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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit einer leistungsverzweigten Getriebevorrichtung. Die Verwendung der Antriebsanordnung erstreckt sich vornehmlich auf Arbeitsmaschinen oder landwirtschaftliche Fahrzeuge.
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Arbeitsmaschinen und landwirtschaftliche Fahrzeuge sind in zunehmendem Umfang mit stufenlos leistungsverzweigten Getrieben ausgebildet. Durch den Einsatz stufenlos leistungsverzweigter Getriebe in Kombination mit einer entsprechenden Fahrstrategie sind die Leistungsfähigkeit, der Komfort sowie der Kraftstoffverbrauch dieser Fahrzeuge optimierbar. Darüber hinaus ermöglicht das automatische stufenlose Verstellen der Getriebeübersetzung, dass sich ein Fahrer bzw. eine Bedienperson einer Arbeitsmaschine in höherem Umfang auf den mit der Arbeitsmaschine durchzuführenden Arbeitsprozess konzentrieren kann und Arbeitsprozesse effizient und jeweils mit hoher Produktivität bei gleichzeitig guter Prozessqualität ausführbar sind.
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Aus der
DE 10 2015 208 160 A1 geht ein Verfahren zur Ansteuerung einer leistungsverzweigten Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug hervor. Die Getriebevorrichtung umfasst einen elektrischen Variator und ein Getriebe mit verstellbarer Übersetzung, um einen Antriebsmotor mit einem Fahrantrieb des Fahrzeugs zu verbinden. Der elektrische Variator umfasst ein Summierungsgetriebe, zumindest eine erste und zumindest eine zweite elektrische Maschine und eine Steuerung der elektrischen Maschinen zum stufenlosen Variieren einer Übersetzung des Summierungsgetriebes. Beim Erkennen einer externen Leistungsanforderung eines elektrischen Verbrauchers wird ein Übersetzungsbereich des Getriebe mit verstellbarer Übersetzung derart eingestellt, dass die erste elektrische Maschine generatorisch und die zweite elektrische Maschine derart betrieben wird, dass eine bezogen auf die externe Leistungsanforderung bestehende Leistungsunterdeckung oder Leistungsüberdeckung kompensiert wird. Unter einer Leistungsunterdeckung bzw. Leistungsüberdeckung wird in diesem Kontext eine Differenz zwischen der von den beiden elektrischen Maschinen oder nur einer der elektrischen Maschinen erzeugten elektrischen Leistung und der Höhe der externen Leistungsanforderung verstanden. Eine Unterdeckung liegt vor, wenn die externe Leistungsanforderung die erzeugte elektrische Leistung übersteigt. Demgegenüber liegt eine Überdeckung vor, wenn die erzeugte elektrische Leistung die externe Leistungsanforderung übersteigt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung mit einer leistungsverzweigten Getriebevorrichtung weiterzuentwickeln, insbesondere kompakter auszubilden und eine Gewichtsreduktion zu erzielen. Ferner besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein leistungsoptimiertes Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung mit einer leistungsverzweigten Getriebevorrichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 9. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung umfasst eine leistungsverzweigte Getriebevorrichtung und ein Hauptantriebselement das mit einer ersten Zusatzantriebseinheit wirkverbunden ist, wobei die erste Zusatzantriebseinheit einen elektrischen Variator, umfassend einen ersten und zweiten Energiewandler, sowie ein Planetengetriebe aufweist, wobei der erste Energiewandler mittels einer ersten Welle mit dem Planetengetriebe wirkverbunden ist, wobei der zweite Energiewandler mittels einer zweiten Welle mit einer ersten Abtriebswelle des Fahrzeugs wirkverbunden ist, und wobei der erste und zweite Energiewandler mittels einer elektrischen Leitung miteinander und zumindest mit einem dritten und/oder vierten Energiewandler wirkverbunden sind, wobei zumindest der dritte und/oder vierte Energiewandler dazu vorgesehen ist, dauerhaft mit einer von der ersten Zusatzantriebseinheit abgezweigten elektrischen Leistung versorgt zu werden, um eine Drehmomentbelastung an dem zweiten Energiewandler herabzusetzen und das Fahrzeug mit einer maximalen Zugleistung zu betreiben.
