DE102015215013A1

DE102015215013A1 - Getriebeanordnung, Fahrantrieb mit der Getriebeanordnung, sowie Verfahren zur Steuerung der Getriebeanordnung

Info

Publication number: DE102015215013A1
Application number: DE102015215013.5A
Authority: DE
Inventors: Erich Ilk; Steffen Mutschler; Ulrich Lenzgeiger; Jochen Mayer; Matthias Beck; Norman Brix
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-02-09
Also published as: KR20170017811A

Abstract

Offenbart ist eine Getriebeanordnung für einen Fahrantrieb mit zwei über Arbeitsleitungen fluidisch verbindbaren Hydromaschinen und einem wechselbare Getriebestufen aufweisenden mit der zweiten Hydromaschine gekoppelten Schaltgetriebe. Die Getriebeanordnung hat eine Steuereinrichtung, über die das Drehmoment der zweiten Hydromaschine während einem Wechsel der Getriebestufen auf null oder etwa null reduzierbar ist. Des Weiteren offenbart ist ein Fahrantrieb mit einer derartigen Getriebeanordnung. Zudem offenbart ist ein Verfahren zur Steuerung der Getriebeanordnung, insbesondere zum Regelen des Drehmoments der zweiten Hydromaschine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einen Fahrantrieb damit gemäß dem Patentanspruch 10, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines der Getriebeanordnung gemäß dem Patentanspruch 11.
Eine Getriebeanordnung mit einem hydrostatischen Getriebe und einem damit in Reihe gekoppelten mechanischen Schaltgetriebe wird in Fahrantrieben, beispielsweise solchen von Landmaschinen oder mobilen Arbeitsmaschinen, eingesetzt. Durch Automatisierung lassen sich Getriebestufen des Schaltgetriebes derartiger Getriebeanordnungen auch während der Fahrt schalten. Dazu wird das Drehmoment zwischen dem Hydromotor des hydrostatischen Getriebes und dem Getriebeeingang des Schaltgetriebes auf Null abgesenkt. Dies erfolgt über die Reduzierung des Verdrängungsvolumens des Hydromotors auf Null („Nullschwenken“). Ist das Null-Verdrängungsvolumen sichergestellt, was sensorisch unterstützt erkannt wird, so wird die alte Getriebestufe ausgelegt und die neue Getriebestufe über eine mechanische Synchronisierung eingelegt. Ein dafür vorgesehener Synchronring ist derart ausgelegt, dass er ausreichend Reibenergie aufnehmen kann, um das Massenträgheitsmoment des Hydromotors auf Synchrondrehzahl mit dem Getriebeausgang des Schaltgetriebes zu beschleunigen. Dies bedingt jedoch, dass der Hydromotor nach wie vor das Null-Verdrängungsvolumen aufweist, um der Synchronisierung nicht mit einem Drehmoment entgegenzuwirken. Bestünde das Drehmoment stattdessen weiterhin, so würde dies die vom Synchronring aufzunehmende Reibenergie ansteigen lassen und den Synchronring auf Dauer schädigen.
Derartige Getriebeanordnungen benötigen daher einen Hydromotor, der auf das Null-Verdrängungsvolumen verstellbar ist. Um diesen Betriebszustand prozesssicher gewährleisten zu können, ist herkömmlicher Weise eine Sensorik notwendig, die das Null-Verdrängungsvolumen des Hydromotors absichert.
Eine Hydropumpe eines derartigen hydrostatischen Getriebes zeigt beispielsweise das Datenblatt RD 92004/06.12 der Anmelderin.
Einen Hydromotor einer derartigen Getriebeanordnung zeigt beispielsweise die Patentschrift DE 101 19 236 C1 .
Die Verstellung des Verdrängungsvolumens der Hydromaschine auf Null, zum Zwecke eines Schaltvorgangs, zeigt beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 199 49 177 A1 .
Eine herkömmliche, gattungsgemäße Getriebeanordnung zeigt die Offenlegungsschrift DE 195 24 189 A1 . Hierin wird vorgeschlagen, das Verdrängungsvolumen des Hydromotors zum Schalten in seine Neutral-(Null)-Stellung zurückzuschwenken, um Drehmomentfreiheit herzustellen. Nach dem Schaltvorgang wird auf Basis der fortwährend erfassten Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Schaltgetriebes das Verdrängungsvolumen des Hydromotors wieder ausgeschwenkt, wobei dies unter Berücksichtigung des durch den Schaltvorgang geänderten, neuen Übersetzungsverhältnisses erfolgt. Nachteilig hieran ist ein erheblicher Aufwand für die Sensorik zur Feststellung und Verarbeitung der Drehzahlen. Des Weiteren erweist sich der Schaltvorgang als vergleichsweise langwierig, da das Verdrängungsvolumen des Hydromotors zum Schalten von großen Werten zu null und umgekehrt verstellt werden muss. Bei einer Fahrt am Berg kann dies zu einem deutlichen Geschwindigkeitsverlust des Fahrantriebs bis hin zum Stillstand führen, was bedeuten kann, dass bei Beendigung des Schaltvorgangs bereits wieder ein Schaltkriterium zum Zurückschalten erreicht ist.
Um den Schaltvorgang zu beschleunigen, schlägt die Druckschrift EP 1 076 194 A2 eine Getriebeanordnung mit einer verstellbaren Hydropumpe und einem Konstanthydromotor vor, bei der die Absenkung des genannten Drehmoments durch eine Änderung des Verdrängungsvolumens der Hydropumpe, unter der Maßgabe einer Drehzahlanpassung des Hydromotors an eine Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes, die der Zielgetriebestufe entspricht, erfolgt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass aufgrund der Verwendung des Konstantmotors die Spreizung des hydrostatischen Getriebes vergleichsweise klein und aufgrund der gewählten Strategie ein hoher Aufwand für Sensorik, insbesondere zur Erfassung der Drehzahlen, von Nöten ist.
Die Druckschrift DE 101 33 358 B4 schlägt eine Getriebeanordnung gattungsgemäßer Art vor, bei der über einen mechanischen Anschlag sichergestellt ist, dass das Verdrängungsvolumen des Hydromotors bei Verstellung in Richtung kleiner Werte auf einen definierten Minimalwert begrenzt ist.
Da eine interne Leckage des Hydromotors im Wesentlichen unabhängig vom eingestellten Verdrängungsvolumen ist, erweisen sich Hydromotoren mit verschobenem Verstellbereich, die also nicht mehr auf Null-Verdrängungsvolumen zurückstellbar sind, und stattdessen ein größeres maximales Verdrängungsvolumen haben, als mit besserem Wirkungsgrad ausgestattet. Nachteilig an den genannten Lösungen ist, dass derartige Hydromotoren, nicht verwendbar sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung zu schaffen, die so vorbereitet ist, dass sein Wirkungsgrad auf einfache Weise verbesserbar ist. Des Weiteren liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrantrieb mit einer derartigen Getriebeanordnung zu schaffen. Zuletzt ist es Aufgabe, ein Verfahren zur Steuerung der Getriebeanordnung bereitzustellen.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebeanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite Aufgabe durch einen hydrostatischen Fahrantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und die dritte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Getriebeanordnung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9, die des Verfahrens in den Patentansprüchen 12 bis 15 beschrieben.
