wie der Aktuator zur Betätigung der Bremse ausgeführt sein.
-
In der gerade beschriebenen Anordnung ist somit eine selektive Trennung beziehungsweise Verbindung des Hauptantriebselements zu dem leistungsverzweigten Achsantrieb herstellbar. Bei geöffneter erster Kupplung kann somit weder von dem Hauptantriebselement eine Rotationsbewegung in den leistungsverzweigten Achsantrieb eingeleitet werden, noch umgekehrt eine Rotationsbewegung aus dem leistungsverzweigten Achsantrieb in das Hauptantriebselement eingeleitet werden. Das Hauptantriebselement ist somit bei geöffneter erster Kupplung rotatorisch von dem leistungsverzweigten Achsantrieb getrennt.
-
Weiter bevorzugt ist zwischen dem Hauptgetriebe und dem Hauptantriebselement beziehungsweise dem ersten Zusatzantriebselement eine zweite Kupplung angeordnet.
-
Bei geöffneter zweiter Kupplung ist somit das Hauptgetriebe rotatorisch sowohl von dem Hauptantriebselement, als auch von dem ersten Zusatzantriebselement getrennt.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann die zweite Kupplung anstatt zwischen dem Hauptgetriebe und dem Hauptantriebselement beziehungsweise dem Hauptgetriebe und dem ersten Zusatzantriebselement auch auf einer Seite des Getriebeausgangs des Hauptgetriebes angeordnet sein. Bei geöffneter zweiter Kupplung ist in diesem Fall dann nicht der Getriebeeingang sondern der Getriebeausgang des Hauptgetriebes rotatorisch von dem Hauptantriebselement beziehungsweise dem ersten Zusatzantriebselement getrennt, was funktional gleichbedeutend mit der zuvor beschriebenen Anordnung identisch ist.
-
Alternativ dazu ist auch eine Anordnung ohne eine zweite Kupplung oder eine erste Kupplung denkbar, jedoch muss sich dabei das Hauptgetriebe in einer Neutralstellung befinden, um funktional den gleichen Effekt zu erzielen, wie eine geöffnete zweite Kupplung. Unter einer Neutralstellung des Hauptgetriebes ist dabei zu verstehen, dass zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang des Hauptgetriebes kein Kraftschluss vorliegt. Eine Drehbewegung des Getriebeeingangs wird somit nicht auf den Getriebeausgang übertragen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines leistungsverzweigten Achsantriebs vorgeschlagen. Dabei weist der leistungsverzweigte Achsantrieb wenigstens eine erste Fahrzeugachse, eine zweite Fahrzeugachse, ein Leistungsverzweigungsgetriebe und ein zweites Zusatzantriebselement auf. Bevorzugt umfasst das Verfahren einen Schritt des Einwirkens des zweiten Zusatzantriebselements auf das Leistungsverzweigungsgetriebe, wobei von dem zweiten Zusatzantriebselement ein Drehmoment beziehungsweise eine Rotationsbewegung in das Leistungsverzweigungsgetriebe eingeleitet wird, wodurch eine durch die erste Fahrzeugachse beziehungsweise ein Hauptgetriebe eingeleitete Rotationsbewegung beziehungsweise ein derart eingeleitetes Drehmoment überlagert wird, wodurch ein Vorlauf der zweiten Fahrzeugachse verändert wird. Die Veränderung des Vorlaufs kann dabei eine Erhöhung der Radumfangsgeschwindigkeit oder einer Reduzierung der Radumfangsgeschwindigkeit der zweiten Fahrzeugachse bewirken. Das Leistungsverzweigungsgetriebe kann so ausgelegt sein, dass die Änderung des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse ausschließlich durch eine Änderung der Drehzahl der durch das zweite Zusatzantriebselement eingeleiteten Rotationsbewegung erzielt wird, wobei die Drehrichtung der Rotationsbewegung und des zweiten Zusatzantriebselements selbst gleich bleibt. In einer weiteren Ausführungsform kann das Leistungsverzweigungsgetriebe so ausgelegt sein, dass für eine Änderung des Vorlaufs eine Richtungsumkehr der Drehrichtung der Rotationsbewegung beziehungsweise des zweiten Zusatzantriebselements stattfindet. Auch sind Fahrzustände denkbar, bei denen eine Kombination aus einer Anpassung der Drehzahl der durch das zweite Zusatzantriebselement eingeleiteten Rotationsbewegung und einer Richtungsumkehr der durch das zweite Zusatzantriebselement eingeleiteten Rotationsbewegung die Änderung des Vorlaufs bewirkt. Darüber hinaus können Fahrzustände auftreten, in denen keine Rotationsbewegung durch das zweite Zusatzantriebselement in das Leistungsverzweigungsgetriebe eingeleitet wird. Dies bewirkt ebenfalls eine Änderung des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse.
