DE102019204891A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe sowie Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes und Antriebsstrang - Google Patents

Leistungsverzweigungsgetriebe sowie Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes und Antriebsstrang Download PDF

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Raphael Himmelsbach
Philipp Rechenbach
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Abstract

Es wird ein Leistungsverzweigungsgetriebe (28) mit einem ersten Leistungspfad und einem zweiten Leistungspfad beschrieben. Dabei ist der erste Leistungspfad ein mechanischer Leistungspfad und umfasst einen primären Planetenradsatz (P1), einen sekundären Planetenradsatz (P2) und einen tertiären Planetenradsatz (P3). Ferner ist das Leistungsverzweigungsgetriebe (28) mit zumindest vier Schaltelementen ausgestattet. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Leistungsverzweigungsgetriebes (28) vorgestellt. Zudem wird ein Antriebsstrang (10) einer Arbeitsmaschine mit einem derartigen Leistungsverzweigungsgetriebe (28) präsentiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Leistungspfad und einem zweiten Leistungspfad, wobei der erste Leistungspfad ein mechanischer Leistungspfad ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Leistungsverzweig u ngsgetriebes.
  • Zudem betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe.
  • Leistungsverzweigungsgetriebe werden häufig in Antriebssträngen von Arbeitsmaschinen verwendet und sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielhafte Arbeitsmaschinen sind dabei landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen wie Traktoren oder Baustellen-Arbeitsmaschinen wie Radlader.
  • Mit bekannten Leistungsverzweigungsgetrieben werden üblicherweise mehrere Betriebsbereiche zur Verfügung gestellt, die unterschiedliche Übersetzungsstufen umfassen. Die Betriebsbereiche können in der Regel zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden. Insbesondere bei Anwendungsfällen, in denen das Leistungsverzweigungsgetriebe in einem Fahrantriebsstrang verwendet wird, müssen sowohl Vorwärtsbetriebsbereiche als auch Rückwärtsbetriebsbereiche zur Verfügung gestellt werden, die auch als Vorwärtsfahrbereiche und Rückwärtsfahrbereiche bezeichnet werden. Dies wird bei bekannten Anwendungen durch sogenannte Umschalteinheiten oder Wendeeinheiten gewährleistet, die einem als Leistungsverzweigungsgetriebe ausgebildeten Hauptgetriebe nachgeschaltet sind. Ein weiterer alternativer Begriff für Umschalteinheit ist Reversiereinheit.
  • Ausgehend von einem leistungsverzweigten Hauptgetriebe werden dabei die Umschalt- oder Wendeeinheiten entlang einer Getriebeachse des Hauptgetriebes diesem benachbart angeordnet, sodass sich der axiale Bauraumbedarf dieser Getriebegruppe ausgehend vom Hauptgetriebe erhöht.
  • Generell wird im Bereich der Getriebetechnik jedoch angestrebt, Getriebe möglichst kompakt zu bauen, was insbesondere für deren axiale Baulänge gilt. Dies ist vor allem bei elektrisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetrieben von Bedeutung, bei denen Bauraum für die elektrischen Maschinen vorgesehen werden muss.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit besonders kurzer axialer Baulänge zu schaffen. Folglich wird insgesamt der Bauraumbedarf eines Antriebsstrangs reduziert, der ein solches Leistungsverzweigungsgetriebe umfasst. Es versteht sich, dass die axiale Kompaktheit dabei nicht auf Kosten der übrigen Getriebefunktionalitäten erreicht werden darf. Eine der wichtigsten Getriebefunktionalitäten ist dabei das Bereitstellen von Betriebsbereichen, die bei fahrenden Arbeitsmaschinen auch als Fahrbereiche bezeichnet werden.
  • Die Aufgabe wird durch ein Leistungsverzweigungsgetriebe der eingangs genannten Art gelöst, umfassend
    eine Eingangswelle,
    eine Ausgangswelle,
    einen primären Planetenradsatz mit einem ersten primären Sonnenrad, einem zweiten primären Sonnenrad, einem gemeinsamen primären Planetenträger und zumindest einem gemeinsamen primären Planetenrad,
    einen sekundären Planetenradsatz mit einem sekundären Sonnenrad, einem sekundären Planetenträger und zumindest einem sekundären Hohlrad,
    einen tertiären Planetenradsatz mit einem ersten tertiären Planetenradsatzelement, ein erstes Schaltelement,
    ein zweites Schaltelement,
    ein drittes Schaltelement, und
    ein viertes Schaltelement,
    wobei das erste primäre Sonnenrad mit der Eingangswelle drehfest gekoppelt ist, wobei der gemeinsame primäre Planetenträger und das sekundäre Sonnenrad über das erste Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar sind,
    wobei das zweite primäre Sonnenrad und das sekundäre Sonnenrad über das zweite Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar sind,
    wobei der primäre Planetenträger und das sekundäre Hohlrad über das dritte Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar sind,
    wobei das sekundäre Hohlrad mit einem Getriebegehäuse über das vierte Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar ist,
    wobei der sekundäre Planetenträger mit dem ersten tertiären Planetenradsatzelement drehfest gekoppelt ist, und
    wobei die Ausgangswelle mit dem ersten tertiären Planetenradsatzelement drehfest gekoppelt ist. In diesem Zusammenhang ist ein Schaltelement als ein Sammelbegriff für Bremsen und Kupplungen zu verstehen, wobei Bremsen stets relativ zum Getriebegehäuse wirken und Kupplungen immer zwei drehbare Bauteile koppeln. Vorliegend sind also das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement als Kupplungen ausgeführt und das vierte Schaltelement als Bremse. Ein derartiges Leistungsverzweigungsgetriebe baut axial vergleichsweise kompakt, da es Planetenradsätze verwendet. Diese sind besonders gut geeignet, um Getriebe zu realisieren, die hohe Drehmomente übertragen können, aber dennoch einen geringen, insbesondere axialen, Bauraumbedarf aufweisen.
