DE102016200755A1

DE102016200755A1 - Stufenloses, hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe sowie Nutzfahrzeug mit einem solchen Leistungsverzweigungsgetriebe

Info

Publication number: DE102016200755A1
Application number: DE102016200755.6A
Authority: DE
Inventors: Josef Häglsperger; Dieter Stöckl
Original assignee: AVL Commercial Driveline and Tractor Engineering GmbH
Current assignee: AVL Commercial Driveline and Tractor Engineering GmbH
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2017-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein stufenloses, hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe (100), welches ein Planetengetriebe (130) zur Aufteilung einer mechanischen Eingangsleistung in einen ersten, mechanischen Leistungszweig und einen zweiten, hydrostatischen Leistungszweig sowie eine Summierungseinrichtung (140) und ein Reversiergetriebe (170) aufweist, und ein Nutzfahrzeug mit einem solchen Leistungsverzweigungsgetriebe (100). Der hydrostatische Leistungszweig weist einen ersten, als Pumpe betreibbaren Hydrostaten (H1) sowie einen zweiten, mittels des ersten Hydrostaten (H1) antreibbaren Hydrostaten (H2) auf, der als Motor betreibbar ist und zur Abgabe einer Leistung an die Summierungseinrichtung (140) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das Reversiergetriebe (170) im mechanischen Leistungszweig in Leistungsflussrichtung zwischen dem Planetengetriebe (130) und der Summierungseinrichtung (140) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses, hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Reversiergetriebe für ein Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Traktor, Radlader, Telehandler, Forwarder, Skidder, Grader oder dergleichen, sowie ein Nutzfahrzeug mit einem solchen Leistungsverzweigungsgetriebe.
Stufenlose, hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe mit Reversiergetriebe sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2007 047 194 A1 , der WO 2012/004173 A2 oder der DE 10 2007 013 493 A1 , wobei stufenlose Getriebe häufig auch als sogenannte CVT-Getriebe bezeichnet werden, wobei die Abkürzung CVT für Continuously Variable Transmission steht.
Aus der erstgenannten DE 10 2007 047 194 A1 ist beispielsweises ein stufenloses, hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem hydrostatischen Leistungszweig und einem mechanischen Leistungszweig bekannt, bei dem eine von einer Brennkraftmaschine abgegebene und auf eine Antriebswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes aufgebrachte Antriebsleistung mittels eines Planentengetriebes mit einem Hohlrad, einer Sonne und einem Planetenradträger mit wenigstens einem Planetenrad in einen hydrostatischen Leistungsanteil und einen mechanischen Leistungsanteil aufgeteilt wird und anschließend mittels einer Summierungseinrichtung in Form einer Summierungswelle wieder zu einer Gesamt-Leistung überlagert bzw. aufsummiert wird.
Der hydrostatische Leistungsanteil wird dabei über den hydrostatischen Leistungszweig übertragen und der mechanische Leistungsanteil über den mechanischen Leistungszweig. Das heißt, das Planetengetriebe dient als Leistungsweiche und teilt die von einem Antriebsmotor auf die Antriebswelle aufgebrachte Leistung auf den hydrostatischen Leistungszweig und den mechanischen Leistungszweig auf, wobei der mechanische Leistungsanteil und der hydrostatische Leistungsanteil später mittels der Summierungseinrichtung wieder zu einer Gesamt-Leistung zusammengeführt werden.
Der hydrostatische Leistungszweig, der einen als Pumpe betreibbaren Hydrostaten umfasst, insbesondere eine durch Verschwenken stufenlos verstellbare Hydropumpe, sowie einen als Motor betreibbaren Hydrostaten, insbesondere einen durch Verschwenken stufenlos verstellbaren Hydromotor, welcher mit der Hydropumpe in hydraulischer Wirkverbindung steht, bildet dabei ein hydrostatisches Getriebe, mit welchem sich eine stufenlose Übersetzung einstellen lässt.
Das stufenlose Einstellen der Übersetzung mittels des hydrostatischen Getriebes im hydrostatischen Leistungszweig erfolgt dabei durch stufenloses Verschwenken der Hydropumpe bzw. der Hydromotoren, wobei das Verschwenken jeweils eine Änderung des Förder- bzw. Schluckvolumens bewirkt, so dass jeweils ein anliegender Hydraulikmittelfluss stufenlos verändert wird.
Mit der vom Planetengetriebe in den hydrostatischen Leistungszweig abgeführten Leistung kann die Hydropumpe angetrieben werden, welche in Abhängigkeit von einem eingestellten Fördervolumen einen Hydraulikdruck erzeugt, mit welchem wiederum der Hydromotor angetrieben werden kann. Je nach anstehendem Hydraulikdruck und jeweils eingestelltem Schluckvolumen am Hydromotor erzeugt der Hydromotor eine entsprechende, mechanische Abgabeleistung, welche als hydrostatischer Leistungsanteil an die Summierungseinrichtung übertragen werden kann, um mit dem mechanischen Leistungsanteil des mechanischen Leistungszweiges wieder zu einer Gesamt-Leistung überlagert zu werden.
Durch Wiederzusammenführen des Leistungsanteils des hydrostatischen Leistungszweiges mit dem Leistungsanteil des mechanischen Leistungszweig am Ende der beiden Leistungszweige lässt sich eine stufenlose Gesamtübersetzung einstellen.
Das heißt durch Überlagern bzw. Summieren des hydrostatischen Leistungsanteils mit dem mechanischen Leistungsanteil zu einer Gesamt-Leistung kann eine stufenlos einstellbare Übersetzung zwischen einer Eingangsdrehzahl und einer Ausgangsdrehzahl realisiert werden. Das Übersetzungsverhältnis des Leistungsverzweigungsgetriebes wird dabei über den hydrostatischen Leistungszweig eingestellt, in dem je nach gewünschter Übersetzung der über den mechanischen Leistungszweig übertragenen mechanischen Leistung eine entsprechende, über den hydrostatischen Leistungszweig übertragene und entsprechend übersetzte, hydrostatische Leistung überlagert wird.
Zwischen der Antriebswelle und dem Planetengetriebe ist ein Reversiergetriebe angeordnet bzw. dem Planetengetriebe vorgeschaltet, mittels welchem sich die Drehrichtung der Antriebswelle, je nach gewünschter Fahrtrichtung, vorwärts oder rückwärts, umkehren lässt, so dass ein nahezu uneingeschränkter Rückwärtsfahrbetrieb realisierbar ist.
Aus der WO 2012/004173 A2 und der DE 10 2007 013 493 A1 sind ferner Leistungsverzweigungsgetriebe bekannt, bei welchen das Reversiergetriebe in Leistungsflussrichtung der Summierungseinrichtung nachgeschaltet ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives, insbesondere ein verbessertes, stufenloses, hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit Reversiergetriebe sowie ein Nutzfahrzeug mit einem verbesserten Leistungsverzweigungsgetriebe bereitzustellen, insbesondere mit einem zumindest in einem Teilbetriebsbereich verbesserten Wirkungsgrad gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Leistungsverzweigungsgetriebe.
Diese Aufgabe wird mittels eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß der Lehre des Anspruchs 1 gelöst sowie mittels eines Nutzfahrzeugs gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Weiterbildungen des Leistungsverzweigungsgetriebes und des Nutzfahrzeugs sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 ist ein stufenloses, hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe für ein Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Traktor, Radlader, Telehandler, Forwarder, Skidder, Grader oder dergleichen.
Ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 weist eine mit einem Antriebsmotor koppelbare Antriebswelle, ein mit der Antriebswelle gekoppeltes Planetengetriebe eine Summierungseinrichtung sowie ein Reversiergetriebe auf. Dabei ist das Planetengetriebe dazu ausgebildet, eine über die Antriebswelle aufgebrachte, mechanische Eingangsleistung in einen ersten Leistungszweig in einen zweiten Leistungszweig aufzuteilen, wobei der erste Leistungszweig ein mechanischer Leistungszweig ist und der zweite Leistungszweig ein hydrostatischer Leistungszweig. Die Summierungseinrichtung ist dazu ausgebildet, die Leistung des mechanischen Leistungszweigs und die Leistung des hydrostatischen Leistungszweigs wieder zu einer Gesamt-Leistung zu überlagern, wobei die Summierungseinrichtung eine Summierungswelle aufweist, auf welche die Leistung des hydrostatischen Leistungszweigs die Leistung des mechanischen Leistungszweigs aufgebracht werden können. Dabei ist die Summierungswelle mit einer Abtriebswelle gekoppelt oder bildet die Abtriebswelle. Über die Abtriebswelle wird eine Ausgangsleistung abgeführt. Der hydrostatische Leistungszweig des Leistungsverzweigungsgetriebe weist ein hydrostatisches Getriebe auf mit einem, mit dem Planetengetriebe gekoppelten, als Pumpe betreibbaren mittels der Antriebswelle antreibbaren ersten, verschwenkbaren Hydrostaten, sowie einem zweiten verschwenkbaren Hydrostaten, wobei der zweite Hydrostat als Motor betreibbar ist. Der zweite Hydrostat ist dabei mit dem ersten Hydrostaten gekoppelt und ist mittels des ersten Hydrostaten antreibbar, wobei der zweite Hydrostat zur Abgabe einer Leistung an die Summierungseinrichtung ausgebildet ist und mit der Summierungseinrichtung gekoppelt ist.
Erfindungsgemäß ist das Reversiergetriebe im mechanischen Leistungszweig in Leistungsflussrichtung zwischen dem Planetengetriebe und der Summierungseinrichtung angeordnet.