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Mithin wird im Betrieb der ersten Zusatzantriebseinheit dauerhaft und somit ununterbrochen elektrische Leistung von der ersten Zusatzantriebseinheit abgezweigt. Somit erfolgt eine dauerhafte Leistungsteilung innerhalb der ersten Zusatzantriebseinheit. Die abgezweigte Leistung wird dauerhaft an mindestens einen weiteren Verbraucher, nämlich an dem dritten und/oder vierten Energiewandler abgeführt. Alternativ ist es auch denkbar, dass die abgezweigte Leistung lediglich temporär an mindestens einen weiteren Verbraucher abgeführt wird.
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Durch die Leistungsteilung ändert sich prinzipbedingt nichts an den Drehzahlen der beiden Energiewandler der ersten Zusatzantriebseinheit. Jedoch verringert sich die Leistung des zweiten Energiewandlers linear mit der abgezweigten elektrischen Leistung. Insbesondere werden 10% bis 70%, bevorzugt 25% bis 50% der elektrischen Leistung dauerhaft abgezweigt. Daraus ergibt sich die Möglichkeit einer kleineren Dimensionierung des zweiten Energiewandlers, und zwar um den Betrag der abgezweigten Leistung. Der Durchmesser einer elektrischen Maschine korreliert bei konstanter Maschinenlänge maßgeblich mit der Drehmomentleistung. Bei einer geringeren Drehmomentbelastung, kann der Durchmesser der elektrischen Maschine verringert werden, wobei gleichzeitig die Masse sowie die Herstellungskosten gesenkt werden. Mithin ist der zweite Energiewandler leistungstechnisch kleiner als der erste Energiewandler ausgebildet. Alternativ ist es auch denkbar, dass 0% bis 100% der elektrischen Leistung dauerhaft oder zumindest temporär abgezweigt werden.
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Unter leistungsverzweigt ist zu verstehen, dass eine Eingangsleistung in mehrere Leistungszweige aufgeteilt wird. Bei dem Hauptantriebselement handelt es sich in bevorzugter Weise um eine Verbrennungskraftmaschinen, beispielsweise einen mit Gas, Benzin oder Dieselkraftstoff betriebenen Motor. Alternativ kann das Hauptantriebselement jedoch auch in Form einer elektrischen Maschine oder als eine Kombination aus einer Verbrennungskraftmaschine beliebiger Bauart und einer elektrischen Maschine ausgebildet sein.
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Das Planetengetriebe beziehungsweise Umlaufrädergetriebe dient als Leistungsverzweigungsgetriebe. Ein solches Planetengetriebe weist wenigstens drei Wellen auf. In einem Zwei-Wellen-Betrieb ist eine der Wellen festgesetzt, wodurch sich zwangsläufig die Drehung der nicht angetriebenen Welle ergibt. In einem Drei-Wellen-Betrieb arbeitet das Planetengetriebe als Summiergetriebe oder als Verteilergetriebe. Bei dem Summiergetriebe sind zwei Wellen treibend ausgeführt und eine Welle ist getrieben. Im Gegensatz dazu ist bei einem Verteilergetriebe eine Welle treibend ausgeführt und zwei Wellen sind getrieben. Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Getriebeelement zur Übertragung von Drehmomenten und Drehzahlen zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden. Insbesondere ist eine Welle eines Planetengetriebes als Sonne, Hohlrad oder Steg ausgebildet.
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Die beiden Energiewandler der ersten Zusatzantriebseinheit bilden den elektrischen Variator aus. Mithin sind die beiden Energiewandler als elektrische Maschinen ausgebildet. Die erste Zusatzantriebseinheit ist als CVT (continuously variable transmission) ausgebildet. Insbesondere ist einer der beiden Energiewandler zum Betrieb als Motor und der andere Energiewandler zum Betrieb als Generator vorgesehen. Die erste Zusatzantriebseinheit ist als Output-Coupled-CVT-Struktur für die erste Abtriebswelle zu verstehen, wobei die erste Zusatzantriebseinheit ausgangsseitig ein festes Drehzahlverhältnis aufweist, und wobei der zweite Energiewandler drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist und somit die auf die erste Abtriebswelle übertragbare Antriebsleistung regelt. Insbesondere ist die erste Abtriebswelle mit einer ersten Antriebsachse des Fahrzeugs wirkverbunden.