  • Die Ausführung des primären Planetenträgers als gemeinsamen Planetenträger und des primären Planetenrades als gemeinsames Planetenrad führt zunächst dazu, dass das Leistungsverzweigungsgetriebe vergleichsweise wenige Komponenten aufweist. Dadurch ist es einfach im Aufbau und leicht im Gewicht. Zudem spart diese Gestaltung Bauraum. Auch lassen sich die Kosten aufgrund der geringeren Anzahl der Komponenten reduzieren.
  • Vorzugsweise handelt es sich beim Leistungsverzweigungsgetriebe um ein stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe. Die einzelnen Betriebsbereiche oder Fahrbereiche des Leistungsverzweigungsgetriebes können also ohne Übersetzungssprünge gewechselt werden. Mit anderen Worten ist die vom Leistungsverzweigungsgetriebe bereitgestellte Übersetzung kontinuierlich über die verschiedenen Betriebs- oder Fahrbereiche verstellbar.
  • Die im Leistungsverzweigungsgetriebe verbauten Schaltelemente können reibschlüssig oder formschlüssig arbeiten. Die als Kupplungen ausgebildeten Schaltelemente können in diesem Zusammenhang als Klauenkupplungen oder Lamellenkupplungen ausgebildet sein. Die als Bremsen ausgebildeten Schaltelemente können Lamellenbremsen oder Klauenverbindungen sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das gemeinsame primäre Planetenrad ein Stufen-Planetenrad. Es erfüllt also die Funktion von zwei Planetenrädern, wobei diese beiden Planetenräder unterschiedliche Durchmesser haben. Zwischen den beiden durch das gemeinsame Planetenrad realisierten Planetenräder besteht also keine geometrische Abhängigkeit. Dadurch kann der primäre Planetenradsatz hinsichtlich seiner Übersetzungsstufen und seiner Baugröße frei gestaltet werden.
  • Nachdem der primäre Planetenradsatz einen gemeinsamen Planetenträger und ein gemeinsames primäres Planetenrad umfasst, kann er mit nur einem einzigen Hohlrad ausgestattet sein. Dadurch weist das zugehörige Leistungsverzweigungsgetriebe vergleichsweise wenige Komponenten auf. Es hat somit einen relativ einfachen Aufbau, ein geringes Gewicht und benötigt nur einen geringen Bauraum.
  • Das vorgenannte Leistungsverzweigungsgetriebe weist eine Getriebeachse auf, die einer Mittelachse der Planetenradsätze entspricht. Der Leistungsfluss erfolgt somit im Zugbetrieb entlang dieser Getriebeachse. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle liegen darüber hinaus vorzugsweise auf der Getriebeachse.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind bzw. ist ein fünftes Schaltelement und/oder ein sechstes Schaltelement vorhanden. Dabei bilden das vierte und das fünfte Schaltelement eine in das Leistungsverzweigungsgetriebe integrierte Umschalteinheit. Diese bietet einen Vorwärtsgang oder Vorwärtsfahrbereich und einen Rückwärtsgang oder Rückwärtsfahrbereich. Es kann somit auf eine als Nachschaltgetriebe ausgeführte Umschalteinheit verzichtet werden, wodurch ein geringer axialer Bauraumbedarf erreicht wird. Über die insgesamt sechs Schaltelemente können darüber hinaus vier Vorwärtsfahrbereiche und zwei Rückwärtsfahrbereiche realisiert werden, wie später erläutert werden wird. In Anbetracht dieses Funktionsumfangs weist das Leistungsverzweigungsgetriebe vergleichsweise wenige Komponenten auf und ist kompakt im Aufbau.
  • Der tertiäre Planetenradsatz kann ein Minusplanetenradsatz sein und das erste tertiäre Planetenradsatzelement ein tertiärer Planetenträger sowie ein zweites tertiäres Planetenradsatzelement ein tertiäres Hohlrad. Ein Planetenradsatz ist ein Minusplanetenradsatz, wenn die beiden gleichachsigen Zentralräder, also das Hohlrad und das Sonnenrad, bei stehendem Planetenträger gegensätzliche Drehrichtungen haben. Damit ist eine Standübersetzung des entsprechenden Getriebes negativ.