-
Überlagert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass, wie eingangs beschrieben, das Leistungsverzweigungsgetriebe im Drei-Wellen-Betrieb als Summiergetriebe betrieben wird. Unter der Erhöhung des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse ist dabei zu verstehen, dass die Drehzahl beziehungsweise die Radumfangsgeschwindigkeit der zweiten Fahrzeugachse im Vergleich zur ersten Fahrzeugachse weiter erhöht wird. Analog dazu ist unter einer Reduzierung des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse zu verstehen, dass die Drehzahl beziehungsweise Radumfangsgeschwindigkeit der zweiten Fahrzeugachse im Vergleich zur ersten Fahrzeugachse reduziert wird.
-
Bevorzugt erfolgt eine Drehbewegung des zweiten Zusatzantriebselements in die zweite Richtung entgegengesetzt zu einer Drehbewegung des zweiten Zusatzantriebselements in die erste Richtung. Unter der Verringerung des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse ist zu verstehen, dass die Drehzahl der zweiten Fahrzeugachse verringert wird.
-
Weiter bevorzugt wird ein Verfahren zum Betreiben eines leistungsverzweigten Achsantriebs vorgeschlagen, wobei der leistungsverzweigte Achsantrieb wenigstens eine erste Fahrzeugachse, eine zweite Fahrzeugachse, ein Leistungsverzweigungsgetriebe und ein zweites Zusatzantriebselement aufweist. Weiter bevorzugt umfasst das Verfahren einen Schritt des Sperrens einer dritten Welle, wobei das Sperren der dritten Welle bevorzugt entweder durch das Schließen einer Bremse oder durch das Bereitstellen eines äquivalenten Drehmoments durch das zweite Zusatzantriebselement erfolgt. Dadurch ist bevorzugt das Leistungsverzweigungsgetriebe derart gesperrt, dass das Leistungsverzweigungsgetriebe eine starre Verbindung zwischen der ersten Fahrzeugachse und der zweiten Fahrzeugachse darstellt.
-
Unter dem Sperren der dritten Welle ist zu verstehen, dass diese rotatorisch festgesetzt wird, das heißt, dass diese keine Rotationsbewegung ausüben kann. In dem hier vorliegenden Fall ist unter dem Schließen einer Bremse beziehungsweise einer geschlossenen Bremse zu verstehen, dass durch die Bremse eine Verbindung zu der dritten Welle in der Art hergestellt wird, dass eine Rotation der dritten Welle verhindert wird.
-
Unter einem äquivalenten Drehmoment ist zu verstehen, dass von dem zweiten Zusatzantriebselement ein Drehmoment bereit gestellt wird, welches so eingestellt ist, dass die dritte Welle sich nicht bewegt, durch das äquivalente Drehmoment des zweiten Zusatzantriebselement somit die gleiche Wirkung erzeugt wird, wie mit einer geschlossenen Bremse.