Eine Getriebeanordnung für einen Fahrantrieb hat eine erste Hydromaschine, die mit einer Antriebsmaschine des Fahrantriebs koppelbar ist und ein verstellbares erstes Verdrängungsvolumen aufweist. Des Weiteren hat sie eine zweite Hydromaschine, die über Arbeitsleitungen der Getriebeanordnung mit der ersten Hydromaschine in einem insbesondere geschlossenen hydraulischen Kreis fluidisch verbindbar, insbesondere verbunden ist. Die zweite Hydromaschine ist dabei zudem mit einem Schaltgetriebe der Getriebeanordnung koppelbar, insbesondere gekoppelt, das wenigstens zwei Getriebestufen aufweist, zwischen denen gewechselt werden kann. Auf diese Weise kann ein Drehmoment zwischen der zweiten Hydromaschine und dem Schaltgetriebe übertragen werden. Zudem hat die Getriebeanordnung eine Steuereinrichtung, über die das Drehmoment während einem, insbesondere in einem Fahrbetrieb ausgeführten, Wechsel von einer aktuell eingelegten Getriebestufe zur anderen (Ziel-)Getriebestufe auf Null oder etwa Null reduzierbar ist. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung dabei derart ausgestaltet, dass über sie während dem Wechsel, insbesondere zur Reduzierung des Drehmoments auf Null oder etwa Null, ein Differenzdruck der zweiten Hydromaschine, insbesondere ein Differenzdruck zwischen den beiden Arbeitsleitungen, auf Null oder etwa Null regelbar ist.
Über die erfindungsgemäße Möglichkeit das Drehmoment durch Regeln allein des Differenzdrucks auf Null oder etwa Null zu regeln, ergibt sich die Möglichkeit, von Lösungen Abstand zu nehmen, die die Nullverstellung der zweiten Hydromaschine voraussetzen, um ein Drehmoment von null zu ermöglichen. Es können demnach sowohl Hydromaschinen mit konstantem Verdrängungsvolumen als auch Hydromaschinen mit hin zu größerem Verdrängungsvolumen verschobenem Verstellbereich als zweite Hydromaschine verwendet werden. Je größer dabei das maximale Verdrängungsvolumen der zweiten Hydromaschine gewählt wird (konstant oder verstellbar), umso höher ist der erzielbare Wirkungsgrad der Getriebeanordnung. Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung ist auf diese Weise für die Verwendung von zweiten Hydromaschinen mit hohem Wirkungsgrad und dadurch für eine Steigerung des Wirkungsgrades der Getriebeanordnung vorbereitet.
Grundlegend erlaubt die erfindungsgemäße Getriebeanordnung zudem den Einsatz eines Hydromotors ohne Nulllagenerkennung und wie erwähnt ohne Nullschwenkbarkeit, bei gleichzeitiger Schaltbarkeit im Fahrbetrieb.
In einer Weiterbildung kann die Regelung des Differenzdrucks der zweiten Hydromaschine dadurch erreicht werden, dass über die Steuereinrichtung zur Reduzierung des Drehmoment auf null oder etwa Null eine Stellgröße der ersten Hydromaschine änderbar ist. Dadurch ist der Schaltkomfort gesteigert, da die Drehmoment- bzw. Differenzdruckregelung über die erste Hydromaschine kontinuierlich und stetig erfolgen kann. Im Gegensatz dazu musste herkömmlicher Weise beim Wechsel der Getriebestufen das Verdrängungsvolumen des Hydromotors bis zu Null verschwenkt werden, was Zeit kostete, um daraufhin wieder ausgeschwenkt zu werden. Dieser große Verstellhub kostete Zeit und führte wie bereits erläutert zu teilweisen großen Geschwindigkeitsverlust oder sogar Stillstand, so dass der beabsichtigte Getriebestufenwechsel obsolet wurde. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Differenzdruckregelung/ Drehmomentregelung behoben.
Als Stellgröße erweist sich dabei besonders vorteilhaft das erste Verdrängungsvolumen der ersten Hydromaschine. Durch dessen Vergrößerung kann der Differenzdruck angehoben und durch eine Verringerung der Differenzdruck abgesenkt werden. Ergänzend ist es auch denkbar, dass eine Stellgröße die erste Drehzahl der ersten Hydromaschine ist. Durch Erhöhung der Drehzahl der ersten Hydromaschine kann damit der Differenzdruck gesteigert, durch die Verringerung der Drehzahl der Differenzdruck abgesenkt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die zweite Hydromaschine ein verstellbares zweites Verdrängungsvolumen auf und beide Grenzwerte von dessen Verstellbereich liegen entweder diesseits oder jenseits eines Nullwertes des zweiten Verdrängungsvolumens. Die zweite Hydromaschine weist folglich einen zum Nullwert beabstandeten Verstellbereich auf. Bezogen auf einen gegebenen Verstellbereich ist dann das maximale zweite Verdrängungsvolumen größer als dasjenige einer zweiten Hydromaschine mit unverschobenem Verstellbereich. Dadurch ist der Wirkungsgrad verbessert.
In einer Weiterbildung ist die zweite Hydromaschine als eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise ausgestaltet. Dies bedeutet, dass die zweite Hydromaschine eine mit dem Schaltgetriebe koppelbare, insbesondere gekoppelte Triebwelle und eine damit drehfest verbundene Zylindertrommel aufweist. In dieser sind eine Vielzahl jeweils einen hydrostatischen Arbeitsraum begrenzenden Arbeitskolben etwa axial geführt. Eine Drehachse der Zylindertrommel ist dabei gegen eine Drehachse der Triebwelle mit einem Schwenkwinkel anstell- oder verschwenkbar. Bei Verwendung der zweiten Hydromaschine mit konstantem zweiten Verdrängungsvolumen sind die Drehachsen gegeneinander fest angestellt.
Vorzugsweise ist die zweite Hydromaschine als Großwinkeleinheit mit erhöhter Verstellspreizung und daher hohem Wirkungsgrad ausgestaltet. Ist die zweite Hydromaschine mit verschobenem Verstellbereich ausgestaltet, so ist in einer Weiterbildung ein unterer Grenzwert des Verstellbereichs ein Schwenkwinkel, der einen Wert zwischen etwa 2° und 10° aufweist. Insbesondere weist der untere Grenzwert einen Wert zwischen 5° und 8° auf.
In einer Weiterbildung überdeckt der Verstellbereich des Schwenkwinkels etwa 20° bis 30°, insbesondere etwa 25°.