  • In diesem Zusammenhang kann das als tertiäres Hohlrad ausgebildete zweite tertiäre Planetenradsatzelement mit dem Getriebegehäuse über das fünfte Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar sein und das sekundäre Hohlrad mit einem tertiären Sonnenrad drehfest gekoppelt sein. Alternativ kann ein tertiäres Hohlrad mit dem Getriebegehäuse drehfest gekoppelt sein und das sekundäre Hohlrad mit einem tertiären Sonnenrad über das fünfte Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar sein. Derartige Kopplungen sind aus Sicht des Drehmomentflusses von der Eingangswelle zur Ausgangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes vorteilhaft. Insbesondere wird auf diese Weise das Drehmoment vergleichsweise direkt, d. h. insbesondere ohne Rückflüsse, zur Ausgangswelle geleitet. Ein solcher Aufbau des Leistungsverzweigungsgetriebes führt zu einer kompakten Gestalt desselben.
  • Alternativ kann der tertiäre Planetenradsatz ein Plusplanetenradsatz sein und das erste tertiäre Planetenradsatzelement ein tertiäres Hohlrad sowie das zweite tertiäre Planetenradsatzelement ein tertiärer Planetenträger. Ein Planetenradsatz ist ein Plusplanetenradsatz, wenn die beiden gleichachsigen Zentralräder, also das Hohlrad und das Sonnenrad, bei stillstehendem Planetenträger gleich gerichtete Drehrichtungen haben. Die Standübersetzung eines entsprechenden Getriebes ist dann positiv. Ein Plusplanetenradsatz weist dabei stets zwei Planetengruppen auf, hat also zumindest ein inneres Planetenrad und ein äußeres Planetenrad, die mit einem gemeinsamen Planetenträger gekoppelt sind.
  • In einer Variante ist das zweite tertiäre Planetenradsatzelement ein tertiärer Planetenträger, der mit dem Getriebegehäuse über das fünfte Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar ist und das sekundäre Hohlrad mit einem tertiären Sonnenrad drehfest gekoppelt ist. Derartige Kopplungen sind aus Sicht des Drehmomentflusses von der Eingangswelle zur Ausgangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes vorteilhaft. Insbesondere wird auf diese Weise das Drehmoment vergleichsweise direkt, d. h. insbesondere ohne Rückflüsse, zur Ausgangswelle geleitet. Ein solcher Aufbau des Leistungsverzweigungsgetriebes führt zu einer kompakten Gestalt desselben.
  • In einer Gestaltungsalternative kann vorgesehen sein, dass das sekundäre Sonnenrad mit dem sekundären Planetenträger über das sechste Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar ist oder
    dass das sekundäre Sonnenrad mit dem sekundären Hohlrad über das sechste Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar ist oder
    dass der sekundäre Planetenträger mit dem sekundären Hohlrad über das sechste Schaltelement wahlweise drehfest koppelbar ist. Auf diese Weise ist der sekundäre Planetenradsatz verblockbar. Es ergibt sich somit ein weiterer Vorwärtsgang oder Vorwärtsfahrbereich, da der sekundäre Planetenradsatz keine Übersetzungsfunktion im verblockten Zustand hat. Ein Fahrbereich, der auf diese Weise realisiert ist, ist hinsichtlich des zugehörigen Bauraumbedarfs sehr effizient.
  • Bevorzugt sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement radial geschachtelt angeordnet, insbesondere wobei das zweite Schaltelement radial innerhalb des ersten Schaltelements liegt. Das Schaltelement kann somit als sogenanntes Doppelschaltelement ausgeführt werden. Es lässt sich so ein reduzierter, insbesondere axialer, Bauraumbedarf erreichen. Für den Fall, dass das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement als Lamellenkupplungen ausgeführt sind, können sie in dieser Anordnung einen gemeinsamen Lamellenträger nutzen, was den Aufbau des Getriebes vereinfacht und den Platzbedarf weiter reduziert.
  • Auch können das dritte Schaltelement und das sechste Schaltelement radial geschachtelt angeordnet sein, insbesondere wobei das sechste Schaltelement radial innerhalb des dritten Schaltelements liegt. Es ergeben sich die hinsichtlich des ersten und zweiten Schaltelements erläuterten Effekte und Vorteile.
  • Außerdem ist es möglich, dass das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement radial geschachtelt angeordnet sind, insbesondere wobei das fünfte Schaltelement radial innerhalb des vierten Schaltelements liegt. Dann ist der tertiäre Planetenradsatz als Minusplanetenradsatz ausgebildet. Es ergeben sich wieder die hinsichtlich des ersten und zweiten Schaltelements erläuterten Effekte und Vorteile.
  • Gemäß einer Variante liegen bzw. liegt das vierte Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement radial außerhalb des sekundären Planetenradsatzes und/oder des tertiären Planetenradsatzes. Mit anderen Worten liegt eine radiale Schachtelung der Schaltelemente und der Planetenradsätze vor. Auch auf diese Weise wird vorhandener Baum effizient ausgenutzt. Außerdem sind so die Schaltelemente beispielsweise für Wartungsarbeiten leicht zugänglich.
  • Eine erste Verstelleinheit des zweiten Leistungspfads kann mit der Eingangswelle drehgekoppelt sein, insbesondere über eine Übersetzungsstufe drehgekoppelt sein, und eine zweite Verstelleinheit des zweiten Leistungspfads, die über den zweiten Leistungspfad mit der ersten Verstelleinheit gekoppelt ist, kann mit einem primären Hohlrad drehfest gekoppelt sein, insbesondere über eine Übersetzungsstufe drehgekoppelt sein. Die genannten Übersetzungsstufen können als Stirnradstufen oder Planetenradstufen ausgeführt sein. Dadurch lässt sich das Leistungsverzweigungsgetriebe einfach in einen zugeordneten Antriebsstrang integrieren, wobei insbesondere gewünschte Übersetzungsverhältnisse und Drehrichtungen eingestellt werden können.