-
Unter einer starren Verbindung ist dabei zu verstehen, das Rotationsbewegungen von der ersten Fahrzeugachse unter einem festen Übersetzungsverhältnis in die zweite Achse eingeleitet werden und umgekehrt. Dies ist beispielsweise mit der Funktion eines gesperrten Längsdifferenzials zwischen der ersten Fahrzeugachse und der zweiten Fahrzeugachse oder einem starren Allradantrieb gleich zu setzen.
-
Weiter bevorzugt wird ein Verfahren zum Betreiben eines leistungsverzweigten Achsantriebs vorgeschlagen, wobei der leistungsverzweigte Achsantrieb wenigstens eine erste Fahrzeugachse, eine zweite Fahrzeugachse, ein Leistungsverzweigungsgetriebe und ein zweites Zusatzantriebselement aufweist. Bevorzugt umfasst das Verfahren einen Schritt des Regelns des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse in Abhängigkeit eines Lenkwinkels einer der Fahrzeugachsen beziehungsweise beider Fahrzeugachsen zueinander.
-
Unter einem Lenkwinkel ist dabei ein Winkel der Räder einer lenkbaren Achse zu den Rädern einer nicht lenkbaren Achse beziehungsweise zu einer Längsachse eines Fahrzeugs zu verstehen.
-
Unter dem Regeln des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse in Abhängigkeit eines Lenkwinkels einer der Fahrzeugachsen beziehungsweise beider Fahrzeugachsen zueinander ist dabei zu verstehen, dass mit einer Lenkwinkeländerung auch eine Änderung des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse einhergeht. Dabei kann der Vorlauf bedarfsgerecht, wie eingangs beschrieben, erhöht oder verringert werden.
-
Die Änderung des Vorlaufs kann jedoch auch von weiteren Parametern, beispielsweise der Bodenbeschaffenheit oder den Witterungsbedingungen, abhängig sein. Eine Änderung des Vorlaufs kann hierbei durch eine adäquate Steuerung und Regelung automatisiert erfolgen oder durch den Bediener mittels eines Eingabegeräts manuell vorgenommen werden.
-
Dabei sind Anordnungen denkbar, bei denen nur eine der zwei Fahrzeugachsen lenkbar ist oder bei denen beide Fahrzeugachsen, beispielsweise in Form einer Allradlenkung, lenkbar sind.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arbeitsmaschine umfassend einen leistungsverzweigten Achsantrieb der eingangs genannten Art vorgeschlagen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Achsantriebs;
-
2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Achsantriebs;
-
3: eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Achsantriebs;
-
4: eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Achsantriebs.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform des leistungsverzweigten Achsantriebs 1. Dabei ist ein Hauptantriebselement 2 über eine erste Welle W1 mit einem ersten Zusatzantriebselement 3 und einem Hauptgetriebe 7 verbunden. Durch das Hauptantriebselement 2 ist eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment erzeugbar, welches über die erste Welle 1 in das erste Zusatzantriebselement 3 und das Hauptgetriebe 7 einleitbar ist. Das Hauptgetriebe 7 ist weiter über eine zweite Welle W2 mit einer ersten Fahrzeugachse 5 und einem Leistungsverzweigungsgetriebe 8 verbunden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 8 ist über eine dritte Welle W3 mit einem zweiten Zusatzantriebselement 4 und über eine vierte Welle W4 mit einer zweiten Fahrzeugachse 6 verbunden.