Mittels des Reversiergetriebes kann ein nahezu uneingeschränkter Rückwärtsfahrbetrieb ermöglicht werden, insbesondere ein Rückwärtsfahrbetrieb mit nahezu gleicher Leistung wie im Vorwärtsfahrbetrieb. D.h. das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe ist reversierbar, insbesondere vollreversierbar. Durch das Reversiergetriebe, insbesondere durch dessen erfindungsgemäße Anordnung, kann bei Rückwärtsfahrt ferner die Erzeugung von Blindleistung vermieden werden, so dass ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe in beiden Fahrtrichtungen, d.h. sowohl im Vorwärtsfahrbetrieb als auch im Rückwärtsfahrbetrieb, mit einem ähnlich guten Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Durch das Reversiergetriebe kann ebenfalls erreicht werden, insbesondere durch dessen erfindungsgemäße Anordnung, dass das mechanische, am Planetengetriebe anliegende Lastmoment im Umschaltpunkt vom Vorwärtsfahrbetrieb in den Rückwärtsfahrbetrieb nahezu Null wird, wodurch ein nahezu lastloses Umschalten möglich ist. Ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe hat ferner den Vorteil, dass nur ein geringes Schaltmoment beim Umschalten vom Vorwärtsfahrbetrieb in den Rückwärtsfahrbetrieb am Reversiergetriebe auftritt. Dadurch kann die Umschaltung auch mit einfachen Schaltelementen ausgeführt werden, wie beispielsweise Klauen- oder Synchronschaltelementen, alternativ zu Lamellenkupplungen. Ferner kann ein Zugkraftabfall unmittelbar nach dem Umschaltpunkt in der Rückwärtsfahrt vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Reversiergetriebes im mechanischen Leistungszweig in Leistungsflussrichtung zwischen dem Planetengetriebe, mit welchem eine auf die Antriebswelle aufgebrachte Eingangsleistung in einen mechanischen Leistungsanteil und einen hydrostatischen Leistungsanteil aufgeteilt wird und der Summierungseinrichtung, insbesondere der Summierungswelle, hat außerdem den Vorteil, dass ein maximales, vom Reversiergetriebe zu übertragendes Drehmoment nur einen Bruchteil, insbesondere nur etwa ca. 10 %, des Drehmoments beträgt, was bei vorgeschalteten oder nachgeschalteten Reversiergetrieben übertragen werden muss, da durch die erfindungsgemäße Anordnung nur das Drehmoment des mechanischen Leistungszweiges übertragen werden muss und nicht das Drehmoment der gesamten Antriebsleistung. D.h., dass maximale Drehmoment, welches vom Reversiergetriebe übertragen werden muss, ist deutlich geringer, als bei vorgeschalteten oder nachgeschalteten Reversiergetrieben.
Ein weiterer Vorteil, der sich durch das Reversiergetriebe ergibt, insbesondere durch dessen erfindungsgemäße Anordnung, ist, dass die Hydrostaten geringer belastet werden. Bei entsprechend vorteilhafter Anordnung und Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes kann die Belastung der Hydrostaten dabei um bis zu 60% reduziert werden. Dadurch kann eine höhere Lebensdauer der Hydrostaten erreicht werden.
Ein derartiges Leistungsverzweigungsgetriebe ist insbesondere vorteilhaft für ein Nutzfahrzeug, bei dem die Rückwärtsfahrleistung etwa wie die Vorwärtsfahrleistung ausgebildet sein sollte, das heißt insbesondere für Radlader, Traktoren oder Telehandler.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem stufenlosen Getriebe ein Getriebe verstanden, welches zumindest in einem bestimmten Bereich eine stufenlos einstellbare Übersetzung aufweist, das heißt, bei dem zumindest in einem bestimmten Bereich das Verhältnis der Drehzahlen der treibenden und der getriebenen Wellen, stufenlos geändert werden kann, beispielsweise in einem bestimmten Drehzahlbereich bzw. in einem Vorwärtsfahrbereich oder in einem Rückwärtsfahrbereich.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem hydrostatischen Getriebe ein Getriebe verstanden, bei welchem unter Berücksichtigung auftretender Verluste, eine, insbesondere mechanische, Eingangsleistung auf eine Hydropumpe aufgebracht wird und von der Hydropumpe hydraulisch mittels einer Hydraulikflüssigkeit an wenigstens einen Hydromotor übertragen wird, wobei die Leistung vom Hydromotor wieder abgegeben wird, insbesondere als mechanische Leistung. Die Hydropumpe und die Hydromotoren können dabei entfernt voneinander angeordnet sein. Hydrostatische Getriebe sowie die einzelnen Komponenten sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
Hydrostatische Getriebe im Sinne der Erfindung ermöglichen eine stufenlose Einstellung der Übersetzung, das heißt eine stufenlose Drehzahl-Drehmomentenwandlung, wobei das Einstellen der stufenlosen Übersetzung insbesondere durch stufenloses Ändern des Hydraulikflusses zwischen der Hydropumpe und dem wenigstens einen Hydromotor erreicht wird, zum Beispiel durch eine stufenlose Fördervolumenänderung der Hydropumpe und/oder durch eine stufenlose Schluckvolumenänderung des Hydromotors.
Unter einer Hydropumpe im Sinne der Erfindung wird dabei ein als Pumpe betreibbarer Hydrostat verstanden und unter einem Hydromotor ein als Motor betreibbarer Hydrostat, wobei unter einem Hydrostaten eine hydraulische Maschine verstanden wird. Die Hydropumpe ist dabei, unter Berücksichtigung auftretender Verluste, dazu ausgebildet, eine mechanische Eingangsleistung in eine hydraulische Ausgangsleistung zu wandeln, insbesondere in eine hydraulische Leistung in Form von Druck und Volumen, und dabei insbesondere einen kontinuierlichen Volumenstrom zu erzeugen. Ein Hydromotor ist entsprechend dazu ausgebildet unter Berücksichtigung auftretender Verluste, eine hydraulische Eingangsleistung, insbesondere eine hydraulische Leistung in Form von Druck und Volumen, in eine mechanische Ausgangsleistung zu wandeln.
Unter dem Fördervolumen im Sinne der Erfindung wird dabei die Menge an Hydraulikflüssigkeit verstanden, welche eine Hydropumpe pro Umdrehung fördert. Unter dem Schluckvolumen wird dabei die Menge an Hydraulikflüssigkeit verstanden, welche ein Hydromotor pro Umdrehung verbraucht. Bei verstellbaren Hydropumpen ist das Fördervolumen dabei innerhalb gewisser Grenzen variabel, wobei das Fördervolumen dabei in der Regel unter anderem proportional zur Drehzahl ist, mit welcher die Hydropumpe angetrieben wird. Die von einem Hydromotor abgegebene Leistung ist bei konstantem Druck in der Regel unter anderem proportional zum Schluckvolumen.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem mechanischen Getriebe ein Getriebe verstanden, mit welchem mithilfe mechanischer Komponenten eine Übersetzung aufgebracht werden kann. Beispiele für ein mechanisches Getriebe sind Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe oder Planetenradgetriebe.
Unter einem hydrostatisch-mechanischen Getriebe im Sinne der Erfindung wird entsprechend ein Getriebe verstanden, das wenigstens aus einem hydrostatischen Getriebe und einem mechanischen Getriebe zusammengesetzt ist, das heißt ein Getriebe, das ein hydrostatisches Getriebe sowie ein mechanisches Getriebe aufweist.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Leistungsverzweigungsgetriebe ein Getriebe verstanden, welches dazu ausgebildet ist, eine aufgebrachte Leistung auf mehrere Leistungszweige aufzuteilen, wobei in der Regel die aufgeteilte Leistung mittels einer sogenannten Summierungseinrichtung wieder zu einer Gesamt-Leistung überlagert werden kann.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Nutzfahrzeug ein Kraftfahrzeug verstanden, dass nach seiner Bauart und Einrichtung zum Transport von Personen und/oder Gütern bestimmt ist und/oder zum Ziehen von Anhängern oder ein Arbeitsfahrzeug ist, wie beispielsweise ein Radlader, Traktor oder dergleichen.
Im Sinne der Erfindung ist ein Traktor eine Zugmaschine, die in der Landwirtschaft zum Zug, aber auch zum Antrieb landwirtschaftlicher Maschinen benutzt wird.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Radlader eine Baumaschine zum Laden und Transportieren von Gütern, insbesondere über kurze Strecken, verstanden.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Telehandler ein Teleskop-Lader verstanden, welcher häufig auch als Teleskoparmstapler bezeichnet wird, und bei dem es sich um eine fahrbare Baumaschine handelt, die als Ausrüstungsträger konzipiert ist, das heißt mit verschiedenen Ausrüstungsteilen bestückt, unterschiedliche Aufgaben erledigen kann.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Forwarder ein Arbeitsfahrzeug für die Holzernte verstanden, das geerntetes Holz aus dem Wald an die für LKW befahrbaren Waldwege vorliefert. Forwarder werden häufig auch als Rückezug oder Tragrückeschlepper bezeichnet und sind zum Transport von Abschnitten entwickelt worden, das heißt von Holz, das in definierten Längen geerntet worden ist.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Skidder eine Arbeitsmaschine, insbesondere ein Arbeitsfahrzeug verstanden, welches dazu vorgesehen ist, gefällte Bäume aus dem Wald an einen mit LKW befahrbaren Weg zu ziehen und dort abzulegen.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Grader eine Baumaschine zum Herstellen von großen, ebenen Flächen verstanden, wobei ein Grader häufig auch als Planierer, Erdhobel oder Straßenhobel bezeichnet wird.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Antriebsmotor ein Motor verstanden, der dazu ausgebildet ist, eine Antriebswelle anzutreiben, wobei der Antriebsmotor beispielsweise ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor oder dergleichen sein kann.
Im Sinne der Erfindung wird unter der Antriebswelle eine Welle verstanden, über welche eine vom Antriebsmotor aufgebrachte Leistung an das Leistungsverzweigungsgetriebe übertragen werden kann, wobei die Antriebswelle dabei in der Regel eine Eingangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes bildet.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Planetengetriebe ein als Umlaufrädergetriebe ausgebildetes Zahnradgetriebe verstanden, bei dem eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle vorzugsweise zueinander fluchten. Ein Planetengetriebe im Sinne der Erfindung weist dabei wenigstens ein Hohlrad sowie eine Sonne und einen Planetenradträger mit wenigstens einem daran angebundenen Planetenrad auf, wobei sich das Planetenrad um die Sonne bewegen kann und sich mit dem Hohlrad und der Sonne im Eingriff befindet.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem mechanischen Leistungszweig der Leistungszweig verstanden, welcher die durch das Planetengetriebe aufgeteilte mechanische Leistung überträgt. Entsprechend wird unter dem hydrostatischen Leistungszweig der Leistungszweig verstanden, in welchem die aufgeteilte Leistung hydrostatisch übertragen wird.