  • Vorzugsweise ist der zweite Leistungspfad ein elektrischer Leistungspfad und die erste Verstelleinheit umfasst eine erste elektrische Maschine und die zweite Verstelleinheit umfasst eine zweite elektrische Maschine oder der zweite Leistungspfad ist ein hydraulischer Leistungspfad und die erste Verstelleinheit umfasst einen ersten Hydrostaten und die zweite Verstelleinheit umfasst einen zweiten Hydrostaten. Das Leistungserzeugungsgetriebe ist dann entweder ein elektrisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe oder ein hydraulisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe. Beide Getriebearten haben sich im Bereich der Arbeitsmaschinen bewährt. Insbesondere sind diese Getriebearten gut für die im Bereich der Arbeitsmaschinen vorherrschenden Umgebungsbedingungen geeignet, was zu einer hohen Zuverlässigkeit solcher Leistungsverzweigungsgetriebe führt.
  • Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes gelöst, bei dem
    ein erster Vorwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das erste Schaltelement und das vierte Schaltelement geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden,
    ein zweiter Vorwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden,
    ein dritter Vorwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das dritte Schaltelement und das zweite Schaltelement geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden,
    ein vierter Vorwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das zweite Schaltelement und ein sechstes Schaltelement geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden,
    ein erster Rückwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das erste Schaltelement und ein fünftes Schaltelement geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden, und/oder
    ein zweiter Rückwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das zweite Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden. Es können also vier Vorwärtsfahrbereiche und zwei Rückwärtsfahrbereiche realisiert werden. In Anbetracht dieses Funktionsumfangs baut das Leistungsverzweigungsgetriebe kompakt, was insbesondere für dessen axiale Baulänge gilt.
  • Die Betriebsbereiche von Getrieben werden in den vorliegenden Unterlagen stets als Fahrbereiche bezeichnet. Dadurch soll jedoch nicht impliziert werden, dass lediglich Getriebe gemeint sind, die im Zusammenhang mit einem Fahrantrieb stehen. Vielmehr sind auch explizit Getriebe gemeint, die dies nicht tun. Es sind also alle angegebenen Fahrbereiche im weiten Sinne als Betriebsbereiche zu verstehen.
  • Die Aufgabe wird weiter durch einen Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine der eingangs genannten Art gelöst, der ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe umfasst, wobei der Antriebsstrang insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine zugeordnet ist. Aufgrund der bereits erläuterten Kompaktheit des Leistungsverzweigungsgetriebes ergibt sich ein Antriebsstrang, bei dem ausreichend Raum für elektrische Maschinen vorhanden ist, die insbesondere bei elektrisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetrieben vorhanden sind und in den Antriebsstrang integriert werden müssen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
    • - 1 einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe, das mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens betreibbar ist,
    • - 2 das Leistungsverzweigungsgetriebe aus 1 in einer Detailansicht,
    • - 3 eine alternative Ausführungsform des Leistungsverzweigungsgetriebes aus 2,
    • - 4 einen gegenüber der 1 alternativen erfindungsgemäßen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß 3,
    • - 5 eine weitere, gegenüber den Ausführungsformen der 2 und 3 alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes,
    • - 6 ein zu den Leistungsverzweigungsgetrieben aus den 1 bis 5 gehörendes Schaltschema
    • - 7 ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform,
    • - 8 einen gegenüber den 1 und 4 alternativen erfindungsgemäßen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß einer weiteren Variante,
    • - 9 das Leistungsverzweigungsgetriebe aus 8 in einer Detailansicht.
  • 1 zeigt einen Antriebsstrang 10 für eine mobile Arbeitsmaschine.
  • Dieser dient einerseits dem Antrieb einer Zapfwelle, wofür ein Zapfwellengetriebe 14 vorgesehen ist. Andererseits dient der Antriebsstrang 10 als Fahrantrieb für die mobile Arbeitsmaschine. Hierfür ist eine Ausgangswelle 16 vorgesehen.
  • Über die Ausgangswelle 16 können ein Vorderradabtrieb 18 und ein Hinterradabtrieb 20 mit Leistung in Form von Drehzahl und Drehmoment versorgt werden.
  • Ferner wird der Antriebsstrang 10 zum Antrieb weiterer Aggregate und Pumpen genutzt, die in der 1 lediglich schematisch gezeigt und mit dem Bezugszeichen 22 versehen sind.
  • Als Energiequelle des Antriebsstrangs 10 dient ein Antriebsmotor 24, der vorliegend schematisch als Verbrennungsmotor dargestellt ist. Dieser treibt über einen Schwingungsdämpfer 26 eine Eingangswelle 12 an.
  • In den dargestellten Ausführungsformen sind sowohl die Eingangswelle 12 als auch die Ausgangswelle 16 auf einer Getriebeachse 27 angeordnet.
  • Dabei ist der Eingangswelle 12 und der Ausgangswelle 16 ein stufenlos verstellbares, mechanisch-elektrisches Leistungsverzweigungsgetriebe 28 zwischengeschaltet.