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Unter wirkverbunden ist zu verstehen, dass zwei Elemente direkt miteinander verbunden sein können, oder sich zwischen zwei Elementen noch weitere Elemente befinden, beispielsweise eine oder mehrere Stirnradstufen. Eine Verbindung zwischen zwei Getriebeelemente ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, ein Drehmoment und eine Drehbewegung von einem Getriebeelement auf das andere Getriebeelement zu übertragen. Zwei Wellen sind vorzugsweise über ein Stirnradpaar miteinander verbunden, wobei dazu jeweils zwei Stirnräder im Zahneingriff stehen. Ferner besteht eine Verbindung zwischen zumindest zwei Zusatzantriebseinheiten mit mindestens einem jeweiligen Energiewandler auch über eine elektrische Leitung, die die mindestens zwei Energiewandler miteinander koppelt.
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Bevorzugt ist der dritte Energiewandler mit einer zweiten Abtriebswelle des Fahrzeugs wirkverbunden, wobei die zweite Abtriebswelle dazu vorgesehen ist, das Fahrzeug anzutreiben. Insbesondere ist die zweite Abtriebswelle mit einer Vorderachse des Fahrzeugs antriebstechnisch verbunden. Demgegenüber ist die erste Abtriebswelle mit einer Hinterachse des Fahrzeugs antriebstechnisch verbunden. Somit ist am Fahrzeug ein Allradantrieb realisiert.
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Vorzugsweise ist der dritte Energiewandler in einer zweiten Zusatzantriebseinheit angeordnet, wobei die zweite Zusatzantriebseinheit eine Kupplung aufweist, die zumindest mittelbar die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle mechanisch miteinander verbindet. Unter einer mittelbaren Verbindung ist zu verstehen, dass zwei Elemente, insbesondere die erste und zweite Abtriebswelle nicht direkt, also unmittelbar, sondern über weitere Getriebeelemente, insbesondere Wellen, Zahnräder und/oder Schaltelemente, miteinander verbunden sind. Die zweite Zusatzantriebseinheit ist dazu vorgesehen, das Fahrzeug sowohl mechanisch als auch elektrisch anzutreiben. Über die elektrische Leitung ist der Energiewandler der zweiten Zusatzantriebseinheit mit den Energiewandlern der ersten Zusatzantriebseinheit wirkverbunden und über die Kupplung kann die zweite Zusatzantriebseinheit zumindest mittelbar mit der ersten Zusatzantriebseinheit verbunden werden. Die Kupplung ist eine Vorrichtung, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist, wobei die Kupplung im geöffneten Zustand kein Drehmoment überträgt, und wobei die Kupplung im geschlossenen Zustand ein Drehmoment zwischen zwei mit der Kupplung zusammenwirkende Wellen übertragen kann. Die Kupplung kann sowohl als Lastschaltelement, insbesondere als Reibkupplung, als auch als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenkupplung ausgebildet sein.
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Des Weiteren bevorzugt ist der vierte Energiewandler mit einer dritten Abtriebswelle wirkverbunden, wobei die dritte Abtriebswelle dazu vorgesehen ist, ein mit dem Fahrzeug verbundenes Anbaugerät anzutreiben. Mithin ist das Fahrzeug dazu vorgesehen ein Anbaugerät zu führen. In diesem Fall kann die elektrische Leistung dauerhaft an das Anbaugerät abgegeben werden. Dabei ist zu unterscheiden, ob es sich um ein getriebenes Anbaugerät oder ein gezogenes Anbaugerät handelt. Vorzugsweise wird ein Anbaugerät mit Antrieb verwendet, um die Zugkraft besser auf die Gewichtskraft des Gesamtgespanns, bestehend aus Fahrzeug und Anbaugerät aufzuteilen und damit zusätzliche Vorteile eines Reifen-Boden-Kontakts zu nutzen. Dadurch kann die volle verbrennungsmotorische Leistung in Traktionsleistung umgesetzt werden. Ein Anbaugerät ohne Antrieb verteilt die elektrische Leistung intern an verschiedene Verbraucher.
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Ferner bevorzugt weist die Antriebsanordnung eine mechanische PTO-Verbindung zum Anbaugerät auf. Unter einer PTO-Verbindung ist ein mechanischer Nebenabtrieb (PTO = Power Take Off) zu verstehen, über welchen das Anbaugerät mechanisch angetrieben werden kann. Insbesondere ist im Leistungspfad der mechanischen PTO-Verbindung ein Getriebe vorgesehen, um eine Abtriebsleistung anzupassen.