In einer Weiterbildung, in der die zweite Hydromaschine als Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise ausgestaltet ist, weist sie eine Verstelleinrichtung, insbesondere einen Verstellzylinder, auf, der so angeordnet ist, dass seine Verstellkraft für mittlere Schwenkwinkel des Verstellbereichs im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Zylindertrommel, etwa in einer Schwenkebene, wirksam ist. Auf diese Weise ist die Verstelleinrichtung an den verschobenen Verstell- bzw. Schwenkwinkelbereich angepasst und weist eine optimale Einleitung der Stellkraft auf.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass über sie eine Synchronisierung eines Getriebeeingangs, insbesondere einer mit der zweiten Hydromaschine gekoppelten Getriebeeingangswelle mit einem Getriebeausgang, insbesondere einer Getriebeausgangswelle des Schaltgetriebes, mittels einer Regelung einer Drehzahl der zweiten Hydromaschine, mittels einer Änderung des ersten Verdrängungsvolumens erfolgt.
Bevorzugt weist das Schaltgetriebe eine Mehrgangklauenkupplung aus. Dabei kann sie Synchronringe zur Angleichung oder Synchronisierung des Getriebeeingangs mit dem Getriebeausgang aufweisen oder es kann, bei letztgenannter Ausgestaltung der Steuereinrichtung mit Synchronisierung mittels der ersten Hydromaschine, auf die Verwendung des Synchronringes verzichtet werden. Im letztgenannten Fall ist das Schaltgetriebe vorrichtungstechnisch vereinfacht und der Wegfall des Synchronringes bedeutet eine Reduktion von Verschleißteilen.
Für das Konzept der Druck- oder Differenzdruckregelung über die erste Hydromaschine sind verschiedene Konzepte denkbar.
In einer ersten Variante weist die Getriebeanordnung hierzu wenigstens eine Druckerfassungseinheit auf, über die der Differenzdruck oder die Arbeitsdrücke der Arbeitsleitungen erfassbar ist oder sind. Des Weiteren weist die erste Hydromaschine einen Druckregler auf, der als Eingangsgrößen zum Einen den Differenzdruck, oder einen darin eingehenden Druck, und zum Anderen einen Sollwert des Differenzdrucks, oder des darin eingehenden Drucks, aufweist. Beispielsweise kann dies über ein Druckregelventil mit einem Ventilkörper ausgestaltet sein, der einerseits vom Differenzdruck der zweiten Hydromaschine und andererseits von einem Druckäquivalent eines Sollwertgebers beaufschlagt ist und über den die Verstelleinrichtung der ersten Hydromaschine mit Druckmittel versorgbar ist. Der Sollwertgeber des Druckreglers kann dabei beispielsweise ein elektromagnetischer Aktuator sein, der zum Wechsel der Getriebestufen den Sollwert des Differenzdrucks auf Null vorgibt.
Alternativ zu diesem Konzept kann der Differenzdruck oder Druck mittels der Regelung des Steuerdrucks erfolgen, mit dem die Verstelleinrichtung der ersten Hydromaschine versorgt ist. Hierzu ist die erste Hydromaschine derart ausgestaltet, dass der Steuerdruck in Richtung einer Vergrößerung ihres Verdrängungsvolumens wirksam ist und in entgegengesetzter Richtung ein von dieser Verstellung abhängiger Arbeitsdruck der zweiten Hydromaschine, d. h., der höhere der beiden Arbeitsdrücke der beiden Arbeitsleitungen, wirksam ist. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise dadurch bereitgestellt sein, dass die erste Hydromaschine als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit aus der Neutralstellung heraus verdrillter Steuerscheibe ausgestaltet ist. In dieser Variante ist die Steuereinrichtung zusätzlich derart ausgestaltet, dass über sie der Steuerdruck änderbar ist. Dabei ist in der Steuereinrichtung vorzugsweise ein Kennfeld abgelegt, mit dem zur Regelung des Drehmoments der zweiten Hydromaschine der Sollsteuerdruck der ersten Hydromaschine in Abhängigkeit vom Solldrehmoment (beim Wechsel gleich Null) und dem Verdrängungsvolumen der zweiten Hydromaschine ermittelbar ist. Vorzugsweise ist dabei im Kennfeld der Steuerdruck in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck der zweiten Hydromaschine oder des Differenzdrucks der zweiten Hydromaschine und vom Verdrängungsvolumen der ersten Hydromaschine und von einer Drehzahl und/oder einem Drehzahlbereich der ersten Hydromaschine abgelegt. Ein derartiges Konzept ist beispielsweise in der Druckschrift EP 2 767 739 A1 der Anmelderin beschrieben. Zur Regelung des Steuerdrucks kann dabei beispielsweise ein Druckreduzierventil verwendet werden. Dieses hat vorzugsweise einen axial verschieblichen Ventilkörper, der aus einer Neutralposition heraus in Richtung einer ersten Endposition und in entgegengesetzter Richtung in eine zweite Endposition verstellbar ist. Dabei ist mit zunehmender Verstellung ein erster Ausgangsanschluss oder ein zweiter Ausgangsanschluss des Druckreduzierventils zunehmend mit einem Eingangsanschluss verbindbar, wobei der jeweils andere der Ausgangsanschlüsse zunehmend mit einer Entspannungsleitung verbindbar ist. Das Druckreduzierventil hat dazu einen elektromagnetischen Aktor, wobei der Steuerdruck proportional zum elektrischen Strom dieses Aktors ist.
Als weiteres Konzept zur Differenzdruck- oder Druckregelung können aus dem Stand der Technik bekannte Methoden über die Volumenstrombilanzierung herangezogen werden.
Ein hydrostatischer Fahrantrieb hat eine Getriebeanordnung, die gemäß wenigstens einem der Aspekte der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist. Dabei kommen die bereits erwähnten Vorteile zum Tragen, weshalb auf deren Wiederholung verzichtet wird. Für den Bediener des Fahrantriebs resultiert die Verwendung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einem größeren Fahrkomfort. Dies ist damit begründet, dass während dem Wechsel der Getriebestufe die zeitaufwendige Verstellung der zweiten Hydromaschine von einem großen Verdrängungsvolumen hin zu einem Verdrängungsvolumen von Null und wieder zurück entfällt. Dadurch kann, insbesondere bei einer Bergauffahrt, die zu starke Absenkung der Fahrgeschwindigkeit und der damit verbundene, bereits besprochene, Schaltabbruch verhindert werden. Generell erweist sich der Fahrantrieb mit dieser Getriebeanordnung als für die Bediener schneller schaltbar und ruckfreier fahrbar.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Getriebeanordnung, die gemäß wenigstens einem der Aspekte der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist, dient insbesondere dem Regeln des Drehmoments der zweiten Hydromaschine während dem Wechsel der Getriebestufen. Erfindungsgemäß weist das Verfahren einen Schritt „Regeln des Differenzdrucks oder des darin eingehenden Arbeitsdrucks der zweiten Hydromaschine über die Steuereinrichtung auf null oder etwa Null auf. Wie bereits erwähnt, kann auf diese Weise auf das Nullschwenken der zweiten Hydromaschine verzichtet werden, wodurch zweite Hydromaschinen mit der bereits genannten Eigenschaft „verschobener Verstellbereich“ Verwendung finden können, was zur Wirkungsgradsteigerung der Getriebeanordnung führt. Darüber hinaus gelten die bereits genannten Vorteile, wie sie bei der Beschreibung der Getriebeanordnung aufgeführt wurden.
