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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein hydromechanisches Differenzial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe, in dem ein hydromechanisches Differenzial einsetzbar ist.
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Zum ersten Aspekt der Erfindung sind aus dem Stand der Technik rein mechanische Differenziale bekannt, die drei rotierbare Teile, z.B. Wellen, haben. Wenn die Rotation von zwei Wellen vorgegeben wird, ist die Rotation der dritten Welle bestimmt. Ein Differenzial kann in einem ersten Anwendungsfall zwei Eingangsleistungen zweier Wellen zu einer Ausgangsleistung einer Welle aufsummieren. Bekannt sind hier insbesondere Planetengetriebe mit den drei Wellen beziehungsweise Teilen Sonne, Steg und Hohlrad. In einem anderen Anwendungsfall kann ein Differenzial auch die Eingangsleistung einer Eingangswelle in Ausgangsleistungen zweier Ausgangswellen aufspalten. Bekannt ist hier insbesondere das Differenzial an der Antriebsachse eines Fahrzeugs.
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Wenn – stark vereinfacht ausgedrückt – eines der drei rotierbaren Teile eines rein mechanischen Differenzials durch ein Paar von hydraulischen Arbeitsanschlüssen ersetzt wird, spricht man von einem hydromechanisches Differenzial gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Zu einem zweiten Aspekt der Erfindung sind aus dem Stand der Technik Leistungsverzweigungsgetriebe bekannt, die einen Teil der Leistung über einen mechanischen und einen Teil der Leistung über einen hydrostatischen Pfad übertragen. Der hydrostatische Pfad hat eine erste und eine zweite hydrostatische Verdrängermaschine, die in einem geschlossenen Kreis verbunden sind. Da zumindest eine der Verdrängermaschinen verstellbar ist, kann so das Drehzahl-Drehmoment-Verhältnis der beiden Verdrängermaschinen und damit des hydrostatischen Pfades und damit des gesamten Leistungsverzweigungsgetriebes stufenlos eingestellt werden. Damit kombiniert ein derartiges Leistungsverzweigungsgetriebe die Stufenlosigkeit eines rein hydrostatischen Getriebes mit dem guten Wirkungsgrad eines rein mechanischen Getriebes.
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Bei Leistungsverzweigungsgetrieben wird prinzipiell zwischen innerer und äußerer Leistungsverzweigung unterschieden, wobei sich der zweite Aspekt der Erfindung auf eine innere Leistungsverzweigung bezieht. Dieses Prinzip benötigt entweder zur Aufteilung der Eingangsleistung in die beiden Teilleistungen oder zur Zusammenführung der beiden Teilleistungen zu einer Ausgangsleistung ein hydromechanisches Differenzial gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das auch als speziell weitergebildete erste oder zweite hydrostatische Verdrängermaschine des hydraulischen Pfades angesehen werden kann. Das hydromechanische Differenzial hat zwei drehbare Teile (insbesondere Triebwellen) und ein Paar hydraulische Arbeitsanschlüsse, die miteinander in Wechselwirkung / Wirkverbindung stehen.
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Wenn das hydromechanische Differenzial zur Aufteilung der Eingangsleistung eingesetzt wird, hat es eine Antriebswelle, über die die Eingangsleistung aufgenommen wird, und eine Abtriebswelle, an die die mechanische Teilleistung abgegeben wird, während über die hydraulischen Arbeitsanschlüsse die hydraulische Teilleistung abgegeben wird.
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Wenn das hydromechanische Differenzial zur Zusammenführung der Teilleistungen eingesetzt wird, hat es eine Antriebswelle, über die die Teilleistung des mechanischen Pfades aufgenommen wird, während über die hydraulischen Arbeitsanschlüsse die die hydraulische Teilleistung aufgenommen wird. Über eine Abtriebswelle wird die die aufsummierte Gesamtleistung des Leistungsverzweigungsgetriebes abgegeben.
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In den Druckschriften
GB 916,485 ,
DE 1 500 508 ,
DE 2 000 797 und
DE 10 2011 102 164 A1 sind gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hydromechanische Differenziale auf der Basis von Axialkolbenmaschine offenbart, die neben einer drehbaren Welle ein drehbares Gehäuse aufweisen. Die
DE 1 500 508 zeigt darüber hinausgehend auch ein hydromechanische Differenzial auf der Basis eine Außenzahnradmaschine.