Im Sinne der Erfindung wird unter einer Summierungseinrichtung eine Einrichtung verstanden, welche dazu ausgebildet ist, die Leistungen der einzelnen Leistungszweige wieder zu einer Gesamt-Leistung zu überlagern, insbesondere aufzusummieren. Im speziellen Fall ist die Summierungseinrichtung dementsprechend dazu ausgebildet, die Leistung des mechanischen Leistungszweigs und die Leistung des hydrostatischen Leistungszweigs wieder zu einer Gesamt-Leistung zu überlagern, wobei unter einer Gesamt-Leistung insbesondere die Summe aus der mechanischen Leistung und der hydrostatischen Leistung verstanden wird.
Vorzugsweise ist der Planetenradträger des Planetengetriebes, welches zur Leistungsverzweigung vorgesehen ist, mit der Antriebswelle gekoppelt, insbesondere drehfest mit der Antriebswelle verbunden, so dass der Planetenradträger über die Antriebswelle angetrieben werden kann.
Bevorzugt ist das Hohlrad dabei mit dem als Pumpe betreibbaren, ersten Hydrostaten gekoppelt, insbesondere über eine zusätzliche Zahnradstufe, besonders bevorzugt über eine Stirnradstufe, wobei über das Hohlrad der hydrostatische Leistungsanteil abgeführt werden kann, mit welchem die Hydropumpe angetrieben werden kann.
Die Sonne des Planetengetriebes ist zur Leistungsverzweigung vorzugsweise mit der Summierungseinrichtung gekoppelt, insbesondere mit der Summierungswelle, so dass über die Sonne der mechanische Leistungsanteil abgeführt werden kann und auf die Summierungswelle übertragen werden kann. Bevorzugt ist die Sonne dabei über eine Zahnradstufe mit der Summierungseinrichtung gekoppelt, insbesondere über eine Stirnradstufe.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Reversiergetriebe ein Getriebe verstanden, welches die Umschaltung zwischen einem Vorwärtsfahrbetrieb und einem Rückwärtsfahrbetrieb mechanisch ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes kann der zweite Hydrostat über eine erste Kupplung, vorzugsweise über eine Lamellenkupplung, mit der Summierungseinrichtung gekoppelt werden, wobei mittels der ersten Kupplung ein Leistungsfluss vom zweiten Hydrostaten zur Summierungseinrichtung hergestellt oder getrennt werden kann. Dabei kann die vom zweiten Hydrostaten abgegebene Leistung bevorzugt bei geschlossener erster Kupplung an die Summierungseinrichtung übertragen werden, während vorzugsweise bei geöffneter erster Kupplung der Leistungsfluss getrennt ist und keine Übertragung der vom zweiten Hydrostaten abgegebenen Leistung an die Summierungseinrichtung erfolgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe weist das hydrostatische Getriebe im hydrostatischen Leistungszweig zusätzlich einen dritten, als Motor betreibbaren Hydrostaten auf, wobei der dritte Hydrostat bevorzugt ebenfalls mit dem ersten Hydrostaten gekoppelt ist und mittels des ersten Hydrostaten angetrieben werden kann. Dabei ist der dritte Hydrostat vorzugsweise ebenfalls zur Abgabe einer Leistung an die Summierungseinrichtung ausgebildet und entsprechend mit der Summierungseinrichtung gekoppelt. Durch die Anordnung eines zusätzlichen, dritten Hydrostaten kann zum einen die Flexibilität eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes erheblich gesteigert werden, insbesondere im Hinblick der möglichen Übersetzung sowie der möglichen Übersetzungsbereiche, in denen sich eine stufenlose Übersetzung realisieren lässt. Zum anderen ermöglicht der dritte Hydrostat einen besonders effizienten Betrieb eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes, insbesondere lässt sich dadurch der Wirkungsgrad eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes gegenüber den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen erheblich steigern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes kann die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung entweder entlang eines ersten Leistungspfades oder entlang eines zweiten Leistungspfades an die Summierungseinrichtung übertragen werden. Dadurch lässt sich ein besonders effizienter Betrieb eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes realisieren, da die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung wahlweise über den ersten Leistungspfad oder über den zweiten Leistungspfad an die Summierungseinrichtung, insbesondere die Summierungswelle, übertragen werden kann.
In einer weiteren Vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes werden die vom zweiten Hydrostaten an die Summierungseinrichtung abgegebene Leistung und die vom dritten Hydrostaten an die Summierungseinrichtung abgegebene Leistung ausschließlich auf der Summierungswelle überlagert. Das heißt, die vom zweiten Hydrostaten und dritten Hydrostaten abgegebenen Leistung werden vorzugsweise stets auf der Summierungswelle und nur dort zusammengeführt bzw. miteinander überlagert. Dadurch lässt sich eine besonders vorteilhafte, kompakte Anordnung eines stufenlosen, hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes realisieren, insbesondere eine besonders vorteilhafte, kompakte Anordnung eines Leistungsverzweigungsgetriebes, bei welchem die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung wahlweise entlang eines ersten Leistungspfades oder entlang eines zweiten Leistungspfades an die Summierungseinrichtung übertragen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes ist das Leistungsverzweigungsgetriebe derart ausgebildet, dass die an die Summierungseinrichtung übertragene Leistung des mechanischen Leistungszweigs, die vom zweiten Hydrostaten an die Summierungseinrichtung abgegebene Leistung und die vom dritten Hydrostaten an die Summierungseinrichtung abgegebene Leistung einstufig zu einer Gesamt-Leistung überlagert werden können, vorzugsweise mittels der Summierungswelle, insbesondere ausschließlich mit der Summierungswelle. Das heißt mit anderen Worten, die einzelnen Leistungsanteile, insbesondere die an die Summierungseinrichtung übertragene Leistung des mechanischen Leistungszweig und die beiden mittels des zweiten Hydrostaten und des dritten Hydrostaten erzeugten Leistungsanteile des hydrostatischen Leistungszweigs können in einer Stufe bzw. in einem Schritt alle gleichzeitig überlagert werden, vorzugsweise auf der Summierungswelle, insbesondere ausschließlich bzw. stets auf der Summierungswelle.
In einigen Fällen kann es hingegen vorteilhaft sein, wenn ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe in einer alternativen Ausgestaltung derart ausgebildet ist, dass die einzelnen Leistungsanteile, insbesondere die an die Summierungseinrichtung übertragene Leistung des mechanischen Leistungszweigs, die vom zweiten Hydrostaten an die Summierungseinrichtung abgegebene Leistung und die vom dritten Hydrostaten an die Summierungseinrichtung abgegebene Leistung mehrstufig, vorzugsweise zweistufig, zu einer Gesamt-Leistung überlagert werden können. Vorzugsweise können dabei in einer ersten Stufe die Leistung des mechanischen Leistungszweiges und die von einem der beiden als Motor betreibbaren Hydrostaten abgegebene Leistung mittels der Summierungseinrichtung zu einer Zwischen-Leistung überlagert werden und in einer zweiten Stufe diese Zwischen-Leistung und die vom anderen der beiden als Motor betreibbaren Hydrostaten abgegebene Leistung zu einer Gesamt-Leistung überlagert werden, wobei die Zwischen-Leistung und die vom anderen der beiden als Motor betreibbaren Hydrostaten abgegebene Leistung vorzugsweise mittels der Summierungswelle, insbesondere ausschließlich mit der Summierungswelle zur Gesamt-Leistung überlagert werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes kann die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung entlang des ersten Leistungspfades ohne Übersetzung oder mit einer ersten Übersetzung über wenigstens ein erstes Übersetzungsgetriebe an die Summierungseinrichtung übertragen werden. Das heißt mit anderen Worten, dass im ersten Leistungspfad zwischen dem dritten Hydrostaten und der Summierungseinrichtung kein Übersetzungsgetriebe, ein erstes Übersetzungsgetriebe mit einer Übersetzung von 1 oder wenigstens ein Übersetzungsgetriebe mit einer von 1 verschiedenen Übersetzung angeordnet sein kann. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei ein erstes Übersetzungsgetriebe erwiesen, welches eine von 1 verschiedene Übersetzung aufweist, insbesondere ein drehzahlreduzierend und damit drehmomenterhöhend wirkendes Übersetzungsgetriebe.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes kann die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung entlang des zweiten Leistungspfades ohne Übersetzung oder mit einer ersten Übersetzung über wenigstens ein zweites Übersetzungsgetriebe an die Summierungseinrichtung übertragen werden. Das heißt mit anderen Worten, dass im zweiten Leistungspfad zwischen dem dritten Hydrostaten und der Summierungseinrichtung ebenfalls kein Übersetzungsgetriebe, ein erstes Übersetzungsgetriebe mit einer Übersetzung von 1 oder wenigstens ein Übersetzungsgetriebe mit einer von 1 verschiedenen Übersetzung angeordnet sein kann.
Dann können auch mit einem dritten Hydrostaten mit einer geringeren Leistung, insbesondere mit einem geringeren Drehmoment als bei aus dem Stand der Technik bekannten, vergleichbaren Leistungsverzweigungsgetrieben, im unteren Geschwindigkeitsbereich hohe Zugkräfte übertragen werden. Das heißt, mit einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem drehmomenterhöhenden Übersetzungsgetriebe ist es ohne nennenswerte Einbußen in Bezug auf die Zugkraft im unteren Geschwindigkeitsbereich möglich, den dritten Hydrostat kleiner zu dimensionieren, das heißt auf eine geringere Nennleistung auszulegen, als bei vergleichbaren, aus dem Stand der Technik bekannten Leistungsverzweigungsgetrieben, da das geringere Drehmoment durch das Übersetzungsgetriebe kompensiert werden kann.
Ein im Verhältnis zu den sich ergebenden Möglichkeiten besonders einfach aufgebautes und damit äußerst vorteilhaftes Leistungsverzweigungsgetriebe ergibt sich mit einem, im ersten Leistungspfad angeordneten ersten Übersetzungsgetriebe mit einer drehmomenterhöhend wirkenden Übersetzung und mit einem zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung.