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Vorzugsweise ist die elektrische Leitung mit einem Energiespeicher wirkverbunden. Der Energiespeicher ist vorzugsweise als Akkumulator ausgebildet und dazu vorgesehen, die dauerhaft abgezweigte elektrische Energie zu speichern, beziehungsweise gespeicherte elektrische Energie den Energiewandlern oder anderen Verbrauchern zuzuführen. Ferner ist es aber auch denkbar, dass die elektrische Leitung mit einem elektrischen Netz verbunden ist, um elektrische Energie in das elektrische Netz einzuspeisen oder aus dem elektrischen Netz abzugreifen.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der erste Energiewandler dazu vorgesehen ist, generatorisch betrieben zu werden, wobei der zweite Energiewandler dazu vorgesehen ist, motorisch betrieben zu werden. Mit anderen Worten wird der erste Energiewandler zur Erzeugung von elektrischer Energie zumindest mittelbar vom Hauptantriebselement angetrieben. Die vom ersten Energiewandler generierte elektrische Energie wird dauerhaft auf den zweiten Energiewandler, der mit der ersten Abtriebswelle wirkverbunden ist, und einen weiteren Verbraucher, nämlich den dritten und/oder vierten Energiewandler, verteilt. Dadurch entfällt die Erzeugung von nicht nutzbarer Blindleistung, wodurch eine Effizienzsteigerung erfolgt.
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Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung wird die elektrische Leistung dauerhaft abgezweigt, um die Drehmomentbelastung an dem zweiten Energiewandler herabzusetzen, wobei die abgezweigte elektrische Leistung zumindest dem dritten und/oder vierten Energiewandler zugeführt wird, um das Fahrzeug mit einer maximalen Zugleistung zu betreiben.
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Im Folgenden werden zwei exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
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3 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer ersten und einer zweiten Leistungskurve einer jeweiligen elektrischen Maschine.
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Gemäß den 1 und 2 umfasst eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung für eine – hier nicht dargestellte – Arbeitsmaschine eine leistungsverzweigte Getriebevorrichtung 1 sowie ein Hauptantriebselement 2. Das Hauptantriebselement 2 ist über eine Antriebswelle AN mit einer ersten Zusatzantriebseinheit 3a wirkverbunden, wobei die erste Zusatzantriebseinheit 3a einen elektrischen Variator, umfassend einen ersten und zweiten Energiewandler 4a, 4b sowie ein Planetengetriebe 5 aufweist. Der erste Energiewandler 4a ist mittels einer ersten Welle W1 mit dem Planetengetriebe 5 wirkverbunden, wobei der zweite Energiewandler 4b mittels einer zweiten Welle W2 mit einer ersten Abtriebswelle AB1 der Arbeitsmaschine wirkverbunden ist. Die erste Abtriebswelle AB1 ist zumindest mittelbar mit einer Hinterachse der Arbeitsmaschine verbunden, um einen Teil der Antriebsleistung von dem Hauptantriebselement 2 in Traktionsleistung umzuwandeln. Ferner umfasst die leistungsverzweigte Getriebevorrichtung 1 eine zweite Zusatzantriebseinheit 3b mit einem dritten Energiewandler 4c. Der dritte Energiewandler 4c ist über eine elektrische Leitung 6 mit dem ersten und zweiten Energiewandler 4a, 4b wirkverbunden. Mit anderen Worten kann über die elektrische Leitung 6 elektrische Energie variabel zwischen den Energiewandlern 4a, 4b, 4c verteilt werden.