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In denselben vier Druckschriften sind gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung Leistungsverzweigungsgetriebe gezeigt, bei denen das jeweilige hydromechanische Differenzial entweder eingangsseitig (zur Aufteilung in die beiden Teilleistungen) oder ausgangsseitig (zur Zusammenführung der beiden Teilleistungen) vorgesehen sind.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 102 164 A1 zeigt ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit innerer Leistungsverzweigung, bei dem die Verdrängermaschine und das Differenzial in zueinander beabstandeter aufgelöster Bauweise realisiert sind, wobei das Differenzial eingangsseitig (zur Aufteilung einer Eingangsleistung in die beiden Teilleistungen) vorgesehen ist. Eine Eingangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes ist die Eingangswelle des Differenzials und drehfest mit einer Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine, während ein Gehäuse der Axialkolbenmaschine drehbar ist und den Abtrieb für die mechanische Teilleistung überträgt. Über ein Paar von Arbeitsanschlüssen kann hydraulische Teilleistung vom Differenzial abgeführt und zur beanstandeten Verdrängermaschine geführt werden. Die Abtriebswelle der Verdrängermaschine ist die Abtriebswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes, an die das Gehäuse des Differenzials über Zahnräder drehfest gekoppelt ist. Die Verdrängermaschine und das Differenzial sind beide verstellbar ausgeführt.
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Dem zweiten Aspekt der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Leistungsverzweigungsgetriebe in aufgelöster Bauweise zu schaffen, bei dem der vorrichtungstechnische Aufwand dem gegenüber verringert ist. Die Aufgabe wird gelöst durch ein durch ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
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Dem ersten Aspekt der Erfindung liegt die zweite Aufgabe zu Grunde, ein alternatives hydromechanisches Differenzial zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein hydromechanisches Differenzial mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße hydromechanische Differenzial hat ein erstes rotierbar gelagertes Bauteil, das ein Zylinderblock einer Radialkolbenmaschine ist oder aufweist, und ein daran nicht drehfest gekoppeltes zweites rotierbar gelagertes Bauteil, das eine Hubkurve der Radialkolbenmaschine ist oder aufweist. Weiterhin hat das Differenzial zwei mit der Radialkolbenmaschine in Wirkverbindung stehende fluidische Arbeitsanschlüsse. Die Radialkolbenmaschine weist das aus dem Stand der Technik bekannte Grundprinzip auf, nach dem mehrere sternförmig angeordnete Zylinder-Kolben-Einheiten in dem Zylinderblock angeordnet sind, wobei sich die Kolben an der außen liegenden Hubkurve abstützen, wobei deren Nocken Arbeitshübe ermöglichen oder bewirken. in Das Differenzial kann zwischen den beiden rotierbar gelagerten Bauteilen ein Moment gleicher Größe übertragen, wobei sich die beiden Bauteile über die eingeschleifte beziehungsweise zwischengeschaltete Radialkolbenmaschine – genauer gesagt über das darin befindliche Druckmittel aneinander abstützen. Dabei kann durch die Radialkolbenmaschine eine unterschiedliche Drehzahl der beiden Bauteile erreicht werden. Wenn der Radialkolbenmaschine über einen ihrer Arbeitsanschlüsse im Sinne eines Motors Druckmittel unter Hochdruck zugeführt wird, kann eine proportionale Drehzahlerhöhung zwischen den beiden Bauteilen erzeugt werden. Wenn von der Radialkolbenmaschine über einen ihrer Arbeitsanschlüsse im Sinne einer Pumpe Druckmittel unter Hochdruck abgeführt wird, ergibt sich eine proportionale Drehzahlverringerung zwischen den beiden Bauteilen.
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Insbesondere hat das erste Bauteil eine erste Triebwelle und / oder das zweite Bauteil eine zweite Triebwelle. Vorzugsweise sind die beiden Triebwellen koaxial.
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Das zweite rotierbare Bauteil kann ein rotierbares Gehäuse der Radialkolbenmaschine aufweisen oder sein, in dem die Hubkurve mit den Nocken gebildet ist. Dabei kann die Hubkurve an einem Hubring ausgebildet sein, der am dem Gehäuse befestig ist.