Mit einem derartigen, erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe ist es insbesondere möglich, die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung je nach Bedarf, beispielsweise in einem unteren Geschwindigkeitsbereich, über den ersten Leistungspfad über das erste Übersetzungsgetriebe an die Summierungseinrichtung zu übertragen oder, beispielsweise in einem hohen Geschwindigkeitsbereich, über den zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung.
Durch die wahlweise Übertragung der vom dritten Hydrostaten abgegebenen Leistung über den ersten Leistungspfad über das erste Übersetzungsgetriebe oder über den zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung kann, wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Leistungsverzweigungsgetrieben, auch im hohen Geschwindigkeitsbereich die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung ohne Übersetzung an die Summierungseinrichtung übertragen werden, wodurch volumetrische und mechanische Verluste des Leistungsverzweigungsgetriebes so gut wie möglich reduziert werden können und somit ein besserer Gesamtwirkungsgrad des Leistungsverzweigungsgetriebes erreicht werden kann.
Zur Umschaltung zwischen dem ersten Leistungspfad und dem zweiten Leistungspfad vom dritten Hydrostaten zur Summierungseinrichtung und/oder gegebenenfalls vom zweiten Hydrostaten zur Summierungseinrichtung ist vorzugsweise wenigstens eine Kupplung vorgesehen, insbesondere zwei Kupplungen, wobei die Kupplungen quasi eine Art Weiche bilden und bevorzugt wenigstens eine Kupplung als Lamellenkupplung ausgebildet ist, so dass je nachdem, wie die Kupplungen geöffnet oder geschlossen sind, die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung über den ersten Leistungspfad an die Summierungseinrichtung übertragen wird oder über den zweiten Leistungspfad. Die Kupplungen können dabei separat ausgebildet sein. Es kann aber selbstverständlich auch möglich, dass ein oder mehrere Kupplungen in eines oder mehrere der Übersetzungsgetriebe integriert sind.
Vorzugsweise kann die vom zweiten Hydrostaten abgegebene Leistung ohne eine Übersetzung, das heißt mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1, zur Summierungseinrichtung übertragen werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, die vom zweiten Hydrostaten abgegebene Leistung ebenfalls über wenigstens ein Übersetzungsgetriebe an die Summierungseinrichtung zu übertragen oder auch wie beim dritten Hydrostaten eine entsprechende Weiche vorzusehen, über welche die vom zweiten Hydrostaten abgegebene Leistung ebenfalls wahlweise bei einem zur Summierungseinrichtung hergestellten Leistungsfluss über einen ersten Leistungspfad mit oder ohne Übersetzung oder über einen zweiten Leistungspfad mit oder ohne Übersetzung an die Summierungsrichtung übertragen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes weist das erste Übersetzungsgetriebe und/oder das zweite Übersetzungsgetriebe vorzugsweise wenigstens eine Planetenstufe und/oder wenigstens eine Zahnradstufe auf, insbesondere eine Stirnradstufe, wobei unter einer Planetenstufe im Sinne der Erfindung ein Planetengetriebe mit wenigstens einer als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebestufe verstanden wird.
Bevorzugt weist das erste Übersetzungsgetriebe eine Planetenstufe auf, insbesondere eine drehmomenterhöhend wirkende Planetenstufe und/oder ist als Planetenstufe ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes kann der dritte Hydrostat sowohl über eine zweite Kupplung als auch über eine dritte Kupplung mit der Summierungseinrichtung gekoppelt werden. Dabei ist vorzugsweise mittels der dritten Kupplung ein Leistungsfluss entlang des ersten Leistungspfades vom dritten Hydrostaten zur Summierungseinrichtung herstellbar oder trennbar und mittels der zweiten Kupplung kann ein Leistungsfluss entlang des zweiten Leistungspfades vom dritten Hydrostaten zur Summierungseinrichtung hergestellt oder getrennt werden, wobei insbesondere die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung entlang des ersten Leistungspfades an die Summierungseinrichtung übertragen wird, wenn die zweite Kupplung geöffnet ist und die dritte Kupplung geschlossen ist, und entlang des zweiten Leistungspfades, wenn die zweite Kupplung geschlossen ist und die dritte Kupplung geöffnet ist.
Besonders bevorzugt kann dabei, insbesondere zum Schalten bzw. wenigstens für einen Zeitraum eines Schaltvorgangs, der Leistungsfluss vom dritten Hydrostaten zur Summierungseinrichtung getrennt werden, indem die zweite Kupplung und die dritte Kupplung gleichzeitig geöffnet werden können. Das heißt, durch gleichzeitiges Öffnen der zweiten und der dritten Kupplung kann vorzugsweise der Leistungsfluss vom dritten Hydrostaten zur Summierungseinrichtung getrennt bzw. unterbrochen werden und durch Schließen der zweiten oder der dritten Kupplung kann bevorzugt wahlweise die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung über den ersten Leistungspfad oder über den zweiten Leistungspfad an die Summierungseinrichtung abgegeben werden.
Bei einem vorbeschriebenen, besonders vorteilhaft ausgestalteten erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem im ersten Leistungspfad angeordneten, ersten Übersetzungsgetriebe mit einer drehmomenterhöhend wirkenden Übersetzung und mit einem zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung wird vorzugsweise die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung über den zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung an die Summierungseinrichtung übertragen, wenn die zweite Kupplung geschlossen ist und die dritte Kupplung geöffnet ist. Hingegen wird die vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung bevorzugt über den ersten Leistungspfad mit dem Übersetzungsgetriebe übertragen, wenn die zweite Kupplung geöffnet ist und die dritte Kupplung geschlossen ist. Dazu kann der dritte Hydrostat bevorzugt über die zweite Kupplung mit der Summierungseinrichtung drehfest gekoppelt werden und ist mittels der dritten Kupplung über das erste Übersetzungsgetriebe bevorzugt mit der Summierungseinrichtung drehverbindbar, jeweils insbesondere mit der Summierungswelle. Das heißt, bevorzugt kann der dritte Hydrostat zum einen über die zweite Kupplung drehfest mit der Summierungseinrichtung gekoppelt werden, so dass eine vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung an die Summierungseinrichtung übertragen werden kann, und zum anderen kann der dritte Hydrostat bevorzugt über die dritte Kupplung mit der Summierungseinrichtung derart drehverbunden werden, dass eine vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung über das erste Übersetzungsgetriebe an die Summierungseinrichtung übertragen werden kann.
Ist das erste Übersetzungsgetriebe als Planetenstufe ausgebildet, kann besonders bevorzugt die vom dritten Hydrostaten erzeugte mechanische Leistung über den Planetenradträger der Planetenstufe zur Summierungseinrichtung übertragen werden, wobei der dritte Hydrostat bevorzugt drehfest mit der Sonne der Planetenstufe verbunden ist und durch Schließen der zweiten Kupplung drehfest mit dem Planetenradträger verbunden werden kann und vorzugsweise durch Schließen der dritten Kupplung das Hohlrad der Planetenstufe und damit des ersten Übersetzungsgetriebes blockiert werden kann.
Dadurch wird bei geöffneter zweiter Kupplung und geschlossener dritter Kupplung das Hohlrad des Übersetzungsgetriebes blockiert und die vom dritten Hydrostaten abgegebene mechanische Leistung kann über den ersten Leistungspfad über das erste Übersetzungsgetriebe an die Summierungseinrichtung übertragen werden, und zwar von der drehfest mit dem dritten Hydrostaten verbundenen Sonne über die Planetenräder auf den Planetenradträger und von diesem weiter zur Summierungseinrichtung mit einem ersten Übersetzungsverhältnis gemäß der Ausgestaltung des Planetengetriebes mit der Übersetzung der Planetenstufe von der Sonne zum Planetenträger.
Bei geschlossener zweiter Kupplung und geöffneter dritter Kupplung hingegen kann die vom dritten Hydrostaten erzeugte Leistung über den zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung direkt auf den Planetenradträger und von dort weiter zur Summierungseinrichtung übertragen werden. Sind die zweite Kupplung und die dritte Kupplung gleichzeitig geöffnet, ist der Leistungsfluss vom dritten Hydrostaten zur Summierungseinrichtung bevorzugt getrennt bzw. unterbrochen.
In einer alternativen, aber ebenfalls in einigen Anwendungsfällen vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes mit einem als Zahnradstufe bzw. mit wenigstens einer Zahnradstufe ausgebildeten Übersetzungsgetriebe, insbesondere mit einem als Zahnradstufe ausgebildeten ersten Übersetzungsgetriebe, weist das Übersetzungsgetriebe zwei Zahnradstufen auf, insbesondere zwei Stirnradstufen. Das Leistungsverzweigungsgetriebe ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass die dritte Kupplung zwischen der ersten Zahnradstufe und der zweiten Zahnradstufe angeordnet ist, so dass die beiden Zahnradstufen des Übersetzungsgetriebes vorzugsweise mittels der dritten Kupplung drehfest miteinander koppelbar sind bzw. der Leistungsfluss zwischen der ersten Zahnradstufe und der zweiten Zahnradstufe getrennt werden kann. Der dritte Hydrostat ist dabei vorzugsweise ohne eine Übersetzung mittels der zweiten Kupplung mit der Summierungseinrichtung drehverbindbar, das heißt, insbesondere ohne eine zwischengeschaltete Zahnradstufe, so dass bei geschlossener zweiter Kupplung und gleichzeitig geöffneter dritter Kupplung vorzugsweise eine vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung über den zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung an die Summierungseinrichtung abgegeben werden kann und bei geöffneter zweiter Kupplung und geschlossener dritter Kupplung eine vom dritten Hydrostaten abgegebene Leistung über den ersten Leistungspfad mit Übersetzung zunächst über die erste Zahnradstufe und weiter über die zweite Zahnradstufe mit einer Übersetzung gemäß der Übersetzung der beiden Zahnradstufen an die Summierungseinrichtung übertragen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes weisen der zweite und der dritte Hydrostat jeweils unterschiedliche Nennleistungen auf. Dabei wird unter dem Begriff Nennleistung im Sinne der Erfindung die von den Hydromotoren üblicherweise maximal abgebbare Leistung verstanden. Besonders bevorzugt weist dabei der dritte Hydrostat eine kleinere Nennleistung auf als der zweite Hydrostat, wobei insbesondere der Hydromotor, dessen Leistung wahlweise über einen ersten Leistungspfad oder über einen zweiten Leistungspfad an die Summierungseinrichtung abgegeben werden kann, die kleinere Nennleistung aufweist, das heißt bevorzugt kleiner dimensioniert ist.