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Der erste Energiewandler 4a ist dazu vorgesehen, generatorisch betrieben zu werden, wobei der zweite und der dritte Energiewandler 4b, 4c dazu vorgesehen sind, motorisch betrieben zu werden. Mithin wird eine Antriebsleistung vom Hauptantriebselement 2 über die Antriebswelle AN in die erste Zusatzantriebseinheit 3a gespeist, wobei der erste Energiewandler 4a angetrieben wird, um elektrische Energie bzw. Leistung zu generieren, die dann dauerhaft auf den zweiten und dritten Energiewandler 4b, 4c verteilt wird. Die dauerhafte Verteilung der elektrischen Leistung auf den zweiten und dritten Energiewandler 4b, 4c senkt eine Drehmomentbelastung an dem zweiten Energiewandler 4b und ermöglicht den Antrieb der Arbeitsmaschine mit einer maximalen Zugleistung. Der zweite Energiewandler 4b ist leistungstechnisch kleiner als der erste Energiewandler 4a ausgebildet, da die Drehmomentbelastung am zweiten Energiewandler 4b dauerhaft gesenkt ist.
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Der dritte Energiewandler 4c ist mit einer zweiten Abtriebswelle AB2 der Arbeitsmaschine wirkverbunden. Die zweite Abtriebswelle AB2 ist zumindest mittelbar mit einer Vorderachse der Arbeitsmaschine verbunden und dazu vorgesehen, die Arbeitsmaschine anzutreiben. Ferner weist die zweite Zusatzantriebseinheit 3b eine Kupplung K auf, die zumindest mittelbar die erste Abtriebswelle AB1 und die zweite Abtriebswelle AB2 mechanisch miteinander verbindet. Dazu ist die erste Abtriebswelle AB1 mit einer dritten Welle W3 wirkverbunden, wobei die zweite Abtriebswelle AB2 mit einer vierten Welle W4 wirkverbunden ist. In einem geschlossenen Zustand der Kupplung K werden die dritte und vierte Welle W3, W4 drehfest miteinander verbunden, sodass die erste und zweite Abtriebswelle AB1, AB2 miteinander gekoppelt sind. Dadurch erfolgt beispielsweise bei einer Abbremsung der Hinterachse auch eine Abbremsung der Vorderachse. Sofern die Kupplung K geöffnet ist, sind die erste und zweite Abtriebswelle AB1, AB2 zumindest mechanisch entkoppelt, wobei das Drehmoment an der ersten Abtriebswelle AB1 im Wesentlichen über den zweiten Energiewandler 4b einstellbar ist, und wobei das Drehmoment an der zweiten Abtriebswelle AB2 über den dritten Energiewandler 4c einstellbar ist.
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Nach 1 ist die elektrische Leitung 6 ferner mit einem Energiespeicher 7 wirkverbunden. Der Energiespeicher 7 ist als elektrischer Akkumulator ausgebildet und dazu vorgesehen, abgezweigte Energie von der ersten Zusatzantriebseinheit 3a aufzunehmen und zu speichern. Ferner kann elektrische Energie aus dem Energiespeicher 7 dazu verwendet werden, die erste und/oder zweite Zusatzantriebseinheit 3a, 3b anzutreiben.
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Gemäß 2 ist die elektrische Leitung 6 ferner mit einem vierten Energiewandler 4d wirkverbunden. Der vierte Energiewandler 4d ist in einem – hier nicht dargestellten – Anbaugerät, das mit der Arbeitsmaschine wirkverbunden ist, angeordnet und mit einer dritten Abtriebswelle AB3 wirkverbunden. Die dritte Abtriebswelle AB3 ist mit einer Antriebsachse des Anbaugeräts wirkverbunden und dazu vorgesehen, das Anbaugerät anzutreiben. Mithin werden alle vier Energiewandler 4a, 4b, 4c, 4d über die elektrische Leitung 6 miteinander wirkverbunden, wobei das Drehmoment an der dritte Abtriebswelle AB3 über den vierten Energiewandler 4d einstellbar ist. Dadurch kann eine Drehmomentaufteilung auf alle drei Abtriebswellen AB1, AB2, AB3 erfolgen. Das Anbaugerät ist nicht nur elektrisch mit der Arbeitsmaschine gekoppelt, sondern über eine PTO-Verbindung 8 auch mechanisch mit der Arbeitsmaschine gekoppelt. Dazu ist die Antriebswelle AN mit einer fünften Welle W5 wirkverbunden, die ihrerseits mit einem PTO-Getriebe 10 wirkverbunden ist. Das PTO-Getriebe 10 ist dazu vorgesehen, eine eingespeiste Drehzahl und ein Drehmoment anzupassen und über die PTO-Verbindung 8 das Anbaugerät mechanisch anzutreiben.