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An einem Umfangsbereich des zweiten Bauteils – insbesondere an der zweiten Triebwelle – ist vorzugsweise eine Drehdurchführung gebildet, über die Arbeitsdruckmittel von den ruhenden Arbeitsanschlüssen an das rotierende zweite Bauteil übergeben werden kann. Die Drehdurchführung hat einen hülsenartigen Stator, an dessen Innenumfang umlaufende als Ringnuten ausgebildete Ringkanäle angeordnet sind. Die Drehdurchführung hat weiterhin im zweiten rotierbaren Bauteil angeordnete Radialkanäle, über die die Ringkanäle dauerhaft mit dem Innern des zweiten rotierbaren Bauteils verbunden sind.
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Wenn diese Drehdurchführung an der zweiten Triebwelle mit vergleichsweise geringem Durchmesser angeordnet wird, ergeben sich geringe Umlaufgeschwindigkeiten an der Drehdurchführung. Das ist günstig für das Verschleißverhalten der Dichtungen und erlaubt eine hohe Grenzdrehzahlen, für die auch die für die Dichtungen maximal mögliche Gleitgeschwindigkeit maßgeblich ist. Ein kleiner Durchmesser der Drehdurchführung ergibt auch eine kleine Länge der Dichtlinie, wodurch die Leckageverluste gering gehalten werden.
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Vorzugsweise sind die Ringkanäle am Stator mittig angeordnet, während außen jeweils ein weiterer als Ringnut gebildeter Ringkanal für Leckage angeordnet ist.
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Das Differenzial kann ein ruhendes äußeres Gehäuse aufweisen, in dem die Radialkolbenmaschine einschließlich ihres umlaufenden Gehäuses geschützt umläuft, und an dem der Stator befestig ist. Wenn dieses äußere Gehäuse mit Druckmittel gefüllt ist, können Dichtelemente wie z.B. die Ringkanäle für Leckage entfallen.
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Vorzugsweise sind im Innern des zweiten Bauteils – vorzugsweise in der zweiten Triebwelle – zwei zueinander konzentrische Arbeitskanäle gebildet. Diese sind vorzugsweise über ein rohrförmiges Bauteil voneinander getrennt, wobei an einem Außenumfang des rohrförmigen Bauteils einer der beiden Arbeitskanäle und im Innern des rohrförmigen Bauteils der andere Arbeitskanal angeordnet sind.
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Im zweiten rotierbaren Bauteil – insbesondere im rotierbaren Gehäuse – kann drehfest eine Steuerscheibe (Steuerspiegel) aufgenommen sein, die mehrere Axialkanäle aufweist, deren Anzahl derjenigen der Flanken der Nocken der Hubkurve entspricht. Der Zylinderblock ist relativ zu den Axialkanälen drehbar, wodurch Mündungen der Axialkanäle abwechselnd mit einem der beiden konzentrischen Arbeitskanäle verbunden werden. Damit wird die Andrückkraft der Steuerscheibe in proportionale Abhängigkeit vom Arbeitsdruck verändert.
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Durch Vorspannfedern kann eine stets wirkende Vorspannkraft der Steuerscheibe gegen den Zylinderblock aufgebracht werden.
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Zwischen den beiden rotierbaren Bauteilen – insbesondere zwischen der ersten Triebwelle und dem Zylinderblock – kann eine Kupplung vorgesehen sein. Über diese können die hydraulischen Anschüsse und die Zylinder-Kolben-Einheiten der Radialkolbenmaschine wirkungslos geschaltet werden, so dass über sie kein Druckmittel und damit keine Leistung abfließt oder zufließt. So kann das erfindungsgemäße Differenzial die Funktion einer starren Welle übernehmen.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist ein inneres Leistungsverzweigungsgetriebe einen mechanischen Leistungspfad, einen hydrostatischen Leistungspfad, eine hydrostatische Verdrängermaschine und ein hydromechanisches Differenzial – vorzugsweise gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung – auf. Die Verdrängermaschine und das Differenzial sind in einem geschlossenen hydrostatischen Kreis verbunden und in aufgelöster Bauweise voneinander räumlich und funktional getrennt. Das Hubvolumen der Verdrängermaschine ist verstellbar, während das Hubvolumen des Differenzials konstant ist. Damit ist der der vorrichtungstechnische Aufwand der beiden Verstellmaschinen gegenüber dem Stand der Technik verringert.