-
Durch die Wellen W1, W2, W3, W4 sind die jeweiligen Bauteile mechanisch miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass bevorzugt Rotationsbewegungen beziehungsweise Drehmomente durch die Wellen W1, W2, W3, W4 übertragbar sind. Das erste Zusatzantriebselement 3 ist über eine Verbindungsleitung V mit einem Nebenabtrieb 13, einem Speicherelement 9 und dem zweiten Zusatzantriebselement 4 leistungselektronisch verbunden. Unter einer leistungselektronischen Verbindung ist zu verstehen, dass erzeugte elektrische Energie beziehungsweise gespeicherte elektrische Energie dem Speicherelement 9 zugeführt oder entnommen oder den Verbrauchern, beispielsweise dem ersten Zusatzantriebselement 3, dem Nebenabtrieb 13 oder dem zweiten Zusatzelement 4 durch die Verbindungsleitung V zugeführt werden kann. Der Nebenabtrieb 13 und das Speicherelement 9 sind dabei optional vorgesehen. Dies bedeutet, dass nicht zwingend ein Nebenabtrieb 13 vorgesehen sein muss. Darüber hinaus sind jedoch auch Ausführungen mit mehr als einem Nebenabtrieb 13 denkbar. Das Speicherelement 9 stellt ebenfalls eine optionale Komponente dar. Es dient zur Speicherung von Energie, beispielsweise elektrischer Energie, welche im aktuellen Betriebszustand erzeugt wird, jedoch keine Verwendung findet. In Betriebszuständen mit einem hohen Energiebedarf kann dann die gespeicherte Energie bereitgestellt werden. Es sind jedoch auch Ausführungen von leistungsverzweigten Achsantrieben 1 denkbar, bei denen nur dann Energie entnommen oder erzeugt wird, wenn diese, beispielsweise für den direkten Betrieb des ersten Zusatzantriebselements 3, des Nebenabtriebs 13 und/oder des zweiten Zusatzantriebselements 4 benötigt wird.
-
Nicht gezeigt wird in der 1 ein Steuergerät, welches signalübertragend zumindest mit dem ersten Zusatzantriebselement 3, dem Nebenabtrieb 13, dem Speicherelement 9 und dem zweiten Zusatzantriebselement 4 verbunden ist. Unter einer signalübertragenden Verbindung ist dabei zu verstehen, dass ein Austausch von Signalen zwischen den signalübertragend verbundenen Bauteilen stattfindet, wobei die Signale in dem nicht gezeigten Steuergerät verarbeitet werden und somit zur Steuerung beziehungsweise Regelung und Ansteuerung der signalübertragend miteinander verbundenen Bauteile dienen. Insbesondere erfolgt so eine Regelung des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse 6, beispielsweise unter Berücksichtigung eines aktuell anliegenden Lenkwinkels während einer Kurvenfahrt.
-
Im Fahrbetrieb erzeugt das Hauptantriebselement 2 eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment, welches durch die erste Welle W1 in das erste Zusatzantriebselement 3 und das Hauptgetriebe 7 eingeleitet wird. Das erste Zusatzantriebselement 3 wird in diesem Fall generatorisch betrieben, das heißt, dass die durch die erste Welle W1 eingeleitete Energie in Form der Drehbewegung in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese elektrische Energie kann zum Betreiben des (elektrischen) Nebenabtriebs 13 verwendet werden, überschüssige elektrische Energie kann in dem optionalen Speicherelement 9 gespeichert werden beziehungsweise, soweit dies der Fahrzustand erfordert, kann das zweite Zusatzantriebselement 4 motorisch betrieben werden, um den Vorlauf der zweiten Fahrzeugachse 6 zu erhöhen. Die in das Hauptgetriebe 7 eingeleitete Drehbewegung beziehungsweise das in das Hauptgetriebe 7 eingeleitete Drehmoment erfährt in dem Hauptgetriebe 7 eine Übersetzung, soweit eine Gangstufe beziehungsweise eine Fahrstufe eingelegt ist. Der Ort, an dem eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment in das Hauptgetriebe 7 eingeleitet wird, wird als Getriebeeingang eingezeichnet, wobei der Ort, an dem unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses eine resultierende Drehbewegung beziehungsweise ein resultierendes Drehmoment anliegt wird als Getriebeausgang bezeichnet. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind Getriebeeingang und Getriebeausgang des Hauptgetriebes 7 einander gegenüberliegend angeordnet.