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Die erfindungsgemäße Verteilung der elektrischen Leistung auf die Vorderachse der Arbeitsmaschine und die Antriebsachse des Anbaugeräts liefert Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrads der jeweiligen Energiewandler 4a, 4b, 4c, 4d, die unter Teillast betreibbar sind. Ferner erwachsen auch Vorteile hinsichtlich einer besseren Ausnutzung der Radaufstandskräfte, die zu mehr Traktion und einer besseren Performance des Gespanns führen.
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Die Antriebsanordnung ermöglicht eine Bereitstellung einer elektrischen Energie durch die elektrische Leitung ohne dabei die Getriebeübersetzung und dadurch auch die Drehzahl des Hauptantriebselements 2 anpassen zu müssen. Blindleistung tritt im System nicht auf. Die Regelung des jeweiligen Energiewandlers 4a, 4b, 4c, 4d erfolgt über eine – hier nicht dargestellte – Leistungselektronik und einen – hier nicht dargestellte – Zwischenkreis.
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In 3 sind eine erste und eine zweite Leistungskurve L1, L2 in einem gemeinsamen Graphen aufgetragen. Auf einer Abszisse X ist eine Geschwindigkeit bzw. eine Ratio aufgetragen, wobei auf einer Ordinate Y eine Leistung des zweiten Energiewandlers 4b aufgetragen ist. Dabei stellt die Leistungskurve L1 den Leistungsverlauf für einen leistungsstärkeren zweiten Energiewandler 4b und die Leistungskurve L2 den Leistungsverlauf für einen leistungsschwächeren zweiten Energiewandler 4b dar. Ferner sind eine erste und eine zweite monoton fallende Gerade M1, M2 in dem Graphen eingezeichnet, die den theoretischen Leistungsbedarf des zweiten Energiewandlers 4b darstellen. Die beiden Geraden M1, M2 sind parallel zueinander ausgebildet, wobei die zweite Gerade M2 entlang der Ordinate Y zu geringeren Werten verschoben ist. Die Verschiebung der zweiten Gerade M2 entlang der Ordinate Y rührt von der dauerhaften Abzweigung von elektrischer Leistung, wobei die Verschiebung der zweiten Gerade M2 entlang der Ordinate Y mit zunehmender Abzweigung von elektrischer Leistung größer wird. Ab den Schnittpunkten zwischen der jeweiligen Gerade M1, M2 und der jeweiligen Leistungskurve L1, L2 kann die vollständige Antriebsleistung in Traktionsleistung umgewandelt werden. Mithin kann durch die Leistungsabzweigung bei niedrigeren Geschwindigkeiten und somit auch niedrigeren Ratios eine maximale elektrische Zugleistung von dem zweiten Energiewandler 4b auf die erste Abtriebswelle AB1 übertragen werden. Insbesondere kann eine maximale Zugleistung des Hauptantriebselements 2 in Traktion umgewandelt werden, wenn zusätzlich der dritte Energiewandler 4c und/oder der vierte Energiewandler 4d betrieben werden. Ferner ist es auch denkbar, falls nicht die maximale Zugleistung zum Antrieb der Arbeitsmaschine benötigt wird, insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten, dass die Arbeitsmaschine nur mit der ersten Zusatzantriebseinheit 3a und somit nur durch den Antrieb der ersten Abtriebswelle AB1 betrieben wird.
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Sofern keine erfindungsgemäße Leistungsaufteilung erfolgt, würde gemäß dem Schnittpunkt zwischen der zweiten Leistungskurve L2 und der ersten Gerade M1 die Übertagung einer maximalen Zugleistung bei einem leistungsschwächeren zweiten Energiewandler 4b erst bei höheren Geschwindigkeiten und somit bei höheren Ratios möglich sein. Durch die erfindungsgemäße dauerhafte Abzweigung der Leistung kann die Übertragung einer maximalen Zugleistung bei dem leistungsschwächeren zweiten Energiewandler 4b bei geringeren Geschwindigkeiten und somit bei geringeren Ratios erfolgen. Besonders im Bereich niedriger Geschwindigkeiten und Ratios ist die Übertragung der maximalen Zugleistung relevant, da hier hohe Drehmomente angefordert werden. Im Bereich höherer Geschwindigkeiten und Ratios kann die Leistungsaufteilung minimal sein, sodass im Wesentlichen der zweite Energiewandler 4b angetrieben wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung der jeweiligen Antriebsanordnung sieht vor, dass elektrische Leistung dauerhaft abgezweigt wird, um die Drehmomentbelastung an dem zweiten Energiewandler 4b herabzusetzen, wobei die abgezweigte elektrische Leistung zumindest dem dritten Energiewandler 4c bzw. dem dritten und/oder vierten Energiewandler 4c, 4d zugeführt wird, um die Arbeitsmaschine mit einer maximalen Zugleistung zu betreiben.