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Das Leistungsverzweigungsgetriebe wird vorzugsweise in einem Fahrzeugantrieb verwendet.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Leistungsverzweigungsgetriebes sind die Verdrängermaschine und das Differenzial an ihren mechanischen Eingangsseiten aneinander gekoppelt, wobei der mechanische Leistungspfad und der hydrostatische Leistungspfad über das Differenzial zusammengeführt sind.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Leistungsverzweigungsgetriebes zu einem Antrieb ist ein Primäraggregat vorgesehen, an das die mechanischen Eingangsseiten der Verdrängermaschine und des Differenzials drehfest gekoppelt sind. Damit kann das Differenzial als Schwungrad für das Primäraggregat dienen. Drehmomentschwankungen des Primäraggregats können durch den geschlossenen hydrostatischen Kreis gedämpft werden.
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Drehmomentspitzen können durch ein Druckbegrenzungsventil am geschlossenen hydrostatischen Kreis abgeschwächt werden.
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Vorzugsweise ist das Primäraggregat ein Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, an deren ersten Endabschnitt die Verdrängermaschine und an deren zweiten Endabschnitt die das Differenzial drehfest gekoppelt sind. Der vorrichtungstechnische Aufwand der ausgangsseitigen Zahnräder des Standes der Technik entfällt damit. Grundsätzlich kann die Verdrängermaschine aber auch an anderen Stellen als an der Kurbelwelle platziert werden.
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Wenn das Differenzial und die Verdrängermaschine als Pumpe und als Motor betreibbar sind, und wenn die Verdrängermaschine über Null verstellbar ist, kann über den hydrostatischen Kreis hydraulische Teilleistung zur Drehzahlerhöhung zugeführt und zur Drehzahlreduzierung am zweiten rotierbaren Bauteil und damit am Ausgang des Leistungsverzweigungsgetriebes abgeführt werden.
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Bei bevorzugten Weiterbildungen ist an den geschlossenen hydrostatischen Kreis eine weitere über Null verstellbare Verdrängermaschine angeschlossen, die als Pumpe und als Motor betreibbar ist.
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Wenn an die weitere Verdrängermaschine drehfest eine Konstantmaschine gekoppelt ist, an die ein Speicher angeschlossen ist, ist ein hydraulischer Hybrid geschaffen. Die Konstantmaschine und der Speicher können auch als Starter für das als Verbrennungsmotor weitergebildete Primäraggregat dienen.
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Wenn drehfest an die weitere Verdrängermaschine ein weiterer Verbrennungsmotor gekoppelt ist, kann dessen Leistung ergänzend über den geschlossenen Kreis eingespeist und über das Differenzial aufsummiert werden. Der weitere Verbrennungsmotor hat vorzugsweise geringere Leistung, als der erste Verbrennungsmotor. Dann kann das Leistungsverzweigungsgetriebe mit den beiden Verbrennungsmotoren in einem Kraftfahrzeugantrieb verbaut werden, wobei zu Wirkungsgradoptimierung der weitere Verbrennungsmotor bei geringer, der erste Verbrennungsmotor bei mittlerer und beide Verbrennungsmotoren bei hoher Leistungsanforderung betrieben werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist an den geschlossenen hydrostatischen Kreis ein – vorzugsweise über Null verstellbarer – Verstellmotor angeschlossen. Dieser kann Nebenverbraucher wie Lüfter, Generator oder Klimakompressor antreiben.
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An den geschlossenen hydrostatischen Kreis können auch als Konstantmotoren ausgebildete Fahrmotoren angeschlossen werden.