In einer Weiterbildung enthält der genannte Schritt einen Schritt „Ändern einer Stellgröße der ersten Hydromaschine, insbesondere über die Steuereinrichtung“.
In einer Weiterbildung erfolgt dies über ein „Ändern des ersten Verdrängungsvolumens, der ersten Hydromaschine, insbesondere über die Steuereinrichtung“.
In einer Weiterbildung erfolgt nach dem Schritt „Regeln des Differenzdrucks der zweiten Hydromaschine über die Steuereinrichtung auf etwa Null ein Schritt Neutralschalten des Schaltgetriebes, insbesondere über die Steuereinrichtung“.
Letztgenannter Schritt ist insbesondere dann notwendig, sollte das Schaltgetriebe keine oder keinen Synchronring für den Wechsel der Getriebestufen aufweisen. Dann erfolgt die Synchronisierung des Getriebeeingangs mit dem Getriebeausgang des Schaltgetriebes insbesondere mittels einer Regelung einer Drehzahl der zweiten Hydromaschine, insbesondere mittels einer Änderung des ersten Verdrängungsvolumens der ersten Hydromaschine, insbesondere über die Steuereinrichtung.
In einer Weiterbildung erfolgt nach dem Schritt „Synchronisieren des Getriebeeingangs mit dem Getriebeausgang des Schaltgetriebes“ ein Schritt „Schalten, im Sinne von Einlegen, der anderen (Ziel-)Getriebestufe, insbesondere über die Steuereinrichtung“. In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt im Anschluss ein Schritt „Regeln des Drehmomentes der zweiten Hydromaschine gemäß einem, insbesondere von einem Bediener, angeforderten Wert oder gemäß einem Wert vor dem Wechsel der Getriebestufen, insbesondere über die Steuereinheit“.
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Fahrantriebes mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung, sowie ein erfindungsgemäßes Verfahrens zur Steuerung der Getriebeanordnung, sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen:
1 einen für beide Ausführungsbeispiele gültigen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Fahrantriebs mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer ersten Hydromaschine (Hydropumpe) der Getriebeanordnung gemäß 1;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer ersten Hydromaschine der Getriebeanordnung gemäß 1;
4 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung des Drehmoments M_HM der zweiten Hydromaschine gemäß den 1 bis 3, und
5 ein Kennfeld eines Sollsteuerdrucks p_Stsoll in Abhängigkeit eines Arbeitsdrucks p der Getriebeanordnung und eines ersten Verdrängungsvolumens V_HP der ersten Hydromaschine.
Gemäß 1 hat ein Fahrantrieb 1, beispielsweise der einer mobilen Arbeitsmaschine, eine Getriebeanordnung 3 mit einer als Dieselmotor ausgebildeten Antriebsmaschine 2, einem hydrostatischen Getriebe 4 und einem im Ausführungsbeispiel zweistufigen Schaltgetriebe 6. Das hydrostatische Getriebe 4 hat eine als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgestaltete, erste Hydromaschine 8; 108, die über zwei Arbeitsleitungen 10, 12 mit einer als Axialkolbenmotor in Schrägachsenbauweise ausgebildeten, zweiten Hydromaschine 14 fluidisch in einem geschlossenen, hydraulischen Kreis verbunden ist. Die erste Hydromaschine 8; 108 ist über eine Antriebswelle 16 mit der Antriebsmaschine 2 gekoppelt. Eine Triebwelle 18 der zweiten Hydromaschine 14 ist mit einer Eingangswelle 20 des Schaltgetriebes 6 gekoppelt. Eine Ausgangswelle 22 des Schaltgetriebes 6 ist mit einem Differenzial 24 einer zweirädrigen Achse 26 des Fahrantriebs 1 gekoppelt. Beide Hydromaschinen 8; 108, 14 weisen jeweils ein verstellbares Verdrängungsvolumen auf. Die erste Hydromaschine 8; 108 ist dabei derart ausgestaltet, dass sie in allen vier Quadranten, in beiden Drehmomentrichtungen sowohl als Hydropumpe, als auch als Hydromotor arbeiten können. Die zweite weist einen verschobenen Verstellbereich gemäß der vorangegangenen, allgemeinen Beschreibung dieser Druckschrift auf und ist folglich nur auf einer Seite des Nullverdrängungsvolumens und nicht hin zu diesem, oder darüber hinaus, verstellbar.
Des Weiteren hat die Getriebeanordnung 3 eine Steuereinrichtung 28, insbesondere zur Steuerung des Drehmoments der Triebwelle 18. Mit der Steuereinrichtung 28 signalverbunden sind eine Schaltanforderungseinrichtung 30, eine Gangwahleinrichtung 32 eine Fahrtrichtungswahleinrichtung 34, ein Fahrpedal 36, eine Kriechgangwahleinrichtung 38, ein Bremspedal 40 und eine Automatikwahleinrichtung 42. Alle genannten Einrichtungen 30 bis 42 sind über einen CAN-Bus 44 einerseits mit der Steuereinrichtung 28 und andererseits zumindest mit der Antriebsmaschine 2 signalverbunden.
Das Schaltgetriebe 6 hat eine erste Getriebestufe 46 mit einer kleinen Übersetzung und eine zweite Getriebestufe 48 mit einer größeren Übersetzung der Drehzahl n_A der Ausgangswelle 23 zur Drehzahl n_HM der Eingangswelle 18. Des Weiteren hat das Schaltgetriebe 6 eine Klauenkupplung 50, die synchronringlos ausgestaltet ist. Ein Aktuator 52 der Klauenkupplung 50 ist starr mit einem Kolben 54 eines Stellzylinders 56 gekoppelt. Letztgenannter hat zwei gleiche, vom Kolben 54 getrennte Druckmittelräume 58, 60, die über Steuerleitungen 62, 64 mit einem elektromagnetisch betätigbaren 4/3-Schaltventil 66 verbunden sind. Letztgenanntes weist eine erste Schaltstellung 66a auf, in der der erste Druckraum 58 mit einer Druckmittelleitung 68 und der zweite Druckraum 60 mit einer Tankleitung 70 verbunden ist. In einer zweiten Schaltstellung 66b ist der zweite Druckmittelraum 60 mit der Druckmittelleitung 68 und der erste Druckmittelraum 58 mit der Tankleitung 70 verbunden. Die erste Schaltstellung 66a bewirkt dabei ein Verschieben des Kolbens 54 derart, dass über die Klauenkupplung 50 die erste Getriebestufe 46 eingelegt wird, die zweite Schaltstellung 66b bewirkt, dass über den Kolben 54 und die Klauenkupplung 50 die zweite Getriebestufe 48 eingelegt wird.