  • Der mechanische Strang oder mechanische Leistungszweig dieses Leistungsverzweigungsgetriebes 28 umfasst einen primären Planetenradsatz P1, einen sekundären Planetenradsatz P2 und einen tertiären Planetenradsatz P3, auf die später im Detail eingegangen werden wird.
  • Der elektrische Strang oder elektrische Leistungszweig des Leistungsverzweigungsgetriebes 28 beinhaltet eine erste Verstelleinheit 36 und eine zweite Verstelleinheit 38, die jeweils als elektrische Maschinen ausgeführt und elektrisch miteinander gekoppelt sind.
  • Die beiden Verstelleinheiten 36, 38 sind zudem über eine Steuereinheit 40 mit einer elektrischen Speichereinheit 42 gekoppelt. Diese Speichereinheit 42 kann neben dem Antriebsmotor 24 als Energiequelle des Antriebsstrangs 10 dienen. Derartige Antriebsstränge können als hybrid bezeichnet werden.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die erste Verstelleinheit 36 über eine nicht näher bezeichnete Übersetzungsstufe, die als Stirnradstufe dargestellt ist, mit der Eingangswelle 12 drehfest gekoppelt.
  • Die zweite Verstelleinheit 38 ist über eine weitere, nicht näher bezeichnete Übersetzungsstufe, die als Stirnradstufe dargestellt ist, mit dem ersten Planetenradsatz P1 drehfest gekoppelt.
  • Das Leistungsverzweigungsgetriebe 28 ist in 2 im Detail dargestellt.
  • Wie bereits erwähnt, umfasst es einen primären Planetenradsatz P1. Dieser hat ein erstes primäres Sonnenrad P111, ein zweites primäres Sonnenrad P112, einen gemeinsamen primären Planetenträger P12 und zumindest ein gemeinsames primäres Planetenrad P13. Außerdem umfasst der primäre Planetenradsatz P1 ein primäres Hohlrad P14.
  • Das gemeinsame primäre Planetenrad P13 ist dabei als Stufen-Planetenrad ausgebildet.
  • Zudem ist das primäre Hohlrad P14 das einzige Hohlrad des primären Planetenradsatzes P1.
  • Das primäre Hohlrad P14 ist dabei beispielsweise dem zweiten primären Sonnenrad P112 zugeordnet. Mit anderen Worten ist das erste primäre Sonnenrad P111 sozusagen hohlradfrei ausgebildet, da dem ersten primären Sonnenrad P111 kein Hohlrad (direkt) zugeordnet ist, wie aus 2 deutlich wird.
  • Der sekundäre Planetenradsatz P2 des Leistungsverzweigungsgetriebes 28 weist ein sekundäres Sonnenrad P21, einen sekundären Planetenträger P22, ein sekundäres Planetenrad P23 und zumindest ein sekundäres Hohlrad P24 auf.
  • Ferner umfasst das Leistungsverzweigungsgetriebe 28 den tertiären Planetenradsatz P3, der in der Ausführungsform gemäß 1 und 2 als Minusplanetenradsatz ausgebildet ist.
  • Der tertiäre Planetenradsatz P3 weist somit ein tertiäres Sonnenrad P31, ein erstes tertiäres Planetenradsatzelement P32, das als tertiärer Planetenträger ausgebildet ist, ein tertiäres Planetenrad P33 und ein zweites tertiäres Planetenradsatzelement P34 auf, das als tertiäres Hohlrad ausgebildet ist.
  • Diese Elemente sind wie folgt gekoppelt.
  • Die erste Verstelleinheit 36 ist drehfest mit der Eingangswelle 12 gekoppelt.
  • Das erste primäre Sonnenrad P111 ist ebenfalls mit der Eingangswelle 12 drehfest gekoppelt.
  • Die zweite Verstelleinheit 38 ist mit dem primären Hohlrad 14 drehfest gekoppelt.
  • Was den sekundären Planetenradsatz P2 und den tertiären Planetenradsatz P3 anbelangt, ist der sekundäre Planetenträger P22 mit dem ersten tertiären Planetenradsatzelement P32 drehfest gekoppelt, das in der dargestellten Variante ein tertiärer Planetenträger ist.
  • Ferner ist die Ausgangswelle 16 mit dem ersten tertiären Planetenradsatzelement P32, also mit dem tertiären Planetenträger, drehfest gekoppelt.
  • Zusätzlich ist das sekundäre Hohlrad P24 mit dem tertiären Sonnenrad P31 drehfest gekoppelt.
  • Außerdem sind sechs Schaltelemente S1, S2, S3, S4, S5, S6 vorgesehen.
  • Der gemeinsame primäre Planetenträger P12 und das sekundäre Sonnenrad P21 sind dabei über ein erstes Schaltelement S1 wahlweise drehfest koppelbar.
  • Das zweite primäre Sonnenrad P112 und das sekundäre Sonnenrad P21 sind über ein zweites Schaltelement S2 wahlweise drehfest koppelbar.
  • Der gemeinsame primäre Planetenträger P12 und das sekundäre Hohlrad P24 sind über ein drittes Schaltelement S3 wahlweise drehfest koppelbar.