-
Die bei eingelegter Gangstufe beziehungsweise Fahrstufe vorliegende Drehbewegung beziehungsweise das vorliegende Drehmoment am Getriebeausgang des Hauptgetriebes 7 wird über die zweite Welle W2 in die erste Fahrzeugachse 5 eingeleitet. Darüber hinaus wird diese Drehbewegung beziehungsweise dieses Drehmoment über die zweite Welle W2 weiter in das Leistungsverzweigungsgetriebe 8 eingeleitet.
-
Das Leistungsverzweigungsgetriebe 8 ist im vorliegenden Fall als Planetengetriebe ausgeführt. In vorteilhafter Weise ist ein Hohlrad des Leistungsverzweigungsgetriebes 8 mit der zweiten Welle W2 verbunden, ein Planetenträger beziehungsweise ein Steg des Leistungsverzweigungsgetriebes 8 mit der zweiten Fahrzeugachse 6 verbunden und ein Sonnenrad des Leistungsverzweigungsgetriebes 8 mit dem zweiten Zusatzantriebselement 4 verbunden.
-
Soweit sich das Hauptgetriebe 7 in einer Neutralstellung befindet, wird keine Drehbewegung des Hauptantriebselements 2 auf die zweite Welle W2 übertragen. Vielmehr wird dann die Drehbewegung ausschließlich über die erste Welle W1 in das erste Zusatzantriebselement 3 eingeleitet. Soweit dieses generatorisch betrieben wird, wird elektrische Energie erzeugt. Diese kann dann abermals zum Betreiben des Nebenabtriebs 13 verwendet oder in dem Speicherelement 9 gespeichert werden. Vorteilhaft ist das Leistungsverzweigungsgetriebe 8 so ausgeführt, dass die Drehzahl des zweiten Zusatzantriebselements 4 in den meisten Betriebspunkten nahe Null ist und somit ein möglichst geringer Leistungsanteil elektrisch übertragen werden muss. Weiter hat dies vorteilhaft zur Folge, dass dadurch beide Drehrichtungen (erste Richtung, zweite Richtung) des zweiten Zusatzantriebselements 4 genutzt werden können, um somit einen größeren Regelbereich des Vorlaufs der zweiten Fahrzeugachse 6 zu erzielen.
-
Zum Laden des Speicherelements 9 können beispielsweise auch das erste Zusatzantriebselement 3 und das zweite Zusatzantriebselement 4 im Schubbetrieb generatorisch betrieben werden. Hierbei wird durch die Fahrzeugachsen 5, 6 eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment in das Leistungsverzweigungsgetriebe 8 und das Hauptgetriebe 7 eingeleitet, und über die erste Welle W1 wird eine Drehbewegung in das erste Zusatzantriebselement 3 eingeleitet und über die dritte Welle W3 wird eine Drehbewegung in das zweite Zusatzantriebselement 4 eingeleitet. Das Speicherelement 9 und der Nebenabtrieb 13 sind dabei optional in dieser Anordnung, lediglich das gerade beschriebene Rekuperieren des Schubbetriebs des Fahrzeugs durch den generatorischen Betrieb bei den Zusatzantriebselementen 3, 4 entfällt.
-
Soweit an dem zweiten Zusatzantriebselement 4 kein Drehmoment abstützt wird, das heißt kein Drehmoment erzeugt wird, stellen sich die Achsdrehzahlen der ersten Fahrzeugachse 5 und der zweiten Fahrzeugachse 6 wie bei einem Allradsystem mit geöffnetem Längsdifferenzial beziehungsweise mit geöffneter Allradkupplung oder einem rein an einer Achse (hier die erste Fahrzeugachse 5) angetriebenem Fahrzeug ein. Das zweite Zusatzantriebselement 4 befindet sich in diesem Zustand dann in einem Freilauf.