Sind beide als Motor betreibbaren Hydrostaten wahlweise sowohl über einen ersten Leistungspfad mit oder ohne Übersetzung oder über einen zweiten Leistungspfad mit oder ohne Übersetzung mit der Summierungseinrichtung koppelbar, weist vorzugsweise der Hydrostat die kleinere Nennleistung auf, der über ein Übersetzungsgetriebe mit einem größeren Übersetzungsverhältnis mit der Summierungseinrichtung gekoppelt ist, das heißt mit einem stärker drehzahlreduzierend bzw. stärker drehmomenterhöhend wirkenden Übersetzungsgetriebe.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes sind der zweite und der dritte Hydrostat koaxial zueinander angeordnet, das heißt ihre Rotationsachsen sind vorzugsweise fluchtend angeordnet. Besonders bevorzugt sind der zweite und der dritte Hydrostat dabei jeweils auch koaxial zur Summierungswelle der Summierungseinrichtung angeordnet. Das heißt mit anderen Worten, dass in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung die Rotationsachsen vom zweiten und dritten Hydrostaten nicht nur fluchtend zueinander angeordnet sind, sondern auch fluchtend zur Rotationsachse der Summierungswelle.
In einer alternativen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes sind die Rotationsachsen des zweiten und des dritten Hydrostaten parallel zueinander angeordnet und nicht koaxial, das heißt nicht fluchtend zueinander. Bevorzugt verlaufen die Rotationsachsen des zweiten und des dritten Hydrostaten dabei jedoch parallel zur Rotationsachse der Summierungswelle. Zur Übertragung der von den jeweils als Motor betreibbaren Hydrostaten abgegebenen Leistung an die Summierungseinrichtung, insbesondere zur Übertragung der Leistung auf die Summierungswelle, ist in diesem Fall vorzugsweise wenigstens eine Zahnradstufe vorgesehen, insbesondere eine Stirnradstufe welche mit der Summierungswelle gekoppelt ist. In diesem Fall bildet die Summierungswelle besonders bevorzugt die Abtriebswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes. Dies kann in einigen Einbausituationen aus Bauraumgründen vorteilhaft sein.
Die Zahnradstufe kann dabei ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweisen oder aber auch ein anderes Übersetzungsverhältnis, je nach Anwendungsfall. Das heißt, wenn die Rotationsachse wenigstens eines der beiden als Motor betreibbaren Hydrostaten nicht koaxial zur Rotationsachse der Summierungswelle verläuft, dass die vom entsprechenden Hydrostaten abgegebene Leistung bevorzugt über wenigstens eine Zahnradstufe an die Summierungswelle übertragen wird. Je nach Anwendungsfall kann es dabei vorteilhaft sein eine Zahnradstufe mit einem Übersetzungsverhältnis abweichend von 1:1 vorzusehen. Selbstverständlich können auch die von beiden Hydrostaten abgegebenen Leistungen jeweils über wenigstens eine Zahnradstufe an die Summierungswelle übertragen werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe können selbstverständlich auch die Rotationsachsen des zweiten Hydrostaten und des dritten Hydrostaten koaxial zueinander angeordnet sein, aber parallel zur Summierungswelle.
Der erste, als Hydropumpe betreibbarer Hydrostat ist vorzugsweise als Schrägscheiben-Verstellpumpe ausgebildet, er kann aber auch als Schrägachsen-Einheit ausgebildet sein.
Wenigstens einer der als Motor betreibbaren Hydrostaten, das heißt wenigstens der zweite und/oder der dritte Hydrostat, ist als Schrägachsen-Verstellmotor ausgebildet, vorzugsweise als Weitwinkel-Einheit mit einem Schwenkbereich von mindestens 45 Grad, insbesondere in beiden Richtungen.
Das Verstellen der Hydrostaten kann dabei jeweils auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, beispielsweise elektro-hydraulisch, elektrisch, mechanisch oder dergleichen.
Die Überwachung der Verstellpositionen kann dabei ebenfalls jeweils auf die nach dem Stand der Technik üblichen und bekannte Art und Weise elektronisch, mechanisch-hydraulisch oder dergleichen erfolgen.
Der als Hydropumpe betreibbare, erste Hydrostat ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass er aus einer Geradstellung in zwei Richtungen verschwenkbar ist, das heißt in eine Schwenkrichtung mit einem ersten, vorzugsweise positiven Schwenkbereich und in eine zweite, entgegengesetzte Schwenkrichtung mit einem zweiten, insbesondere negativen Schwenkbereich, um mit einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe möglichst uneingeschränkt rückwärtsfahren zu können.
Ein erfindungsgemäßes Nutzfahrzeug, insbesondere ein Traktor, Radlader, Telehandler, Forwarder, Skidder, Grader oder dergleichen ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein erfindungsgemäßes stufenloses, hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe aufweist.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung und auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwirklicht sein können und eine vorteilhafte sowie für sich genommen eine schutzfähige Ausführung darstellen können, für die ebenfalls Schutz beansprucht wird. Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele weiter erläutert, wobei die Erfindung dazu in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Dabei zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes in schematischer Darstellung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes in schematischer Darstellung,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes in schematischer Darstellung und
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes in schematischer Darstellung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 100 für einen Radlader in schematischer Darstellung. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 100 weist eine mit einem Antriebsmotor 120 verbindbare Antriebswelle 110 auf, über welche eine mechanische Eingangsleistung dem Leistungsverzweigungsgetriebe 100 zugeführt werden kann, sowie eine Abtriebswelle 150, über welche eine Ausgangleistung abgeführt werden kann.
Um die Übertragung von Stößen, Schwingungen oder dergleichen vom Antriebsmotor 120 zur Antriebswelle auf die Antriebswelle 110 zu reduzieren, ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein hier nicht dargestellter Dämpfer vorgesehen. Der Antriebsmotor 120 ist wie in diesem Fall vorteilhaft ein Verbrennungsmotor, kann aber selbstverständlich auch ein Elektromotor oder ein anderer Antriebsmotor sein.
Zur Verzweigung der Leistung weist das Leistungsverzweigungsgetriebe 100 ein Planetengetriebe 130 auf, wobei das Planetengetriebe 130 einen Planetenradträger 131, an welchem mindestens drei, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Planetenräder 132 befestigt sind, eine Sonne 134 sowie ein Hohlrad 133 auf. Mit Hilfe des Planetengetriebes 130 kann die über die Antriebswelle 110 aufgebrachte mechanische Leistung in einen ersten mechanischen Leistungszweig und einen zweiten hydrostatischen Leistungszweig aufgeteilt werden.
Der hydrostatische Leistungsanteil wird über den Planetenradträger 131 und die am Planetenradträger 131 befestigten Planetenräder 132 auf das Hohlrad 133 des Planetengetriebes 130 übertragen und von dort, bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich noch über eine Stirnradstufe mit den Stirnrädern Z2 und Z1, zu einem ersten, als Pumpe betreibbaren Hydrostaten H1, das heißt zu einer Hydropumpe H1, abgeführt.
Der erste, als Pumpe betreibbare Hydrostat H1 steht mit einem zweiten Hydrostaten H2 in hydraulischer Wirkverbindung und ist zum Antrieb des zweiten Hydrostaten H2 vorgesehen, wobei der zweite Hydrostat H2 als Motor betreibbar ist.
Die von der Antriebswelle 110 in den hydrostatischen Leistungszweig abgeführte, mechanische Leistung dient dabei dazu, die Hydropumpe H1 anzutreiben, welche die mechanische Leistung in eine hydraulische Leistung umwandelt, mit welcher wiederum der Hydromotor H2 angetrieben werden kann. Der Hydromotor H2 ist wiederum dazu ausgebildet, die hydraulische Leistung in eine mechanische Leistung umzuwandeln und dementsprechend jeweils eine mechanische Leistung abzugeben. Die von dem zweiten Hydrostaten H2 abgegebene Leistung wird direkt auf die Welle 140 übertragen, mittels welcher die einzelnen Leistungsanteile, das heißt der hydrostatische Leistungsanteil und der mechanische Leistungsanteil, wieder zu einer Gesamt-Leistung überlagert werden können.
Die Welle 140 dient somit dazu, den Leistungsanteil des ersten, mechanischen Leistungszweiges, also den mechanischen Leistungsanteil, und den Leistungsanteil des zweiten, hydrostatischen Leistungszweiges, also den hydrostatischen Leistungsanteil, wieder aufzusummieren bzw. zu einer Gesamt-Leistung zu überlagern. Daher wird die Welle 140 im Folgenden auch als Summierungswelle 140 bezeichnet. Über die Stirnradstufe mit den Zahnrädern Z6 und Z5 kann die Gesamt-Leistung von der Summierungswelle 140 auf die Abtriebswelle 150 übertragen werden.
Der mechanische Leistungsanteil wird dabei über den mechanischen Leistungszweig auf die Summierungswelle 140 übertragen, wobei der mechanische Leistungsanteil von der Antriebswelle 110 über den mit der Antriebswelle 110 drehfest verbundenen Planetenradträger 131, von diesem über die Planetenräder 132 weiter auf die Sonne 134 und von dort weiter über ein erfindungsgemäß in Leistungsflussrichtung zwischen dem Planetengetriebe 130 und der Summierungseinrichtung 140 angeordnetes Reversiergetriebe 170 auf die Summierungswelle 140 übertragen wird.
Mittels des Reversiergetriebes 170 kann zwischen zwei Fahrstufen, insbesondere zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt, umgeschaltet werden. Die Rückwärtsfahrstufe des Reversiergetriebes ist dabei mit „R“ bezeichnet, die Vorwärtsfahrtstufe mit „F“.