Das 4/3-Schaltventil 66 und der Stellzylinder 56 sind zu einer Einheit zusammengefasst. Diese Einheit weist zudem zwei Endlagenschalter 72, 74 auf, über die anhand der Position des Kolbens 54 das erfolgreiche Schalten der jeweiligen Getriebestufe 46, 48 erkannt werden kann. Beide Endlagenschalter 72, 74 sind jeweils über eine Signalleitung mit der Steuereinrichtung 28 verbunden. Das 4/3-Wegeschaltventil 66 ist über die Druckmittelleitung 68 mit einer Speisepumpe 76 verbunden.
Das hydrostatische Getriebe 4 hat einen variablen, kontinuierlich verstellbaren Übersetzungsbereich. Das ihm nachgeschaltete Schaltgetriebe 6 dient der Abdeckung eines erforderlichen Geschwindigkeitsbereichs des Fahrantriebs 1. Die Getriebeanordnung 3 ist dabei derart ausgestaltet, dass das Schaltgetriebe 6 während des Fahrbetriebs schaltbar ist.
Das Schalten oder Wechseln der Getriebestufen 46, 48 ist über die Steuereinrichtung 28 automatisiert steuerbar. Zu diesem Zweck weist die Getriebeanordnung 3 einen Drehzahlsensor 76 auf, über den die Drehzahl n_A der Ausgangswelle 22 erfassbar ist. Zudem weist sie einen Drehzahlsensor 78 zur Erfassung der Drehzahl n_HM der Eingangswelle 18 auf.
Die erste Getriebestufe 46 hat ein fest mit der Eingangswelle gekoppeltes Zahnrad 80, das in permanentem Eingriff mit einem über die Klauenkupplung 50 mit der Ausgangswelle 22 koppelbaren Losrad 82 ist. Entsprechend weist die zweite Getriebestufe 48 ein fest mit der Eingangswelle 18 gekoppeltes Zahnrad 84 und ein damit dauerhaft in Eingriff befindliches, über die Klauenkupplung 50 mit der Ausgangswelle 22 koppelbares Losrad 86 auf.
Gemäß 1 hat die erste Hydromaschine 8; 108 eine Verstelleinheit 88; 188 zur Verstellung ihres ersten Verdrängungsvolumens V_HP und die zweite Hydromaschine 14 eine Verstelleinrichtung 90 zur Verstellung Ihres zweiten Verdrängungsvolumens V_HM. Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, dass die Verstelleinrichtung 90 elektroproportional erfolgt. Dazu weist die Verstelleinrichtung 90 einen hydraulischen Stellzylinder auf, dessen gegenseitig wirksame Druckräume jeweils über ein elektroproportional verstellbares Druckregelventil mit Druckmittel versorgbar sind.
Die elektroproportionale Verstellung ermöglicht eine stufenlose Verstellung des Verdrängungsvolumens V_HM. Dabei erfolgt die Verstellung proportional zum aufgebrachten elektrischen Stellstrom. Die Regelung kann dabei eine positive Kennung aufweisen, was gleichbedeutend damit ist, dass ein Regelbeginn bei minimalem Stellstrom bei einem minimalen Verdrängungsvolumen V_HMmin und ein Regelende bei maximalem Stellstrom und einem maximalem Verdrängungsvolumen V_HMmax liegt. Alternativ ist eine Regelung mit negativer Kennung möglich. Vorteil dieses Steuerungskonzeptes für die zweite Hydromaschine 14 ist, dass das tatsächliche zweite Verdrängungsvolumen V_HM im Wesentlichen dem von der Steuereinrichtung 28 angeforderten Sollwert V_HMsoll der zweiten Hydromaschine 14 entspricht. Somit ist das zweite Verdrängungsvolumen V_HM zu jedem Zeitpunkt der Regelung im Wesentlichen bekannt. Da es sich jedoch nicht um einen erfassten, sondern um einen angenommenen Wert des Verdrängungsvolumens V_HM der zweiten Hydromaschine 14 handelt, wird dieser Wert im Folgenden als V_HM* bezeichnet.
Erfindungsgemäß wird der Differenzdruck Δp, im Folgenden der Einfachheit halber p genannt, über die erste Hydromaschine 8; 108 geregelt. Im Folgenden wird dabei näher das bereits erwähnte Regelkonzept auf Basis des zu regelnden Steuerdrucks p_St erläutert. Hierzu bieten sich zwei Varianten an, die in den folgenden 2 und 3 erläutert werden. Den beiden Varianten gemeinsam ist, dass die Arbeitsleitungen 10, 12 über jeweilige Druckbegrenzungsventile 92 mit Nachsaugfunktion gegen Überlast abgesichert sind. Des Weiteren weist jede erste Hydromaschine 8; 108 einen Steuerdruckanschluss G auf, an dem ein konstanter Steuerdruck ansteht.
Gemäß 2 hat eine Verstelleinrichtung 88 der ersten Hydromaschine 8 ein Druckreduzierventil 94. Dieses ist über ein 4/3-Wegeschaltventil 96 mit jeweils einer Druckmittelkammer eines Stellzylinders 98 verbindbar, dessen Kolben 100 mit einer Schwenkwiege der ersten Hydromaschine 8 zur Verstellung von deren ersten Verdrängungsvolumen V_HP gekoppelt ist. Das Druckreduzierventil 98 ist elektromagnetisch, elektrisch direkt gesteuert, betätigbar und über eine Signalleitung 44a mit der Steuereinrichtung 28 gemäß 1 verbunden. Über die Steuerdruckleitung 102 steht an einem Steuerdruckeingang 104 des Druckreduzierventils 94 der vom Anschluss G gelieferte Steuerdruck an. Ein Ventilkörper des Druckreduzierventils 94 ist über eine Feder in eine Endstellung vorgespannt, in der ein Steuerdruckausgang 106 des Druckreduzierventils 94 mit einem Tank T in Druckmittelverbindung gebracht ist. Der Federkraft entgegen wirkt ein Elektromagnet 109, der über die Signalleitung 44a bestrombar ist. Bei Bestromung verschiebt sich der Ventilkörper des Druckreduzierventils 94 von der genannten Endstellung (Verbindung Steuerdruckausgang 106 mit dem Tank T) hin zu Zwischenstellungen, in der zunehmend die andere Endstellung, die die fluidische Verbindung des Steuerdruckeingangs 104 mit dem Steuerdruckausgang 106 bewirkt, Einfluss gewinnt. Dem entsprechend steigt mit zunehmender Bestromung des Elektromagneten 109 der Steuerdruck am Steuerdruckausgang 106. Der Steuerdruckausgang 106 ist über eine Steuerdruckleitung mit dem 4/3-Wegeschaltventil 96 verbunden. Je nach dessen Schaltstellung 96a oder 96b wird dann entweder die eine oder die andere Druckmittelkammer des Stellzylinders 98 mit Druckmittel beaufschlagt. Das 4/3-Wegeschaltventil 96 dient dadurch als ein die Fahrtrichtung bestimmendes Ventil.