-
Durch eine Drehmomentregelung des zweiten Zusatzantriebselements 4 kann eine Längsdifferenzialfunktion mit variabler Drehmomentverteilung zwischen der ersten Fahrzeugachse 5 und der zweiten Fahrzeugachse 6 dargestellt werden. Eingangsdaten hierfür können beispielsweise die Drehmomente an dem Hauptantriebselement 2 und dem ersten Zusatzantriebselement 3 und/oder die Drehzahlen der Fahrzeugachsen 5, 6 sein. Hierdurch kann die Traktion des Fahrzeugs situationsbedingt verbessert werden. Bei einem konstanten Drehmomentverhältnis zwischen den Fahrzeugachsen 5, 6 kann eine Längsdifferenzialfunktion mit konstanter Dehmomentverteilung dargestellt werden. Durch die Regelung der Drehmomentverteilung können die Fahreigenschaften des Fahrzeugs gezielt geregelt und den jeweiligen Umgebungsbedingungen angepasst werden.
-
Durch die entsprechende Ansteuerung des zweiten Zusatzantriebselements 4 kann somit auch im Bremsbetrieb eine Verteilung der Bremsleistung zwischen den Fahrzeugachsen 5, 6 realisiert werden.
-
Das erste Zusatzantriebselement 3 kann zusätzlich zu der durch das Hauptantriebselement 2 eingeleiteten Drehbewegung beziehungsweise dem eingeleiteten Drehmoment ebenfalls eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment einleiten, soweit das erste Zusatzantriebselement 3 motorisch betrieben wird. Somit kann beispielsweise kurzzeitig eine Erhöhung der Antriebsleistung erfolgen, soweit dies durch den jeweiligen Fahrzustand erforderlich ist.
-
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des leistungsverzweigten Achsantriebs 1 in einer schematischen Darstellung. Diese unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass zwischen dem zweiten Zusatzantriebselement 4 und dem Leistungsverzweigungsgetriebe 8 eine Bremse 10 angeordnet ist. Die Bremse 10 ist auf einer Seite mit der dritten Welle W3 verbunden und auf einer anderen Seite mit einem Gehäuse G verbunden. Hierdurch kann die dritte Welle W3 in Bezug auf eine Rotationsbewegung gehemmt beziehungsweise gegen das Gehäuse G festgesetzt werden. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn, wie bereits oben beschrieben, ein Fahrzustand gewünscht ist, bei dem eine starre Verbindung zwischen den beiden Fahrzeugachsen 5, 6 erforderlich ist. In diesem Fall muss das zweite Zusatzantriebselement 4 nicht permanent einen Gegenmoment aufbauen und somit elektrische Energie verbrauchen. In den übrigen Merkmalen entspricht die in 2 dargestellte Ausführungsform der in 1 beschriebenen Ausführungsform.
-
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des leistungsverzweigten Achsantriebs 1 in einer schematischen Darstellung. Die hier gezeigte Darstellung entspricht weitgehend der in 1 beschriebenen Ausführungsform. Sie unterscheidet sich lediglich dadurch, dass die hier gezeigte Ausführungsform zusätzlich über eine erste Kupplung 11 und eine zweite Kupplung 12 verfügt.
-
Die erste Kupplung 11 ist dabei nahe dem Hauptantriebselement 2 auf der ersten Welle W1 angeordnet. Dabei hat dies zur Folge, dass bei geöffneter erster Kupplung 11 das Hauptantriebselement 2 von dem leistungsverzweigten Achsantrieb entkoppelt ist, das heißt, dass von dem Hauptantriebselement 2 weder eine Rotationsbewegung in das erste Zusatzantriebselement 3, noch in das Hauptgetriebe 7 beziehungsweise umgekehrt eingeleitet werden kann. In diesem Fall wäre demnach lediglich ein rein elektrischer Fahrzustand durch das motorische Betreiben des ersten Zusatzantriebselements 3 und/oder des zweiten Zusatzantriebselements 4 realisierbar. Im Schubbetrieb könnte bei generatorischen Betrieb der Zusatzantriebselemente 3, 4 Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt und in dem Speicherelement 9 gespeichert werden.