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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 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydromechanischen Differenzials in einem Längsschnitt,
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2 einen Schaltplan eines Antriebs mit einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes,
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3 einen Schaltplan eines Antriebs mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes,
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4 einen Schaltplan eines Antriebs mit einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes,
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5 einen Schaltplan eines Antriebs mit einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes und
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6 einen Schaltplan eines Antriebs mit einem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydromechanischen Differenzials 1 in einem Längsschnitt. Es basiert erfindungsgemäß auf einer Radialkolbenmaschine mit einem Zylinderblock 3, in dem radial sternförmig gleichmäßig am Umfang verteilte Zylinder 2 vorgesehen sind, von denen in 1 nur zwei dargestellt sind. In jedem Zylinder 2 ist ein Kolben 4 radial beweglich. Jeder Kolben 4 stützt sich über eine Rolle 6 an einem umlaufenden Hubring 8 ab, der zwischen einem ersten Gehäuseteil 10 und einem zweiten Gehäuseteil 12 über Schrauben 14 eingespannt ist. Am Innenumfang des Hubrings 8 ist eine Hubkurve mit einer Mehrzahl von Nocken 16 ausgebildet, von denen in 1 nur eine zu erkennen ist. Einstückig am zweiten Gehäuseteil 12 ist eine zweite Triebwelle 22 ausgebildet.
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Der Zylinderblock 3 ist auf eine erste Triebwelle 18 aufgeschoben und drehfest mit dieser verbunden. Da das erste Gehäuseteil 10 über ein Wälzlager 20 an der ersten Triebwelle 18 gelagert ist, sind das erste Gehäuseteil 10 und der daran befestigte Hubring 8 und das daran befestigte zweite Gehäuseteil 12 und die daran ausgebildete zweite Triebwelle 22 relativ zur ersten Triebwelle 18 rotierbar. Die erste Triebwelle 18 und die zweite Triebwelle 22 sind über ein jeweiliges (nicht gezeigtes) Wälzlager in einem (ebenfalls nicht gezeigten) ruhenden Gehäuse gelagert.
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Die Versorgung der Zylinder 2 mit Arbeitsdruckmittel erfolgt wie folgt: Im Inneren des zweiten Gehäuseteils 12 ist zwischen dem Zylinderblock 3 und der zweiten Triebwelle 22 eine Steuerscheibe 24 in das zweite Gehäuseteil 12 drehfest eingesetzt. Am Umfang der Steuerscheibe 24 sind mehrere in Richtung zum Zylinderblock 3 offene Axialkanäle 40 vorgesehen, deren Anzahl der Gesamtanzahl der Flanken aller Nocken 16 des Hubrings 8 entspricht. Im Inneren der Steuerscheibe 24 und im Inneren der zweiten Triebwelle 22 erstreckt sich ein rohrförmiges Bauteil 26, das zwei zueinander konzentrische Arbeitskanäle 36 für Arbeitsdruckmittel voneinander trennt. Am Außenumfang des rohrförmigen Bauteils 26 und im Innern der Steuerscheibe 24 sind zwei axial zueinander beabstandete Ringräume 38 vorgesehen. Einer der beiden Ringräume 38 ist über mehrere Radialbohrungen des rohrförmigen Bauteils 26 mit dem Inneren konzentrischen Arbeitskanal 36 verbunden. Jeder Axialkanal 40 der Steuerscheibe 24 ist über einen vorliegend schrägen, also nicht genau radial verlaufenden Kanal 42, der grundsätzlich aber auch genau radial verlaufen kann, mit einem der beiden Ringräume 38 verbunden. Genauer gesagt sind alle Axialkanäle 40, die mit Flanken der gleichen Steigung synchronisiert sind, mit einem der beiden Ringräume 38 verbunden, während die Axialkanäle 40, die zu den anderen Flanken synchronisiert sind, mit dem anderen Ringraum 38 verbunden sind.
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Am Außenumfang der zweiten Triebwelle 22 ist ein Stator 28 einer Drehdurchführung 52 für Arbeitsdruckmittel vorgesehen, der an dem (nicht gezeigten) ruhenden Gehäuse befestigt ist und die zweite Triebwelle 22 buchsenartig umfasst. Am Innenumfang des Stators 28 sind in einem mittleren Bereich zwei als umlaufende Nuten ausgebildete Ringkanäle 30 für Arbeitsdruckmittel vorgesehen. Benachbart zu den Stirnseiten des Stators 28 ist jeweils ein kleinerer Ringkanal 32 für Leckage vorgesehen. Zwischen den Stirnseiten und den Ringkanälen 30, 32 ist jeweils ein Dichtelement am Innenumfang des Stators 28 vorgesehen. In der zweiten Triebwelle 22 sind mehrere die Radialkanäle 34 vorgesehen, über die die Ringkanäle 30 für Arbeitsdruckmittel mit den beiden konzentrischen Arbeitskanälen 36 verbunden sind.