  • Das sekundäre Hohlrad P24 ist mit einem Getriebegehäuse 44 über ein viertes Schaltelement S4 wahlweise drehfest koppelbar.
  • Das zweite tertiäre Planetenradsatzelement P34, das als tertiäres Hohlrad ausgebildet ist, ist darüber hinaus mit dem Getriebegehäuse 44 über ein fünftes Schaltelement S5 wahlweise drehfest koppelbar.
  • Das sekundäre Sonnenrad P21 ist mit dem sekundären Planetenträger P22 über ein sechstes Schaltelement S6 wahlweise drehfest koppelbar.
  • Das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 sind in der Variante gemäß 1 und 2 radial geschachtelt angeordnet. Dabei liegt das zweite Schaltelement S2 radial innerhalb des ersten Schaltelements S1.
  • Falls das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 als Lamellenkupplungen ausgeführt sind, kann ein gemeinsamer Lamellenträger verwendet werden.
  • Auch das dritte Schaltelement S3 und das sechste Schaltelement S6 sind radial geschachtelt angeordnet, wobei das sechste Schaltelement S6 radial innerhalb des dritten Schaltelements S3 liegt. In der Ausführungsform gemäß 1 und 2 verwenden das dritte Schaltelement S3 und das sechste Schaltelement S6 allerdings voneinander separate Lamellenträger, sofern die Schaltelemente S3, S6 überhaupt als Lamellenkupplungen ausgeführt sind.
  • Das vierte Schaltelement S4 und das fünfte Schaltelement S5 sind radial außerhalb des sekundären Planetenradsatzes P2 und des tertiären Planetenradsatzes P3 angeordnet.
  • In 3 ist eine alternative Ausführungsform des Leistungsverzweigungsgetriebes 28 gezeigt, das sich von der Ausführungsform gemäß 2 lediglich dadurch unterscheidet, dass das sechste Schaltelement S6 nun wahlweise das sekundäre Sonnenrad P21 mit dem sekundären Hohlrad P24 drehfest koppelt. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zur 2 verwiesen.
  • Des Weiteren können nun das dritte Schaltelement S3 und das sechste Schaltelement S6, sofern sie als Lamellenkupplungen ausgebildet sind, einen gemeinsamen Lamellenträger nutzen.
  • Nachdem das sechste Schaltelement S6 in der Variante gemäß 3 bei der Verblockung des sekundären Planetenradsatzes lediglich ein vergleichsweise kleines Verblockungsdrehmoment halten muss, kann es vergleichsweise kompakt ausgeführt werden.
  • Für den Fall, dass es sich beim sechsten Schaltelement S6 um eine Lamellenkupplung handelt, kann diese also vergleichsweise wenige Lamellen aufweisen.
  • 4 zeigt das Leistungsverzweigungsgetriebe 28 im Gesamtzusammenhang des Antriebsstrangs 10. Dieser entspricht mit Ausnahme des Leistungsverzweigungsgetriebes dem Antriebsstrang aus 1, sodass auf die Ausführungen hierzu verwiesen wird.
  • In 5 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Leistungsverzweigungsgetriebes 28 gezeigt, die sich von den Ausführungsformen aus den 2 und 3 dadurch unterscheidet, dass das sechste Schaltelement S6 den sekundären Planetenträger P22 und das sekundäre Hohlrad P24 wahlweise drehfest koppelt. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zur 2 verwiesen.
  • Hinsichtlich der Anordnung des dritten Schaltelements S3 und des sechsten Schaltelements S6 entspricht die Ausführungsform gemäß 5 der Ausführungsform aus 3.
  • Die in den 1 bis 5 gezeigten Leistungsverzweigungsgetriebe 28 können mittels des nachfolgend erläuterten Verfahrens betrieben werden. Ein zughöriges Schaltschema ist in 6 gezeigt.
  • In diesem Zusammenhang wird ein erster Vorwärts-Fahrbereich FB-V1 eingestellt, indem das erste Schaltelement S1 und das vierte Schaltelement S4 geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden.
  • Ein zweiter Vorwärts-Fahrbereich FB-V2 wird gewählt, indem das zweite Schaltelement S2 und das vierte Schaltelement S4 geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden.
  • Ein dritter Vorwärts-Fahrbereich FB-V3 wird realisiert, indem das dritte Schaltelement S3 und das zweite Schaltelement S2 geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden.
  • Ein vierter Vorwärts-Fahrbereich FB-V4 wird eingestellt, indem das zweite Schaltelement S2 und das sechste Schaltelement S6 geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden.
  • Ein erster Rückwärts-Fahrbereich FB-R1 wird eingelegt, indem das erste Schaltelement S1 und das fünfte Schaltelement S5 geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden.
  • Ein zweiter Rückwärts-Fahrbereich FB-R2 wird selektiert, indem das zweite Schaltelement S2 und das fünfte Schaltelement S5 geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden.
  • Es ergeben sich somit vier Vorwärtsfahrbereiche und zwei Rückwärtsfahrbereiche.
  • 7 zeigt eine weitere Alternative des Leistungserzeugungsgetriebes 28. Diese unterscheidet sich lediglich hinsichtlich des tertiären Planetenradsatzes P3 von der Ausführungsform gemäß 2.
  • Der tertiäre Planetenradsatz P3 ist nun als sogenannter Plusplanetenradsatz ausgeführt.