-
Die zweite Kupplung 12 ist nahe dem Hauptgetriebe 7 entlang der ersten Welle W1 angeordnet. Bei geöffneter zweiter Kupplung 12 ist dabei das Hauptgetriebe 7 von einer durch das Hauptantriebselement 2 und/oder das erste Zusatzantriebselement 3 erzeugten Drehbewegung entkoppelt. Dies bedeutet, dass ein mechanisch eingeleiteter Vortrieb über das Hauptgetriebe 7 nicht darstellbar ist. Darüber hinaus kann bei ausgeschaltetem Hauptantriebselement 2 und geöffneter zweiter Kupplung 12 und geschlossener erster Kupplung 11 das Hauptantriebselement 2 durch motorischen Betrieb des ersten Zusatzantriebselements 3 gestartet werden.
-
4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform des leistungsverzweigten Achsantriebs 1. Dabei unterscheidet sich die in 4 gezeigte Ausführungsform von der in 1 gezeigten Ausführungsform darin, dass der hier gezeigte leistungsverzweigte Achsantrieb weiter ein drittes Zusatzantriebselement 14, ein zweites Leistungsverzweigungsgetriebe 15 und eine dritte Fahrzeugachse 16 aufweist.
-
Dabei ist das zweite Leistungsverzweigungsgetriebe 15 über die zweite Welle W2 mit dem Leistungsverzweigungsgetriebe 8, der ersten Fahrzeugachse 5 und dem Getriebeausgang des Hauptgetriebes 7 verbunden. Weiter ist das zweite Leistungsverzweigungsgetriebe 15 über eine fünfte Welle W5 mit dem dritten Zusatzantriebselement 14 verbunden. Über eine sechste Welle W6 ist das zweite Leistungsverzweigungsgetriebe 15 mit der dritten Fahrzeugachse 16 verbunden. Das dritte Zusatzantriebselement 14 ist weiter über die Verbindungsleitung V leistungselektronisch mit dem Speicherelement 9, dem zweiten Zusatzantriebselement 4, dem Nebenabtrieb 13 und dem ersten Zusatzantriebselement 3 verbunden. Darüber hinaus ist das dritte Zusatzantriebselement 14 ebenfalls signalübertragend mit dem nicht gezeigten Steuergerät verbunden.
-
Mit der in 4 gezeigten Erweiterung (drittes Zusatzantriebselement 14, fünfte Welle W5, zweites Leistungsverzweigungsgetriebe 15, sechste Welle W6 und dritte Fahrzeugachse 16) sind die gleichen Funktionen darstellbar, wie mit den in 1 beschriebenen und ähnlich angeordneten Elementen (zweites Antriebselement 4, Leistungsverzweigungsgetriebe 8, dritte Welle W3, vierte Welle W4 und zweite Fahrzeugachse 6).
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Leistungsverzweigter Achsantrieb
- 2
- Hauptantriebselement
- 3
- Erstes Zusatzantriebselement
- 4
- Zweites Zusatzantriebselement
- 5
- Erste Fahrzeugachse
- 6
- Zweite Fahrzeugachse
- 7
- Hauptgetriebe
- 8
- Leistungsverzweigungsgetriebe
- 9
- Speicherelement
- 10
- Bremse
- 11
- Erste Kupplung
- 12
- Zweite Kupplung
- 13
- Nebenabtrieb
- 14
- Drittes Zusatzantriebselement
- 15
- Zweites Leistungsverzweigungsgetriebe
- 16
- Dritte Fahrzeugachse
- G
- Gehäuse
- V
- Verbindungsleitung
- W1
- Erste Welle
- W2
- Zweite Welle
- W3
- Dritte Welle
- W4
- Vierte Welle
- W5
- Fünfte Welle
- W6
- Sechste Welle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007021732 A1 [0004]
- DE 102005044181 A1 [0005]