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Die beiden Ringkanäle 30 für Arbeitsdruckmittel des Stators 28 sind also über die Radialkanäle 34 der zweite Triebwelle 22, die beiden konzentrischen Arbeitskanäle 36, die beiden Ringräume 38, die mehreren schrägen Kanäle 42 der Steuerscheibe 24 und die mehreren Axialkanäle 40 mit den Zylindern 2 verbindbar.
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Wenn der Zylinderblock 3 sich zusammen mit der ersten Triebwelle 18 relativ zur Steuerscheibe 24 zusammen mit der zweiten Triebwelle 22 dreht, werden die Zylinder 2 – in Abhängigkeit der Flanke, der sie gerade zugeordnet sind – mit einem der beiden Ringkanäle 30 für Arbeitsdruckmittel verbunden.
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Wenn die beiden Ringkanäle 30 und damit die gesamte Radialkolbenmaschine abgesperrt werden, verhält sich das Differenzial 1 wie eine starre Welle, bei der die erste Triebwelle 18 drehfest mit der zweiten Triebwelle 22 verbunden ist. Alternativ zu diesem Betriebszustand – zum Beispiel bei einem Ausfall der Absperrung oder um hydraulische Verluste zu vermeiden – kann eine ergänzend vorgesehene Kupplung 44 betätigt werden, wodurch das erste Gehäuseteil 10 mit der ersten Triebwelle 18 mechanisch drehfest verbunden wird.
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Wenn die erste Triebwelle 18 als Eingangswelle und die zweite Triebwelle 22 als Ausgangswelle betrachtet werden, sind darüber hinausgehend folgende zwei Betriebszustände möglich. Wenn die Radialkolbenmaschine als Motor betrieben wird und entsprechend Arbeitsdruckmittel unter Hochdruck über denjenigen Ringkanal 30 zugeführt wird, der mit einer von der ersten Triebwelle 18 vorgegebenen Drehrichtung korrespondiert, wird die zweite Triebwelle 22 in eine gegenüber der ersten Triebwelle 18 erhöhte Drehzahl versetzt. Wenn hingegen die Radialkolbenmaschine als Pumpe betrieben wird, wobei über denjenigen der beiden Ringkanäle 30 Arbeitsdruckmittel unter Hochdruck abgelassen wird, der der von der ersten Triebwelle 18 vorgegebenen Drehrichtung entspricht, wird die zweite Triebwelle 22 in eine gegenüber der ersten Triebwelle verlangsamte Drehung versetzt. Dabei ist das von der ersten Triebwelle 18 auf die zweite Triebwelle 22 übertragene Drehmoment in allen drei Betriebszuständen stets konstant.
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Die 2 bis 6 zeigen jeweils einen Antrieb mit verschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Der Antrieb hat einen Verbrennungsmotor 46, dessen Kurbelwelle 48 beidseitig aus dem Gehäuse des Verbrennungsmotors 46 herausragt. Dabei ist die Kurbelwelle 48 einstückig mit der ersten Triebwelle 18 des Differenzials 1 (gemäß 1) gebildet. In den 2 bis 6 ist das Differenzial 1 schematisch dargestellt. In seinem ruhenden äußeren Gehäuse 50 sind die erste Triebwelle 18 und die zweite Triebwelle 22 rotierbar gelagert. Einstückig mit der zweiten Triebwelle 22 ist das rotierbare innere Gehäuse gebildet, das aus den beiden Gehäuseteilen 10, 12 und dem dazwischen eingespannten Hubring 8 besteht.
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An dem ruhenden äußeren Gehäuse 50 sind zwei Arbeitsanschlüsse A, B gebildet, die über den Stator 28 der Drehdurchführung 52 – in der mit Bezug zur 1 beschriebenen Weise – mit den Zylindern 2 der Radialkolbenmaschine wechselweise verbunden werden.