Für beide Ausführungsbeispiele der ersten Hydromaschine 8; 108 gilt, dass der am jeweiligen Steuerdruckausgang 106 dem Stellzylinder 98 bereitgestellte Steuerdruck p_St bezogen auf die jeweilige ausgewählte Fahrtrichtung zu einer Vergrößerung des ersten Verdrängungsvolumens V_HP führt. Dem entgegen wirkt jeweils der dann höhere der beiden Arbeitsdrücke p_A, p_B in den Arbeitsleitungen 12, 10. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird dies durch eine entsprechende Verdrillung der jeweiligen Steuerscheibe der ersten Hydromaschine 8; 108 erreicht. Daraus resultiert, dass der jeweilige Arbeitsdruck p_A bzw. p_B und dadurch auch der Differenzdruck p als Funktion des Steuerdrucks p_St in Form eines Kennfeldes bekannt ist. Dieses Kennfeld zeigt beispielsweise die 5. Dabei ist zu bemerken, dass ein derartiges Kennfeld zusätzlich von der Drehzahl n_HP der ersten Hydromaschine 8; 108 abhängt. Ein derartiges Kennfeld für einen Drehzahlbereich der Hydromaschine 8; 108 oder mehrere Kennfelder für mehrere Drehzahlen sind in der Steuereinrichtung 28 hinterlegt.
Für einen Getriebestufenwechsel von der ersten Getriebestufe 46 zur zweiten Getriebestufe 48 sei gemäß 5 angenommen, dass ein relatives erstes Verdrängungsvolumen v_HP der ersten Hydromaschine 8; 108 gerade bei 0,5 steht. Das erste Verdrängungsvolumen V_HP weist also gerade die Hälfte seines Maximums V_HPmax auf. Es soll nun in die zweite Getriebestufe 48 gewechselt werden. Hierfür ist, wie bereits erwähnt, die Eingangswelle 20, d. h., die Triebwelle 18 drehmomentfrei zu regeln. In 5 ersichtlich ist, dass aus dem relativen Verdrängungsvolumen v_HP von 0,5 und dem geforderten Solldifferenzdruck p_soll von 0 bar ein Sollsteuerdruck p_Stsoll an resultiert. Dieser wird über die Steuereinrichtung 28 und die Signalleitung 44a in Form eines entsprechenden elektrischen Sollwertsignals an den Elektromagneten 109 übergeben. In Zusammenwirken mit der Feder des Druckreduzierventils 94 erfolgt die Reduzierung des in der Steuerdruckleitung 102 anstehenden Druckes derart, bis am Steuerdruckausgang 106 der entsprechende Wert p_St = p_Stsoll ansteht. Über das Kräftegleichgewicht an der Schwenkwiege der ersten Hydromaschine 8; 108, bestehend aus der aus dem Steuerdruck p_St resultierenden Stellkraft des Stellzylinders 98, einer an der Schwenkwiege angreifenden Rückstellkraft einer Rückstellvorrichtung, Fliehkräften und einer aus dem Differenzdruck resultierenden, an der Schwenkwiege angreifendem Rückstellkraft wird der Differenzdruck p auf Null geregelt. In diesem Moment ist die Triebwelle 18 drehmomentfrei. Über die Steuereinrichtung 28 kann dann die Klauenkupplung 50, genauer gesagt deren Aktuator 52, in eine Neutralstellung geschaltet werden. Da eine Zieldrehzahl n_HM für die (Ziel-)Getriebestufe 48 aufgrund des bekannten Übersetzungssprungs ebenso bekannt ist, kann nun über die Steuereinrichtung 28 die Synchronisierung der Eingangswelle 20 (Triebwelle 18) mit der Ausgangswelle 22 erfolgen. Dies erfolgt über die Anpassung der Verdrängungsvolumina V_HP und V_HM. Sind die Drehzahlen der Eingangswelle 20 und der Ausgangswelle 22 gemäß der neuen Übersetzung synchronisiert, was mittels der Drehzahlerfassungseinheiten 76, 78 und der Steuereinrichtung 28 überprüft wird, so kann letztgenannte über eine Signalleitung 44b das 4/3-Wegeschaltventil 66 in seine zweite Schaltstellung 66b schalten. Dann wird der zweite Druckmittelraum 60 mit Druckmittel aus der Druckmittelleitung 68 beaufschlagt und der Kolben 54 rückt den Aktuator 52 und damit die Klauenkupplung in das Losrad 86 ein, wodurch die Ausgangswelle 22 drehfest mit dem Losrad 86 verbunden wird und die zweite Getriebestufe 48 wirksam ist. Im Nachgang wird ein Drehmoment M_HM, das während des Wechsels wie bereits erwähnt Null war, auf den ursprünglichen, vor dem Getriebestufenwechsel anliegenden Wert, oder einen an einen aktuellen Fahrerwunsch angepassten Wert über die Steuereinrichtung 28 nachgeregelt.
3 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der ersten Hydromaschine 108. Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist das Druckreduzierventil 194 so ausgestaltet, dass das 4/3-Wegeschaltventil 96 gemäß 2 eingespart werden kann. Dem entsprechend weist das Druckreduzierventil 194, oder besser die Druckreduzierventileinheit 194, zwei Druckreduzierventile auf, wobei jedem einzelnen eine Förderrichtung der ersten Hydromaschine 108 und damit Fahrtrichtung des Fahrantriebs 1 zugeordnet ist. Beide einzelnen Druckreduzierventile der Druckreduzierventileinheit 194 weisen jeweils einen Steuerdruckeingang 104 und einen Steuerdruckausgang 106 auf. Jeder der Steuerdruckausgänge 106 ist dabei einem der Druckmittelräume des Stellzylinders 98 fest zugeordnet. Ventilkörper der beiden Druckreduzierventile sind über eine Federkraft gekoppelt. Jedes der Druckreduzierventile weist eine erste Endstellung auf, in deren Richtung am Ventilkörper der am Steuerdruckausgang 106 anstehende Steuerdruck und die Kraft der Feder wirkt. In dieser ersten Einstellung ist der Steuerdruckausgang 106 mit dem Tank T fluidisch verbunden. In einer zweiten Einstellung des jeweiligen Druckreduzierventils ist der Steuerdruckeingang 104 mit dem Steuerdruckausgang 106 verbunden. Zwischen den Endstellungen sind Zwischenstellungen möglich. In die zweite Einstellung ist die Kraft des jeweiligen Elektromagneten a bzw. b des einzelnen Druckreduzierventils wirksam. Die Elektromagneten a, b sind über eine Signalleitung 44c bzw. 44d b mit der Steuereinrichtung 28 signalverbunden.
Das Wirkprinzip der Druckregelung, wie es bereits gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 beschrieben wurde, gilt unter Beachtung der genannten Änderungen bezüglich der Druckreduzierventileinheit 194 auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 3.