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Die dargestellten Antriebsanordnungen sind nur beispielhaft und somit nicht einschränkend. Beispielsweise kann die Antriebsanordnung gemäß 1 dahingehend angepasst werden, dass zusätzlich ein Anbaugerät, wie in 2 vorgesehen wird. Der PTO-Leistungspfad gemäß der Antriebsanordnung nach 2 kann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entfallen. Des Weiteren kann die zweite Zusatzantriebseinheit 3b, insbesondere der dritte Energiewandler 4c entfallen, wobei dann die Vorderachse nur noch mechanisch angetrieben werden kann. Insbesondere kann auch die Kupplung K entfallen, die eine Ab- und Zuschaltung eines Allradbetriebs ermöglicht. Alternativ ist es auch denkbar auf die mechanische Kopplung der ersten und zweiten Abtriebswelle AB1, AB2 zu verzichten und dadurch sowohl die Kupplung K als auch die Welle W3 einzusparen. Ferner ist es auch denkbar, dass der zumindest dritte und/oder vierte Energiewandler 4c, 4d als allgemeine Verbraucher vorgesehen sind und somit nicht zwingend zum Antrieb einer Achse genutzt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Anbaugerät um ein Anbaugerät ohne Antrieb handeln. Zum Beispiel kann das Anbaugerät eine Mähvorrichtung aufweisen, wobei der vierte Energiewandler 4d zur Energieversorgung der Mähvorrichtung vorgesehen ist. Maßgeblich ist die dauerhafte und somit ununterbrochene Abzweigung von elektrischer Leistung aus der ersten Zusatzantriebseinheit 3a zum Herabsetzen der Drehmomentbelastung an dem zweiten Energiewandler 4b. Dadurch kann die Arbeitsmaschine mit einer maximalen Zugleistung betrieben werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung kann auch ein rein elektrischer Betrieb dargestellt werden, wobei die Energiewandler 4a, 4b, 4c, 4d über Akkumulatoren und/oder einem Netzanschluss gespeist werden. In diesem Fall ist die maximal erreichbare Zugleistung nicht am Hauptantriebselement sondern an die Kombination der Antriebe an der Arbeitsmaschine, insbesondere einem Hauptgetriebe und einer Vorderachse sowie am Anbaugerät gekoppelt. Ferner kann in einem Hybridbetrieb, beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor, zumindest einer elektrischen Maschine und zumindest einem elektrischen Speicher oder Netzanschluss, je nach Konfiguration, mehr Zugleistung als bei einem reinen verbrennungsmotorischen Antrieb über eine Boost-Funktion der Energiewandler bereitgestellt werden, obwohl der zweite Energiewandler 4b kleiner dimensioniert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Hauptantriebselement
- 3a
- erste Zusatzantriebseinheit
- 3b
- zweite Zusatzantriebseinheit
- 4a
- erster Energiewandler
- 4b
- zweiter Energiewandler
- 4c
- dritter Energiewandler
- 4d
- vierter Energiewandler
- 5
- Planetengetriebe
- 6
- elektrische Leitung
- 7
- Energiespeicher
- 8
- PTO-Verbindung
- 9
- Energiespeicher
- 10
- PTO-Getriebe
- AB1
- erste Abtriebswelle
- AB2
- zweite Abtriebswelle
- AB3
- dritte Abtriebswelle
- AN
- Antriebswelle
- L1
- erste Leistungskurve
- L2
- zweite Leistungskurve
- M1
- erste Gerade
- M2
- zweite Gerade
- W1
- erste Welle
- W2
- zweite Welle
- W3
- dritte Welle
- W4
- vierte Welle
- W5
- fünfte Welle
- K
- Kupplung
- X
- Ordinate
- Y
- Abszisse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015208160 A1 [0003]