Durch Öffnen bzw. Schließen der Kupplungen K_RF kann die Fahrtrichtung umgekehrt werden und wahlweise Vorwärtsfahrbetrieb oder Rückwärtsfahrbetrieb eingestellt werden, wobei bei Vorwärtsfahrt der mechanischen Leistungsanteil über eine Stirnradstufe mit den Zahnrädern Z3 und Z4 an die Summierungswelle 140 übertragen wird. Im Rückwärtsfahrbetrieb wird der mechanische Leistungsanteil über das Stirnrad Z7, das Zwischenrad 180 und das Stirnrad Z8 auf die Summierungswelle 140 übertragen.
Durch Umschalten des Reversiergetriebes 170 von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt durch Öffnen bzw. Schließen der Kupplungen K_RF und Verschwenken des ersten Hydrostaten H1 aus seiner Geradstellung heraus jeweils in eine zugehörige Schwenkrichtung für Vorwärtsfahrt bzw. Rückwärtsfahrt kann von einem Vorwärtsfahrbetrieb in einen Rückwärtsfahrbetrieb umgeschaltet werden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Reversiergetriebes 170 im mechanischen Leistungszweig in Leistungsflussrichtung zwischen dem Planetengetriebe 130 und der Summierungseinrichtung 140 muss vom Reversiergetriebe 170 nur der mechanische Leistungsanteil umgekehrt werden und nicht die gesamte Antriebsleistung. Dies hat den Vorteil, dass alternativ zu Lamellenkupplungen die Umschaltung auch mit einfachen Schaltelementen wie Klauen- oder Synchronschaltelementen ausgeführt werden kann. Durch die Anordnung des Reversiergetriebes 170 im mechanischen Leistungszweig beträgt das maximal zu übertragende Drehmoment am Reversiergetriebe 170, insbesondere an der Vorwärts- bzw. Rückwärtskupplung K_RF, nur einen Bruchteil, in etwa nur 10%, einer sonst üblichen, in einem Gesamt-Leistungszweig nachgeschalteten Reversierkupplung.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Reversiergetriebes 170 zwischen dem Planetengetriebe 130 und der Summierungseinrichtung 140 hat ferner den Vorteil, dass das mechanische Lastmoment an der Sonne 134 des Planetengetriebes 130 im Umschaltpunkt zwischen Vorwärtsfahrtrichtung und Rückwärtsfahrtrichtung während eines aktiven Stillstands null ist, da die Hydropumpe H1, das heißt der erste Hydrostat H1, sich im Umschaltpunkt in der gestreckten Lage in Geradstellung befindet und dadurch kein Stützmoment auf das Hohlrad 133 erzeugt, so dass keine mechanische Leistung über die Sonne 134 in den mechanischen Leistungszweig abgeführt wird.
Da mit einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe 100 mit einem Reversiergetriebe 170 im mechanischen Leistungszweig des Weiteren keine hydrostatische Blindleistung durch den ersten Hydrostaten H1 erzeugt wird, ist es nicht erforderlich, um eine akzeptable Rückwärtsfahrleistung zu erreichen, die Hydropumpe H1, das heißt den ersten Hydrostaten H1, größer zu dimensionieren. Vielmehr kann mit einem derartigen, erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe 100 nahezu die gleiche Rückwärtsfahrleistung erreicht werden wie im Vorwärtsfahrbetrieb.
Die beiden Hydrostaten H1, H2 sind dabei jeweils als stufenlos verstellbare Hydrostaten ausgebildet, wobei es sich jeweils um durch Verschwenken verstellbare Hydrostaten H1 und H2 handelt. Der erste Hydrostat H1 ist in diesem Fall als Schrägscheiben-Verstellpumpe ausgebildet mit einem Schwenkbereich von etwa 18 Grad in jede Richtung. Der zweite Hydrostat H2 ist als Schrägachsen-Verstellmotor ausgebildet und weist einen Schwenkbereich von 32 Grad auf, allerdings nur in eine Richtung. Selbstverständlich kann der zweite Hydrostat H2 ebenfalls in zwei Richtungen verschwenkbar ausgebildet sein. Dies bringt jedoch keinen nennenswerten Vorteil. In einigen Fällen kann es allerdings vorteilhaft sein, den zweiten Hydrostaten H2 als Weitwinkel-Schrägachsen-Verstellmotor auszubilden, das heißt mit einem Schwenkbereich von mindestens 45 Grad in wenigstens eine Richtung, insbesondere mit einem Schwenkbereich von etwa 50 Grad in wenigstens eine erste Schwenkrichtung.
Über den Schwenkwinkel sowie die aktuelle Drehzahl des als Hydromotor betreibbaren Hydrostaten H2, das heißt durch Verschwenken des zweiten Hydrostaten H2 sowie durch Ändern der an diesem Hydrostaten H2 anliegenden Drehzahl kann das Schluckvolumen des zweiten Hydrostaten H2 eingestellt werden, und somit, wieviel mechanische Leistung aus dem hydrostatischen Leistungszweig auf die Summierungswelle 140 übertragen werden soll. Dabei wird bei einem Verschwenken von 100%, das heißt bei einem maximalen Schwenkwinkel und einem Schluckvolumen von 100%, die für die anliegende Drehzahl maximale mechanische Leistung vom Hydromotor H2 abgegeben, wobei die abgegebene mechanische Leistung dabei umgekehrt proportional zur Abtriebsdrehzahl ist. Das heißt, je schneller die Summierungswelle 140 oder die Abtriebswelle 150 drehen, desto geringer ist die vom zweiten Hydrostaten H2 abgegebene mechanische Leistung.
Durch das Verschwenken des ersten, als Pumpe betreibbaren Hydrostaten H1 kann das Fördervolumen des Hydrostaten H1 verstellt werden und somit die von der Hydropumpe H1 abgegebene und zum Antrieb des als Motor betreibbaren Hydrostaten H2 genutzte, hydraulische Leistung. Zum anderen entsteht durch Verschwenken des ersten Hydrostaten H1 ein als Stützmoment wirkendes Moment am Hohlrad 133 des Planetengetriebes 130, welches bewirkt, dass sich die Planetenräder 132, welche über den Planetenradträger 131 drehfest mit der Antriebswelle 110 verbundenen sind, am Hohlrad 133 abstützen, wodurch der Anteil der über die Sonne 134 in den mechanischen Leistungszweig abgeführten mechanischen Leistung zunimmt. Steht das Hohlrad 133, ist der hydrostatische Leistungsanteil null, das heißt, die von der Antriebswelle 110 übertragene Leistung wird vollständig über den mechanischen Leistungszweig abgeführt.
Das heißt mit anderen Worten, durch Verschwenken des ersten, als Pumpe betreibbaren Hydrostaten H1 kann zum einen die Aufteilung der mechanischen Eingangsleistung in den ersten mechanischen Leistungszweig und den zweiten hydrostatischen Leistungszweig eingestellt werden. Zum anderen kann mittels des ersten Hydrostaten H1 die dem zweiten Hydrostaten H2 zugeführte hydraulische Leistung eingestellt werden. Und mittels des zweiten, als Motor betreibbaren Hydrostaten H2 kann die aus dem hydrostatischen Leistungszweig abgegebene, mechanische Leistung eingestellt werden.
Somit bilden der erste, als Pumpe betreibbare Hydrostat H1 und der zweite, als Motor betreibbare Hydrostat H2 stufenloses, hydrostatisches Getriebe, mit welchem eine mechanische, in den hydrostatischen Leistungszweig geleitete Leistung, insbesondere definiert durch Drehzahl und Drehmoment, über die Hydrostaten H1, H2 stufenlos auf eine gewünschte Leistung, welche den abgegebenen hydrostatischen Leistungsanteil darstellt, ebenfalls definiert durch Drehzahl und Drehmoment, übersetzt werden kann. Mittels des hydrostatischen Leistungszweigs kann somit eine stufenlose Übersetzung des hydrostatischen Leistungsanteils realisiert werden. Da jedem Übersetzungsverhältnis von Eingangs- und Ausgangsdrehzahl immer ein bestimmter hydrostatischer Leistungsanteil zugeordnet ist, kann durch stufenloses Variieren bzw. stufenloses Verstellen des hydrostatischen Leistungsanteils das Übersetzungsverhältnis von Eingangs- zu Ausgangsdrehzahl stufenlos verändert werden. Dabei nimmt mit abnehmendem hydrostatischem Leistungsanteil das Übersetzungsverhältnis von Eingangs- zu Ausgangsdrehzahl ab und die Fahrzeuggeschwindigkeit zu.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 200, wobei dieses Leistungsverzweigungsgetriebe 200 zusätzlichen einen dritten, ebenfalls als Motor betreibbaren Hydrostaten H3 aufweist, welcher ebenfalls mit dem ersten, als Pumpe betreibbaren Hydrostaten H1 gekoppelt ist und von diesem angetrieben werden kann. Der dritte Hydrostat H3 ist ebenfalls dazu ausgebildet, die hydraulische Leistung in eine mechanische Leistung umzuwandeln und dementsprechend eine mechanische Leistung abzugeben, wobei die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene Leistung ebenfalls an die Summierungseinrichtung 140, insbesondere die Summierungswelle 140, übertragen wird.
Bei den in dieser Anmeldung beschriebenen, erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetrieben 100, 200, 300 und 400 werden die vom zweiten Hydrostaten H2 abgegebene Leistung und die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene Leistung ausschließlich auf der Summierungswelle 140 miteinander überlagert, das heißt die vom zweiten Hydrostaten H2 abgegebene Leistung und die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene Leistung werden bei diesen Ausführungsbeispielen stets und nur auf der Summierungswelle 140 zusammengeführt.
Dabei werden nicht nur die beiden, vom zweiten Hydrostaten H2 und vom dritten Hydrostaten H3 erzeugten Leistungsanteile auf der Summierungswelle 140 überlagert, sondern insbesondere sämtliche Leistungsanteile, das heißt der mechanische Leistungsanteil ebenfalls. Damit werden alle Leistungsanteile in einer einzigen Stufe, das heißt ein einem einzigen Schritt, wieder zu einer Gesamt-Leistung überlagert bzw. zusammengeführt, und nicht beispielsweise bereits zwei der Leistungsanteile zuvor zu einer Zwischen-Leistung. Die vorbeschriebene einstufige Überlagerung der einzelnen Leistungsanteile ist jedoch nicht zwingend. Ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe kann auch derart ausgebildet sein, dass die Überlagerung zur Gesamt-Leistung in mehreren Stufen erfolgt, vorzugsweise in zwei Stufen.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 100 wird bei diesem, in 2 gezeigten Leistungsverzweigungsgetriebe 200 die Gesamt-Leistung jedoch nicht über eine separate Stirnradstufe mit zwei Zahnrädern Z6 und Z5 an die Abtriebswelle 150 übertragen, sondern direkt von dem mit der Summierungswelle 140 drehfest verbundenen Zahnrad Z4 über ein drehfest mit der Abtriebswelle 150 verbundenes Zahnrad Z5, welches mit dem Zahnrad Z4 eine einfache Stirnradstufe bildet.
Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Hydrostat H2 bei dem in 2 dargestellten Leistungsverzweigungsgetriebe 200 ferner nicht drehfest mit der Summierungswelle 140 verbunden, sondern mittels einer ersten Kupplung K1 in Form einer Lamellenkupplung mit der Summierungswelle 140 drehfest verbindbar, wobei der zweite Hydrostat H2 mit der Summierungswelle 140 drehfest verbunden ist und der Leistungsfluss vom zweiten Hydrostaten H2 zur Summierungswelle 140 hergestellt ist, wenn die erste Kupplung K1 geschlossen ist. Ist die erste Kupplung K1 hingegen geöffnet, ist der Leistungsfluss vom zweiten Hydrostaten H2 zur Summierungswelle 140 getrennt und es wird keine vom zweiten Hydrostaten H2 abgegebene Leistung an die Summierungswelle 140 übertragen.
Der dritte Hydrostat H3 ist ebenfalls nicht drehfest mit der Summierungswelle 140 verbunden, sondern zum einen über eine als Lamellenkupplung ausgebildete, zweite Kupplung K2 mit der Summierungseinrichtung 140 drehfest verbindbar und zum anderen über ein erstes Übersetzungsgetriebe 160 und eine auch als Lamellenkupplung ausgebildete dritte Kupplung K3 mit der Summierungswelle 140 drehverbindbar, so dass die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene Leistung wahlweise über einen ersten Leistungspfad über das erste Übersetzungsgetriebe 160 mit einer ersten Übersetzung oder über einen zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung an die Summierungseinrichtung 140 abgegeben werden kann. Dabei ist das erste Übersetzungsgetriebe 160 bei diesem Ausführungsbeispiel als drehzahlreduzierend wirkendes Übersetzungsgetriebe 160 ausgebildet, womit die erste Übersetzung drehmomenterhöhend wirkt.
Das erste Übersetzungsgetriebe 160 ist in diesem Fall als Planetengetriebe 160 mit einer Planentenstufe ausgebildet und weist entsprechend einen Planetenradträger 161 mit daran angeordneten Planetenrädern 162 sowie eine Sonne 164 und ein Hohlrad 163 auf. Die Sonne 164 des ersten Übersetzungsgetriebes 160 ist dabei über eine hier nicht näher bezeichnete Welle drehfest mit dem dritten Hydrostaten H3 verbunden, während der Planetenradträger 161 drehfest mit der Summierungswelle 140 verbunden ist. Über die dritte Kupplung K3 kann das Hohlrad 163 des ersten Übersetzungsgetriebes 160 blockiert werden.
Ist die zweite Kupplung K2 geöffnet und die dritte Kupplung K3 geschlossen, wird die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene Leistung über den ersten Leistungspfad über das erste Übersetzungsgetriebe 160 an die Summierungswelle 140 übertragen, und zwar über die Sonne 164 auf die Planentenräder 162, welche sich an dem aufgrund der geschlossenen Kupplung K3 blockierten Hohlrad 163 abstützen, so dass die Leistung nicht auf das Hohlrad 163 sondern auf den Planetenradträger 161 übertragen wird und von dort weiter auf die Summierungswelle 140.
Durch Schließen der zweiten Kupplung K2 und Öffnen der dritten Kupplung K3 wird die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene mechanische Leistung entlang des zweiten Leistungspfades, in diesem Fall ohne eine Übersetzung, auf die Summierungswelle 140 übertragen, und zwar unmittelbar über den Planetenradträger 161, der mit der Summierungswelle 140 drehfest verbunden ist und sich gemeinsam mit der Sonne 164 mitdreht.
Selbstverständlich kann der Leistungsfluss zwischen dem dritten Hydrostaten H3 zur Summierungswelle 140 auch getrennt werden, beispielsweise für einen lastfreien Schaltvorgang. Dazu müssen sowohl die zweite Kupplung K2 als auch die dritte Kupplung K3 geöffnet werden.
Der dritte Hydrostat H3 ist, wie der zweite Hydrostat H2, ebenfalls als stufenlos verstellbarer, verschwenkbarer, als Motor betreibbarer Schrägachsen-Verstellmotor ausgebildet mit einem Schwenkbereich von 32 Grad in nur eine Richtung. Selbstverständlich kann auch der dritte Hydrostat H3 ebenfalls in zwei Richtungen verschwenkbar ausgebildet sein. Dies bringt jedoch auch keinen nennenswerten Vorteil. In einigen Fällen kann es allerdings vorteilhaft sein, wenn der dritte Hydrostat H3 als Weitwinkel-Schrägachsen-Verstellmotor ausgebildet ist und einen Schwenkbereich von mindestens 45 Grad in wenigstens eine Richtung aufweist, insbesondere einen Schwenkbereich von etwa 50 Grad in wenigstens eine erste Schwenkrichtung.
Auch bei dem dritten Hydrostaten H3 kann, wie im Zusammenhang mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 100 ausführlich beschrieben, über den Schwenkwinkel sowie durch Ändern der am dritten Hydrostaten H3 anliegenden Drehzahl das Schluckvolumen des dritten Hydrostaten H3 eingestellt werden, und somit, wieviel mechanische Leistung vom dritten Hydrostaten H3 auf die Summierungswelle 140 übertragen werden soll. Dabei wird bei einem Verschwenken von 100%, das heißt bei einem maximalen Schwenkwinkel und einem Schluckvolumen von 100%, jeweils ebenfalls die für die anliegende Drehzahl, maximale mechanische Leistung vom Hydromotor H3 abgegeben, wobei die abgegebene mechanische Leistung dabei auch beim dritten Hydrostaten H3 umgekehrt proportional zur Abtriebsdrehzahl ist. Das heißt, je schneller die Summierungswelle 140 oder die Abtriebswelle 150 drehen, desto geringer ist in der Summe die vom zweiten Hydrostaten H2 und die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene mechanische Leistung.
Durch das Verschwenken des ersten, als Pumpe betreibbaren Hydrostaten H1 kann ebenfalls die von der Hydropumpe H1 abgegebene und zum Antrieb des dritten, als Motor betreibbaren Hydrostaten H3 genutzte, hydraulische Leistung verstellt bzw. eingestellt werden.
Somit bilden bei dem in 2 gezeigten Leistungsverzweigungsgetriebe 200 der erste, als Pumpe betreibbare Hydrostat H1 sowie der zweite und der dritte, jeweils als Motor betreibbare Hydrostat H2 und H3 das stufenlose, hydrostatische Getriebe, mit welchem eine mechanische, in den hydrostatischen Leistungszweig geleitete Leistung, insbesondere definiert durch Drehzahl und Drehmoment, über die Hydrostaten H1, H2, H3 stufenlos auf eine gewünschte Leistung, welche den abgegebenen hydrostatischen Leistungsanteil darstellt, ebenfalls definiert durch Drehzahl und Drehmoment, übersetzt werden kann.
Dadurch, dass bei einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe 200 die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene mechanische Leistung, wie vorstehend ausführlich erläutert, bei zur Summierungswelle 140 hergestelltem Leistungsfluss entweder über den ersten Leistungspfad über das erste Übersetzungsgetriebe 160 an die Summierungswelle 140 übertragen werden kann oder aber über den zweiten Leistungspfad ohne Übersetzung, kann ein besonders guter Wirkungsgrad des Leistungsverzweigungsgetriebes 200 erreicht werden.
Ist das erste Übersetzungsgetriebe 160 dabei wie bei diesem Ausführungsbeispiel drehzahlreduzierend und damit als drehmomenterhöhend wirkendes Übersetzungsgetriebe 160 ausgebildet, ist es nämlich möglich, insbesondere ohne nennenswerte Zugkraftverluste im unteren Geschwindigkeitsbereich, den dritten Hydrostaten H3 kleiner zu dimensionieren als den zweiten Hydrostaten H2, wodurch ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad des Leistungsverzweigungsgetriebes 200 erreicht werden kann. Denn ein geringeres Drehmoment des dritten Hydrostaten H3 im unteren Geschwindigkeitsbereich kann durch das erste Übersetzungsgetriebe 160 ausgeglichen werden. Dazu muss die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene Leistung im unteren Geschwindigkeitsbereich lediglich über den ersten Leistungspfad über das erste Übersetzungsgetriebe 160 an die Summierungseinrichtung 140 übertragen werden.
Dementsprechend ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe 200 die Nennleistung des dritten Hydrostaten H3 kleiner als die Nennleistung des zweiten Hydrostaten H2, was symbolisch durch die unterschiedliche Größe des zweiten und des dritten Hydrostaten H2 bzw. H3 dargestellt ist.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 300, welches sich darin von dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe 200 unterscheidet, dass der zweite Hydrostat H2 bei dem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe 300 nicht über eine erste Kupplung K1 mit der Summierungswelle 140 verbunden ist, sondern permanent drehfest, wie bei dem in 1 gezeigten Leistungsverzweigungsgetriebe 100.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 400, wobei dieses Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 400 ähnlich den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen aufgebaut ist, sich jedoch im Wesentlichen darin von diesen unterscheidet, dass die vom zweiten Hydrostaten H2 und die vom dritten Hydrostaten H3 jeweils abgegebene Leistung stets mit einer Übersetzung an die Summierungswelle 450, welche auch die Abtriebswelle 450 bildet, übertragen wird. Die vom zweiten Hydrostaten H2 und die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebenen Leistung werden jedoch ebenfalls ausschließlich auf der Summierungswelle 450 zusammengeführt, wobei der mechanische Leistungsanteil ebenfalls erst auf der Summierungswelle 450 mit den Leistungsanteilen aus dem hydrostatischen Leistungszweig überlagert wird. Ferner ist im mechanischen Leistungszweig zusätzlich eine dem Reversiergetriebe 170 in Leistungsflussrichtung nachgeschaltete Stirnradstufe mit zwei Zahnrädern Z10 und Z9 vorgesehen, über welche der mechanische Leistungsanteil auf die Summierungswelle 450 bzw. die Abtriebswelle 450 aufgebracht wird.