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An dem vom Differenzial 1 abgewandten Endabschnitt der Kurbelwelle 48 ist über eine Kupplung 54 eine Verdrängermaschine 56 drehfest mit dem Verbrennungsmotor 46 koppelbar. Die Verdrängermaschine 56 ist als Pumpe und als Motor betreibbar, wobei ihr Hubvolumen über Null verstellbar ist. Ihre Arbeitsanschlüsse sind über zwei Arbeitsleitungen 58, 60 mit den Arbeitsanschlüssen A, B des hydrostatischen Differenzials 1 verbunden. Damit bilden die Verdrängermaschine 56 und das Differenzial 1 mit den Arbeitsleitungen 58, 60 einen geschlossenen hydrostatischen Kreis, der den hydrostatischen Leistungspfad des Leistungsverzweigungsgetriebes darstellt.
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Der jeweilige Antrieb mit dem jeweiligen Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß den 2 bis 6 ist damit prinzipiell im folgenden drei Betriebsarten betreibbar: Wenn die Verdrängermaschine 56 auf ein Hubvolumen von Null eingestellt wird, strömt kein Arbeitsdruckmittel in den Arbeitsleitungen 58, 60, wodurch keine Leistung über den hydrostatischen Leistungspfad des Leistungsverzweigungsgetriebes übertragen wird. Dabei ist die Radialkolbenmaschine des Differenzials 1 blockiert, so dass die Leistung der Kurbelwelle 48 über die erste Triebwelle 18 – abgesehen von Verlusten – vollumfänglich an die zweite Triebwelle 22 übertragen wird.
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In einer zweiten Betriebsart wird die Verdrängermaschine 56 verschwenkt und als Pumpe betrieben. Damit fließt Arbeitsdruckmittel über die Arbeitsleitungen 58, 60 zu der als Motor betriebenen Radialkolbenmaschine. Damit wird die Leistung des Verbrennungsmotors 46 derart verzweigt, dass ein Teil über die Kurbelwelle 48 zur Verdrängermaschine 56 und über den hydrostatischen Leistungspfad an das Differenzial 1 übertragen wird, während ein weiterer Teil der Leistung über den mechanischen Leistungspfad (insbesondere die erste Treibwelle 18) an das an das Differenzial 1 übertragen wird. Das Differenzial 1 summiert die mechanische Teilleistung und die hydrostatische Teilleistung des und gibt die aufsummierte Leistung an die zweite Triebwelle 22 ab. Genauer gesagt geschieht die Erhöhung der Leistung von der ersten Triebwelle 18 zur zweiten Triebwelle 22 über eine Erhöhung der Drehzahl, wobei deren Momente gleich sind.
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In einem dritten Betriebszustand wird die Verdrängermaschine 56 als Motor betrieben, während die Radialkolbenmaschine als Pumpe betrieben wird. In diesem Betriebszustand liegt an der ersten Triebwelle 18 eine gegenüber dem Verbrennungsmotor 46 erhöhte Leistung an. Diese Differenzleistung wird von dem als Pumpe wirkenden Differenzial 1 von der ersten Triebwelle 18 abgezweigt, bevor die Leistung an die zweite Triebwelle 22 übertragen wird. Die Differenzleistung wird über den hydrostatischen Leistungspfad „rückwärts“ zu der als Motor wirkenden Verdrängermaschine 56 übertragen und von dieser an die Kurbelwelle 48 des Verbrennungsmotors 46 abgegeben. Die Leistungsreduzierung, die zwischen der ersten Triebwelle 18 und der zweiten Triebwelle 22 vorgenommen wird, erfolgt über eine Reduzierung der Drehzahl der zweiten Triebwelle 22 gegenüber der ersten Triebwelle 18, wobei deren Momente gleich sind.
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3 zeigt einen Schaltplan eines Antriebs mit einem zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes. Dieses ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 derart weitergebildet, dass an die beiden Arbeitsleitungen 58, 60 des hydrostatischen Leistungspfades eine weitere über Null verschwenkbare hydrostatische Verdrängermaschine angeschlossen ist, die über eine Kupplung 64 mit einer Konstantmaschine 66 drehfest verbunden ist. Einer der Arbeitsanschlüsse der Konstantmaschine 66 ist an einen hydrostatischen Speicher 68 angeschlossen, während der andere Arbeitsanschluss an einen Tank T angeschlossen ist. Damit ist ein hydraulischer Hybrid geschaffen, der insbesondere als Fahrzeugantrieb genutzt werden kann.