  • Dieser weist ein inneres Planetenrad P33i und ein äußeres Planetenrad P33a auf. Dabei ist es bekannt, dass Plusplanetenradsätze stets zwei Planetenradgruppen aufweisen, wohingegen Minusplanetenradsätze mit einer einzigen Planetenradgruppe auskommen.
  • Das erste tertiäre Planetenradsatzelemente 32 ist nun ein tertiäres Hohlrad.
  • Es ist drehfest mit dem sekundären Planetenträger P22 und der Ausgangswelle 16 gekoppelt.
  • Das zweite tertiäre Planetenradsatzelement P34 nun ein tertiärer Planetenträger. Dieser lagert die beiden Planetenräder P33a und P33i.
  • Ferner ist der Planetenträger in Form des zweiten tertiären Planetenradsatzelements P34 über das fünfte Schaltelement S5 wahlweise drehfest mit dem Getriebegehäuse 44 koppelbar.
  • Im Übrigen wird auf die Ausführungen zur 2 verwiesen.
  • Auch das Leistungsverzweigungsgetriebe 28 gemäß 7 lässt sich mittels des anhand der 6 erläuterten Verfahrens betreiben. Das Schaltschema aus 6 gilt also auch für das Leistungsverzweigungsgetriebe aus 7.
  • In 8 ist ein alternativer Antriebsstrang 10 dargestellt, der sich vom Antriebsstrang 10 gemäß der 1 und 4 durch eine geänderte Konfiguration des Leistungsverzweigungsgetriebes 28 unterscheidet.
  • Nun ist nämlich das fünfte Schaltelement S5 als Kupplung ausgeführt anstatt als Bremse wie in den Ausführungsformen gemäß 1 und 4.
  • Ferner ist nun die erste Verstelleinheit 36 auf einer Getriebeausgangsseite mit der Eingangswelle 12 gekoppelt anstatt auf einer Getriebeeingangsseite wie in den 1 und 4.
  • Das Leistungsverzweigungsgetriebe aus 8 ist in 9 im Detail dargestellt.
  • Es unterscheidet sich lediglich hinsichtlich des tertiären Planetenradsatzes P3 und dessen Kopplungen vom Leistungsverzweigungsgetriebe 28 aus 2.
  • Der tertiäre Planetenradsatz P3 ist wieder als Minusplanetenradsatz ausgebildet.
  • Dabei ist das tertiäre Sonnenrad P31 über das fünfte Schaltelement S5 wahlweise drehfest mit dem sekundären Hohlrad P24 koppelbar.
  • Das erste tertiäre Planetenradsatzelement P32 ist wieder als tertiärer Planetenträger ausgeführt und drehfest mit der Ausgangswelle 16 verbunden.
  • Das zweite tertiäre Planetenradsatzelement P34 ist als Hohlrad ausgebildet und drehfest mit dem Getriebegehäuse 44 gekoppelt.
  • Das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 sowie das dritte Schaltelement S3 und das sechste Schaltelement S6 sind wie bereits hinsichtlich der Ausführungsform aus 2 ineinander verschachtelt.
  • Zusätzlich sind nun das vierte Schaltelement S4 und das fünfte Schaltelement S5 radial ineinander verschachtelt, wobei das fünfte Schaltelement S5 radial innerhalb des vierten Schaltelements S4 liegt.
  • Für den Fall, dass das vierte Schaltelement S4 und das fünfte Schaltelement S5 als Lamellenbremse bzw. als Lamellenkupplung ausgebildet sind, können sie einen gemeinsamen Lamellenträger nutzen.
  • Das Leistungsverzweigungsgetriebe 28 gemäß 8 und 9 kann mittels des bereits erläuterten Verfahrens zum Betrieb des Leistungserzeugungsgetriebes betrieben werden. Dabei ist das Schaltschema aus 6 ebenfalls gültig.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebsstrang
    12
    Eingangswelle
    14
    Zapfwellengetriebe
    16
    Ausgangswelle
    18
    Vorderradabtrieb
    20
    Hinterradabtrieb
    22
    Aggregate und Pumpen
    24
    Antriebsmotor
    26
    Schwingungsdämpfer
    27
    Getriebeachse
    28
    Leistungsverzweigungsgetriebe
    36
    erste Verstelleinheit
    38
    zweite Verstelleinheit
    40
    Steuereinheit
    42
    Speichereinheit
    44
    Getriebegehäuse
    P1
    primärer Planetenradsatz
    P111
    erstes primäres Sonnenrad
    P112
    zweites primäres Sonnenrad
    P12
    gemeinsamer primärer Planetenträger
    P13
    gemeinsames primäres Planetenrad
    P14
    primäres Hohlrad
    P2
    sekundärer Planetenradsatz
    P21
    sekundäres Sonnenrad
    P22
    sekundärer Planetenträger
    P23
    sekundäres Planetenrad
    P24
    sekundäres Hohlrad
    P3
    tertiärer Planetenradsatz
    P31
    tertiäres Sonnenrad
    P32
    erstes tertiäres Planetenradsatzelement
    P33
    tertiäres Planetenrad
    P34
    zweites tertiäres Planetenradsatzelement
    S1
    erstes Schaltelement
    S2
    zweites Schaltelement
    S3
    drittes Schaltelement
    S4
    viertes Schaltelement
    S5
    fünftes Schaltelement
    S6
    sechstes Schaltelement

Claims (15)