Die vom zweiten Hydrostaten H2 abgegebene Leistung, dessen Rotationsachse ferner abweichend von den vorherigen Ausführungsbeispielen parallel zur Summierungswelle 450, aber koaxial zur Rotationsachse des dritten Hydrostaten H3 angeordnet ist, wird dabei bei geschlossener Kupplung K1 über eine Zahnradstufe mit den Zahnrädern Z6 und Z5 an die Summierungswelle 450 übertragen.
Die vom dritten Hydrostaten H3 abgegebene Leistung kann dabei wahlweise über einen ersten Leistungspfad oder über einen zweiten Leistungspfad übertragen werden, wobei in diesem Fall die Leistung jeweils mit einer Übersetzung über das erste, als Planetengetriebe ausgebildete Übersetzungsgetriebe 160 oder bzw. ein zweites, als Stirnradstufe mit den Zahnrädern Z11 und Z12 ausgebildetes Übersetzungsgetriebe 460 an die Summierungswelle 450 übertragen werden kann.
Dieses Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 400 hat den Vorteil, dass die Anordnung der beiden Hydrostatmotoren H2 und H3 freier gewählt werden kann und zudem die Hydrostatdrehzahlen besser an die Hydrostatgrößen angepasst werden können.
Selbstverständlich ist eine Vielzahl an Abwandlungen, insbesondere konstruktiver Art, möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007047194 A1 [0002, 0003]
WO 2012/004173 A2 [0002, 0011]
DE 102007013493 A1 [0002, 0011]

Claims

Stufenloses, hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe (100, 200, 300, 400) für ein Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Traktor, Radlader, Telehandler, Forwarder, Skidder, Grader oder dergleichen, mit – einer mit einem Antriebsmotor koppelbaren Antriebswelle (110), – einem mit der Antriebswelle (110) gekoppelten Planetengetriebe (130), welches dazu ausgebildet ist, eine über die Antriebswelle (110) aufgebrachte, mechanische Eingangsleistung in einen ersten Leistungszweig und einen zweiten Leistungszweig aufzuteilen, wobei der erste Leistungszweig ein mechanischer Leistungszweig ist und der zweite Leistungszweig ein hydrostatischer Leistungszweig, und – einer Summierungseinrichtung (140, 450), wobei die Summierungseinrichtung (140, 450) dazu ausgebildet ist, die Leistung des mechanischen Leistungszweigs und die Leistung des hydrostatischen Leistungszweigs wieder zu einer Gesamt-Leistung zu überlagern, wobei die Summierungseinrichtung (140, 450) eine Summierungswelle (140, 450) aufweist, auf welche die Leistung des hydrostatischen Leistungszweigs und die Leistung des mechanischen Leistungszweigs aufbringbar sind, – wobei die Summierungswelle (140, 450) mit einer Abtriebswelle (150) gekoppelt ist oder die Abtriebswelle (450) bildet, – wobei der hydrostatische Leistungszweig ein hydrostatisches Getriebe aufweist mit einem, mit dem Planetengetriebe (130) gekoppelten, als Pumpe betreibbaren und mittels der Antriebswelle (110) antreibbaren ersten, verschwenkbaren Hydrostaten (H1), sowie wenigstens einem zweiten, als Motor betreibbaren, verschwenkbaren Hydrostaten (H2) wobei der zweite Hydrostat (H2) mit dem ersten Hydrostaten (H1) gekoppelt ist und mittels des ersten Hydrostaten (H1) antreibbar ist, wobei der zweite Hydrostat (H2) zur Abgabe einer Leistung an die Summierungseinrichtung (140) ausgebildet ist und mit der Summierungseinrichtung (140) gekoppelt ist, – und wobei das Leistungsverzweigungsgetriebe ein Reversiergetriebe (170) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reversiergetriebe (170) im mechanischen Leistungszweig in Leistungsflussrichtung zwischen dem Planetengetriebe (130) und der Summierungseinrichtung (140, 450) angeordnet ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 400) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hydrostat (H2) über eine erste Kupplung (K1) mit der Summierungseinrichtung (140, 450) koppelbar ist und mittels der ersten Kupplung (K1) ein Leistungsfluss vom zweiten Hydrostaten (H2) zur Summierungseinrichtung (140, 450) herstellbar oder trennbar ist, wobei bei geschlossener erster Kupplung (K1) die vom zweiten Hydrostaten (H2) abgegebene Leistung an die Summierungseinrichtung (140, 450) übertragen wird.
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische Getriebe im hydrostatischen Leistungszweig einen dritten, als Motor betreibbaren Hydrostaten (H3) aufweist, wobei der dritte Hydrostat (H3) ebenfalls mit dem ersten Hydrostaten (H1) gekoppelt ist und mittels des ersten Hydrostaten (H1) antreibbar ist, und wobei der dritte Hydrostat (H3) zur Abgabe einer Leistung an die Summierungseinrichtung (140, 450) ausgebildet ist und mit der Summierungseinrichtung (140, 450) gekoppelt ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vom dritten Hydrostaten (H3) abgegebene Leistung entweder entlang eines ersten Leistungspfades oder entlang eines zweiten Leistungspfades an die Summierungseinrichtung (140, 450) übertragbar ist,
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom zweiten Hydrostaten (H2) an die Summierungseinrichtung (140, 450) abgegebene Leistung und die vom dritten Hydrostaten (H3) an die Summierungseinrichtung (140, 450) abgegebene Leistung ausschließlich auf der Summierungswelle (140, 450) überlagert werden.
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) derart ausgebildet ist, dass die an die Summierungseinrichtung (140, 450) übertragene Leistung des mechanischen Leistungszweigs, die vom zweiten Hydrostaten (H2) an die Summierungseinrichtung abgegebene Leistung und die vom dritten Hydrostaten (H3) an die Summierungseinrichtung (140, 450) abgegebene Leistung einstufig zu einer Gesamt-Leistung überlagerbar sind, vorzugsweise mittels der Summierungswelle (140, 450).
Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsverzweigungsgetriebe derart ausgebildet ist, dass die an die Summierungseinrichtung (140, 450) übertragene Leistung des mechanischen Leistungszweigs, die vom zweiten Hydrostaten (H2) an die Summierungseinrichtung (140, 450) abgegebene Leistung und die vom dritten Hydrostaten (H3) an die Summierungseinrichtung (140, 450) abgegebene Leistung mehrstufig zu einer Gesamt-Leistung überlagerbar sind, wobei vorzugsweise in einer ersten Stufe die Leistung des mechanischen Leistungszweiges und die von einem der beiden als Motor betreibbaren Hydrostaten (H2, H3) abgegebene Leistung mittels der Summierungseinrichtung (140, 450) zu einer Zwischen-Leistung überlagerbar sind und in einer zweiten Stufe diese Zwischen-Leistung und die vom anderen der beiden als Motor betreibbaren Hydrostaten (H2, H3) abgegebene Leistung zu einer Gesamt-Leistung überlagerbar sind, vorzugsweise mittels der Summierungswelle (140, 450).
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vom dritten Hydrostaten (H3) abgegebene Leistung entlang des ersten Leistungspfades ohne Übersetzung oder mit einer ersten Übersetzung über wenigstens ein erstes Übersetzungsgetriebe an die Summierungseinrichtung (140, 450) übertragbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vom dritten Hydrostaten (H3) abgegebene Leistung entlang des zweiten Leistungspfades ohne eine Übersetzung oder mit einer zweiten Übersetzung über wenigstens ein zweites Übersetzungsgetriebe an die Summierungseinrichtung (140, 450) übertragbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übersetzungsgetriebe (160) und/oder das zweite Übersetzungsgetriebe (460) wenigstens eine Planetenstufe (160) und/oder wenigstens eine Zahnradstufe (460), insbesondere eine Stirnradstufe, aufweist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Hydrostat (H3) sowohl über eine zweite Kupplung (K2) als auch über eine dritte Kupplung (K3) mit der Summierungseinrichtung (140, 450) koppelbar ist, wobei mittels der dritten Kupplung (K3) ein Leistungsfluss entlang des ersten Leistungspfades vom dritten Hydrostaten (H3) zur Summierungseinrichtung (140, 450) herstellbar oder trennbar ist und mittels der zweiten Kupplung (K2) ein Leistungsfluss entlang des zweiten Leistungspfades vom dritten Hydrostaten (H3) zur Summierungseinrichtung (140, 450) herstellbar oder trennbar ist, wobei die vom dritten Hydrostaten (H3) abgegebene Leistung entlang des ersten Leistungspfades an die Summierungseinrichtung (140, 450) übertragen wird, wenn die zweite Kupplung (K2) geöffnet ist und die dritte Kupplung (K3) geschlossen ist, und entlang des zweiten Leistungspfades, wenn die zweite Kupplung (K2) geschlossen ist und die dritte Kupplung (K3) geöffnet ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hydrostat (H2) und der dritte Hydrostat (H3) unterschiedliche Nennleistungen aufweisen, wobei vorzugsweise der dritte Hydrostat (H3) eine geringere Nennleistung aufweist als der zweite Hydrostat (H2).
Leistungsverzweigungsgetriebe (200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hydrostat (H2) und der dritte Hydrostat (H3) koaxial zueinander angeordnet sind, insbesondere außerdem koaxial zur Summierungswelle.
Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hydrostat (H2) und der dritte Hydrostat (H3) derart im Leistungsverzweigungsgetriebe angeordnet sind, dass ihre Rotationsachsen zu einander parallel verlaufen, vorzugsweise jeweils parallel zur Summierungswelle.
Nutzfahrzeug, insbesondere Traktor, Radlader, Telehandler, Forwarder, Skidder, Grader oder dergleichen, mit einem stufenlosen, hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe (100, 200, 300, 400), dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsverzweigungsgetriebe (100, 200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.