4 verdeutlicht die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 28 gemäß 1 im Zusammenspiel mit den beiden Hydromaschinen 8; 108 und 14. Gemäß 4 erhält die Steuereinrichtung 28 als Eingangsgröße das angeforderte Soll-Drehmoment M_HMsoll, die von der Drehzahlerfassungseinheit (nicht dargestellt) erfasste Drehzahl n_HP der ersten Hydromaschine 8; 108 und die von der Drehzahlerfassungseinheit 78 erfasste Drehzahl n_HM der zweiten Hydromaschine 14. Diese Eingangsgrößen sind minimale Voraussetzungen zur Regelung des Drehmomentes M_HM der zweiten Hydromaschine 14 über die Steuereinrichtung 28. Die zweite Hydromaschine 14, die in den gezeigten Ausführungsbeispielen als im 4-Quadrantenbetrieb betreibbarer Hydromotor ausgestaltet ist, weist eine proportionale, insbesondere elektroproportionale, Steuerung ihres Verdrängungsvolumens V_HM mittels der Verstelleinrichtung 90 auf. Demgemäß entspricht der vom Modul 28a der Steuereinrichtung 28 ausgegebener Sollwert V_HMsoll des Verdrängungsvolumens V_HM im Wesentlichen dem tatsächlichen Verdrängungsvolumen V_HM. Da es sich jedoch nicht um einen erfassten sondern um einen angenommenen Wert des Verdrängungsvolumens V_HM der zweiten Hydromaschine 14 handelt, wird dieser Wert im Folgenden als V_HM* bezeichnet.
Zunächst erfolgt über die Steuereinheit 8 und deren Druck-/Momentenberechnungsmodul 28b aus dem Zusammenhang M_HMsoll = p_sollV_HM* die Ermittlung des Soll-Arbeitsdrucks p_soll in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments M_HMsoll und des aktuellen Verdrängungsvolumens V_HM* der zweiten Hydromaschine 14. Des Weiteren erfolgt über die Steuereinrichtung 28 aus dem Zusammenhang Q = n_HM V_HM* und der erfassten Drehzahl n_HP die Ermittlung des aktuellen Verdrängungsvolumens V_HP der ersten Hydromaschine 8; 108. Die ermittelten Werte p_soll und V_HP, sowie die erfasste Drehzahl n_HP der ersten Hydromaschine 8; 108 gehen in ein Druckregelungsmodul 28c der Steuereinrichtung 28 ein. Dort ist das Kennfeld des Steuerdrucks p_St in Abhängigkeit des Differenzdrucks p, in diesem Fall des Soll-Differenzdrucks p_soll, und eines relativen Verdrängungsvolumens v_HP(v_HP = V_HP/V_HPmax) der ersten Hydromaschine 8; 108 bei einer gegebenen Drehzahl n_HP gemäß 5 abgelegt.
Gemäß 5 entspricht die Kurvenschar von 0 bis 450 bar für positive, relative Verdrängungsvolumina v_HP der ersten Hydromaschine 8; 108 einem Zugbetrieb in der Vorwärtsfahrt, die Kurvenschar von 0 bis –450 bar bei positivem, relativem Verdrängungsvolumen v_HP einem Bremsbetrieb in der Vorwärtsfahrt, die Kurvenschar von 0 bis 450 bar bei negativem, relativem Verdrängungsvolumen v_HP der ersten Hydromaschine 8; 108 einem Zugbetrieb bei Rückwärtsfahrt und die restliche Kurvenschar von 0 bis –450 bar bei negativem, Verdrängungsvolumen v_HP der ersten Hydromaschine 8; 18 einem Bremsbetrieb in der Rückwärtsfahrt. Die Kurve 0 bar stellt dabei einen momentenfreien Segelbetrieb in der Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt dar, in dem erfindungsgemäß der Wechsel der Getriebestufen 46 und 48 erfolgt.
Um die Berechnung der Steuereinrichtung 28 und deren Präzision weiter zu verbessern, kann eine Schwenkwinkelerfassungseinheit für die erste Hydromaschine 8; 108 vorgesehen sein, die die Berechnung des Verdrängungsvolumens V_HP über die Steuereinheit 28, falls gewünscht, überflüssig macht.
Der Fahrantrieb 1 gemäß 1 ist momentenbasiert geregelt, wodurch ein natürliches Fahrgefühl, wie beispielsweise in einem PKW ermöglicht ist. Dabei ist die Stellung eines Sollwertgebers, beispielsweise des Fahrpedals 36, beispielsweise proportional zum verfügbaren Drehmoment der Antriebsmaschine 2. Das Wirken der Steuereinrichtung 28 ermöglicht beispielsweise eine direkte Beeinflussung einer Zugkraftcharakteristik des Fahrantriebs 1 in allen vier Quadranten. Alternativ oder ergänzend kann in der Steuereinrichtung 28 eine Charakteristik hinterlegt sein, die in einer Vorwärtsfahrt mehr Zugkraft, d.h. mehr Drehmoment M_HM der zweiten Hydromaschine 14, als in einer Rückwärtsfahrt ermöglicht. Alternativ oder ergänzend erfolgt über die Steuereinrichtung 28 eine Begrenzung des Drehmomentes M_HM durch den Fahrer über ein HMI, wenn beispielsweise der Bodenbelag empfindlich sein sollte. Alternativ oder ergänzend erfolgt über die Steuereinrichtung 28 ein Bremsen mit konstantem Drehmoment M_HM oder beliebig geformter Bremscharakteristik. Eine weitere Möglichkeit der Steuereinrichtung 28 ist, Fahren mit einem minimal notwendigen Drehmoment M_HM und einem sofortigen Stehenbleiben, wenn ein Fahrwiderstand ansteigt, um zum Beispiel Schäden beim Rangieren zu vermeiden, zu ermöglichen. Eine Parametrierung des Fahrantriebs 1 ist auf Basis von fahrzeugbezogenen Parametern möglich, so dass keine Softwarekenntnisse nötig sind. So kann beispielsweise ein maximales Anfahrmoment M_HMmax in der Steuereinrichtung 28 parametriert abgelegt sein, um eine Fahrdynamik des Fahrantriebs 1 zu beeinflussen. Auch kann ein Schleppmoment des Fahrantriebs 1 beim Ausrollen parametriert abgelegt sein, um rein über das Fahrpedal 36 rangieren zu können oder um einen verbrauchsoptimalen Segelbetrieb des Fahrantriebs 1 zu realisieren.
Offenbart ist eine Getriebeanordnung für einen Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Getriebe, das mit einem wenigstens zwei schaltbare Getriebestufen aufweisenden Schaltgetriebe in Reihe gekoppelt ist. Zwischen einer Hydromaschine des hydrostatischen Getriebes und einem Getriebeeingang des Schaltgetriebes ist dabei ein Drehmoment übertragbar. Es ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, über das Drehmoment während einem Wechsel der Getriebestufen des Schaltgetriebes auf etwa Null reduzierbar ist. Dabei ist über die Steuereinrichtung während dem Wechsel eine Drehmomentfreiheit über eine Regelung des an der zweiten Hydromaschine anstehenden Differenzdrucks möglich.
Offenbart ist weiterhin ein Fahrantrieb mit einer derartigen Getriebeanordnung und ein Verfahren zur Steuerung dieser Getriebeanordnung.