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4 zeigt einen Schaltplan eines Antriebs mit einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes. Dabei ist das Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß 2 derart weitergebildet, dass an die beiden Arbeitsleitungen 58, 60 des hydrostatischen Leistungspfades die weitere über Null verstellbare hydrostatische Verdrängermaschine 62 angeschlossen ist, die über die Kupplung 64 mit einem weiteren Verbrennungsmotor 70 koppelbar ist, wobei dieser kleiner ist als der Verbrennungsmotor 46 des mechanischen Leistungspfades. Damit kann der Antrieb wirkungsgradoptimiert werden. Genauer gesagt kann bei einer vergleichsweise geringen geforderten Leistung der kleinere Verbrennungsmotor 70 über den hydrostatischen Leistungspfad und über das Differenzial 1 seine Leistung an die zweite Triebwelle 22 übertragen. In einem mittleren Leistungsbereich wird nur der Haupt-Verbrennungsmotor 46 in der mit Bezug zur 2 beschriebenen Weise betrieben. Bei hoher oder maximaler Leistungsabgabe des Antriebs werden beide Verbrennungsmotoren 46, 70 betrieben und das Differenzial 1 addiert deren Leistungen.
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Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 5 zeigt, dass an dem hydrostatischen Leistungspfad auch Nebenverbraucher angeschlossen werden können. Dabei werden bei dem gezeigten Beispiel über einen jeweiligen über Null verstellbaren Verstellmotor 72 drei Nebenverbraucher angetrieben. Ein erster Verstellmotor 72 treibt ein Lüfterrad 74 an, während ein zweiter Verstellmotor 72 einen Generator 76 und ein dritter Verstellmotor 72 einen Klimakompressor 78 antreibt.
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6 zeigt einen Schaltplan eines Fahrzeugantriebs mit einem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes. Dabei ist an die beiden Arbeitsleitungen 58, 60 des hydrostatischen Leistungspfades ein Steuerblock 80 angeschlossen, über dessen (nicht gezeigte) Ventile Fahrmotoren 82 versorgbar sind. Genauer gesagt handelt es sich um einen hydraulischen Hilfsantrieb. Bei einer entsprechenden Schaltung eines an die zweite Triebwelle 22 angeschlossenen (nicht gezeigten) Getriebes ist es möglich, sowohl von der verstellbaren Verdrängermaschine 56 als auch von dem Differenzial 1 Arbeitsdruckmittel zur Versorgung der beiden Fahrmotoren 82 in der gewünschten Menge und mit dem gewünschten Druck bereitzustellen.
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Ergänzend zu den Ausführungsbeispielen des Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß den 3 bis 6 können deren Besonderheiten, also der Speicher 68 gemäß 3, der weitere Verbrennungsmotor 70 gemäß 4, die Nebenverbraucher gemäß 5 und der Fahrzeug-Hilfsantrieb gemäß 6 kombiniert werden.
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Offenbart ist ein hydromechanisches Differenzial mit einem ersten rotierbar gelagerten Bauteil, an dem ein Zylinderblock einer Radialkolbenmaschine gebildet ist, und mit einem daran nicht drehfest gekoppelten zweiten rotierbar gelagerten Bauteil, an dem eine Hubkurve der Radialkolbenmaschine gebildet ist. Weiterhin hat das Differenzial zwei mit der Radialkolbenmaschine verbundene Arbeitsanschlüsse. In dem Zylinderblock sind mehrere sternförmig angeordnete Zylinder-Kolben-Einheiten angeordnet, wobei sich die Kolben an der außen angeordneten Hubkurve abstützen, deren Nocken Arbeitshübe der Kolben ermöglichen oder bewirken.
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Offenbart ist weiterhin ein inneres Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem mechanischen Leistungspfad, einem hydrostatischen Leistungspfad, einer hydrostatische Verdrängermaschine und einem hydromechanisches Differenzial. Die Verdrängermaschine und das Differenzial sind in einem geschlossenen hydrostatischen Kreis verbunden und in aufgelöster Bauweise voneinander räumlich und funktional getrennt. Das Hubvolumen der Verdrängermaschine ist verstellbar, während das Hubvolumen des Differenzials konstant ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 916485 [0008]
- DE 1500508 [0008, 0008]
- DE 2000797 [0008]
- DE 102011102164 A1 [0008, 0010]