Bezugszeichenliste

1: Fahrantrieb
2: Antriebsmaschine
3: Getriebeanordnung
4: Hydrostatisches Getriebe
6: Schaltgetriebe
8; 108: erste Hydromaschine
10: erste Arbeitsleitung
12: zweite Arbeitsleitung
14: zweite Hydromaschine
16: Antriebswelle
18: Triebwelle
20: Eingangswelle
22: Ausgangswelle
24: Differenzial
26: Achse
28: Steuereinrichtung
30: Schwenkwinkelerfassungseinheit
32: Gangswahleinrichtung
34: Fahrtrichtungswahleinrichtung
36: Fahrpedal
38: Kriechgangwahleinrichtung
40: Bremspedal
42: Automaticwahleinrichtung
44: CAN-Bus
46: erste Getriebestufe
48: zweite Getriebestufe
50: Klauenkupplung
52: Aktor
54: Kolben
56: Stellzylinder
58: erster Druckraum
60: zweiter Druckraum
62, 64: Steuerleitung
66: 4/3-Wegeschaltventil
66a: erste Schaltstellung
66b: zweite Schaltstellung
68: Druckmittelleitung
70: Tankleitung
72, 74: Endlagenschalter
76, 78: Drehzahlsensor
80, 84: Zahnrad
82, 86: Losrad
;44b: Signalleitung
88; 188: Verstelleinrichtung
90: Verstelleinrichtung
92: Druckbegrenzungsventil
94; 194: Druckreduzierventil
96: 4/3-Wegeschaltventil
96a: erste Schaltstellung
96b: zweite Schaltstellung
98: Stellzylinder
100: Stellkolben
102: Steuerdruckleitung
104: Steuerdruckeingang
106: Steuerdruckausgang
;44c, ;44d: Signalleitung
194: Druckreduzierventileinheit
n_HP: Drehzahl erste Hydromaschine
n_HM: Drehzahl zweite Hydromaschine
V_HP: Verdrängungsvolumen erste Hydromaschine
V_HM*: Verdrängungsvolumen zweite Hydromaschine
V_HMsoll: Sollwertverdrängungsvolumen zweite Hydromaschine
M_HP: Drehmoment erste Hydromaschine
M_HMsoll: Soll-Drehmoment zweite Hydromaschine
M_HM: Drehmoment zweite Hydromaschine
Q: Volumenstrom
p: Differenzdruck
p_soll: Soll-Arbeitsdruck
p_Stsoll: Soll-Steuerdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10119236 C1 [0005]
DE 19949177 A1 [0006]
DE 19524189 A1 [0007]
EP 1076194 A2 [0008]
DE 10133358 B4 [0009]
EP 2767739 A1 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Datenblatt RD 92004/06.12 [0004]

Claims

Getriebeanordnung für einen Fahrantrieb (1), mit einer ersten Hydromaschine (8; 108), die mit einer Antriebsmaschine (2) koppelbar ist und ein verstellbares erstes Verdrängungsvolumen (V_HP) aufweist, und mit einer zweiten Hydromaschine (14), die über eine erste Arbeitsleitung (10) und eine zweite Arbeitsleitung (12) der Getriebeanordnung (3) mit der ersten Hydromaschine (8; 108) fluidisch verbindbar ist, wobei die zweite Hydromaschine (14) mit einem wenigstens zwei Getriebestufen (46, 48) aufweisenden Schaltgetriebe (6) der Getriebeanordnung (3) koppelbar oder gekoppelt ist, so dass ein Drehmoment (M_HM) übertragbar ist, und wobei die Getriebeanordnung (3) eine Steuereinrichtung (28) hat, über die das Drehmoment (M_HM) während einem Wechsel von einer Getriebestufe (46, 48) zur anderen Getriebestufe (48, 46) auf null oder etwa null reduzierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (28) derart ausgestaltet ist, dass über sie während dem Wechsel ein Differenzdruck (p) der zweiten Hydromaschine (14) auf etwa null oder auf null regelbar ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, wobei über die Steuereinrichtung (28) zur Reduzierung des Drehmoments (M_HM) auf etwa null oder auf null eine Stellgröße der ersten Hydromaschine (8; 108) änderbar ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 2, wobei die Stellgröße das erste Verdrängungsvolumen (V_HP) ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hydromaschine (14) ein verstellbares zweites Verdrängungsvolumen (V_HM) aufweist und beide Grenzwerte eines Verstellbereichs des zweiten Verdrängungsvolumens (V_HM) entweder diesseits oder jenseits eines Nullwertes des zweiten Verdrängungsvolumens (V_HM) liegen.
Getriebeanordnung nach Anspruch 4, wobei die zweite Hydromaschine (14) eine mit dem Schaltgetriebe (6) koppelbare Triebwelle (18) und eine damit drehfest verbundene Zylindertrommel aufweist, wobei eine Drehachse der Zylindertrommel gegen eine Drehachse der Triebwelle (18) mit einem Schwenkwinkel verschwenkbar ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 5, wobei ein unterer der Grenzwerte des Verstellbereichs dem Schwenkwinkel von etwa 2° bis 10° entspricht.
Getriebeanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Verstellbereich des Schwenkwinkels etwa 25° überdeckt.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die zweite Hydromaschine (14) eine Verstelleinrichtung (90) hat, die so angeordnet ist, dass ihre Verstellkraft für mittlere Schwenkwinkel im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Zylindertrommel in einer Schwenkebene wirksam ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über die Steuereinrichtung (28) eine Synchronisierung eines Getriebeeingangs (20) mit einem Getriebeausgang (22) des Schaltgetriebes (6) mittels einer Regelung einer Drehzahl (n_HM) der zweiten Hydromaschine (14) mittels einer Änderung des ersten Verdrängungsvolumens (V_HP) erfolgt.
Hydrostatischer Fahrantrieb mit einer Getriebeanordnung (3), die gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.
Verfahren zur Steuerung einer Getriebeanordnung (3), die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestaltet ist, insbesondere zum Regeln des Drehmoments (M_HM) der zweiten Hydromaschine (14) während dem Wechsel, gekennzeichnet durch einen Schritt – Regeln des Differenzdrucks (p) der zweiten Hydromaschine (14) über die Steuereinrichtung (28) auf etwa null oder auf null.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt – Regeln des Differenzdrucks (p) der zweiten Hydromaschine (14) über die Steuereinrichtung (28) auf etwa null oder auf null. einen Schritt – Ändern einer Stellgröße der ersten Hydromaschine (8; 108) enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt – Ändern der Stellgröße der ersten Hydromaschine (8; 108) über einen Schritt – Ändern des ersten Verdrängungsvolumens (V_HP) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei nach dem Schritt – Regeln des Differenzdrucks (p) der zweiten Hydromaschine (14) über die Steuereinrichtung (28) auf etwa null oder auf null. ein Schritt – Neutralschalten des Schaltgetriebes (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei nach dem Schritt – Neutralschalten des Schaltgetriebes (6) ein Schritt – Synchronisieren eines Getriebeeingangs (20) mit einem Getriebeausgang (22) des Schaltgetriebes (6) erfolgt.