  1. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) mit einem ersten Leistungspfad und einem zweiten Leistungspfad, wobei der erste Leistungspfad ein mechanischer Leistungspfad ist und das Leistungsverzweigungsgetriebe eine Eingangswelle (12), eine Ausgangswelle (16), einen primären Planetenradsatz (P1) mit einem ersten primären Sonnenrad (P111), einem zweiten primären Sonnenrad (P112), einem gemeinsamen primären Planetenträger (P12) und zumindest einem gemeinsamen primären Planetenrad (P13), einen sekundären Planetenradsatz (P2) mit einem sekundären Sonnenrad (P21), einem sekundären Planetenträger (P22) und zumindest einem sekundären Hohlrad (P24), einen tertiären Planetenradsatz (P3) mit einem ersten tertiären Planetenradsatzelement (P32), ein erstes Schaltelement (S1), ein zweites Schaltelement (S2), ein drittes Schaltelement (S3), und ein viertes Schaltelement (S4) umfasst, wobei das erste primäre Sonnenrad (P111) mit der Eingangswelle (12) drehfest gekoppelt ist, wobei der gemeinsame primäre Planetenträger (P12) und das sekundäre Sonnenrad (P21) über das erste Schaltelement (S1) wahlweise drehfest koppelbar sind, wobei das zweite primäre Sonnenrad (P112) und das sekundäre Sonnenrad (P21) über das zweite Schaltelement (S2) wahlweise drehfest koppelbar sind, wobei der gemeinsame primäre Planetenträger (P12) und das sekundäre Hohlrad (P24) über das dritte Schaltelement (S3) wahlweise drehfest koppelbar sind, wobei das sekundäre Hohlrad (P24) mit einem Getriebegehäuse (44) über das vierte Schaltelement (S4) wahlweise drehfest koppelbar ist, wobei der sekundäre Planetenträger (P22) mit dem ersten tertiären Planetenradsatzelement (P32) drehfest gekoppelt ist, und wobei die Ausgangswelle (16) mit dem ersten tertiären Planetenradsatzelement (P32) drehfest gekoppelt ist.
  2. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein fünftes Schaltelement (S5) und/oder ein sechstes Schaltelement (S6) vorhanden sind bzw. ist.
  3. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der tertiäre Planetenradsatz (P3) ein Minusplanetenradsatz ist und das erste tertiäre Planetenradsatzelement (P32) ein tertiärer Planetenträger ist und ein zweites tertiäres Planetenradsatzelement (P34) ein tertiäres Hohlrad ist.
  4. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das als tertiäres Hohlrad ausgebildete zweite tertiäre Planetenradsatzelement (P34) mit dem Getriebegehäuse (44) über das fünfte Schaltelement (S5) wahlweise drehfest koppelbar ist und das sekundäre Hohlrad (P24) mit einem tertiären Sonnenrad (P31) drehfest gekoppelt ist, oder ein tertiäres Hohlrad (P34) mit dem Getriebegehäuse (44) drehfest gekoppelt ist und das sekundäre Hohlrad (P24) mit einem tertiären Sonnenrad (P31) über das fünfte Schaltelement (S5) wahlweise drehfest koppelbar ist.
  5. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der tertiäre Planetenradsatz (P3) ein Plusplanetenradsatz ist und das erste tertiäre Planetenradsatzelement (P32) ein tertiäres Hohlrad ist und das zweite tertiäre Planetenradsatzelement (P34) ein tertiärer Planetenträger ist.
  6. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite tertiäre Planetenradsatzelement (P34) ein tertiärer Planetenträger ist, der mit dem Getriebegehäuse (44) über das fünfte Schaltelement (S5) wahlweise drehfest koppelbar ist und das sekundäre Hohlrad (P24) mit einem tertiären Sonnenrad (P31) drehfest gekoppelt ist.
  7. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach einem der Ansprüche 2 bis 6 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Sonnenrad (P21) mit dem sekundären Planetenträger (P22) über das sechste Schaltelement (S6) wahlweise drehfest koppelbar ist oder dass das sekundäre Sonnenrad (P21) mit dem sekundären Hohlrad (P24) über das sechste Schaltelement (S6) wahlweise drehfest koppelbar ist oder dass der sekundäre Planetenträger (P22) mit dem sekundären Hohlrad (P24) über das sechste Schaltelement (S6) wahlweise drehfest koppelbar ist.
  8. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (S1) und das zweite Schaltelement (S2) radial geschachtelt angeordnet sind, insbesondere wobei das zweite Schaltelement (S2) radial innerhalb des ersten Schaltelements (S1) liegt.
  9. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (S3) und das sechste Schaltelement (S6) radial geschachtelt angeordnet sind, insbesondere wobei das sechste Schaltelement (S6) radial innerhalb des dritten Schaltelements (S3) liegt.
  10. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach einem der Ansprüche 2 bis 9 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (S4) und das fünfte Schaltelement (S5) radial geschachtelt angeordnet sind, insbesondere wobei das fünfte Schaltelement (S5) radial innerhalb des vierten Schaltelements (S4) liegt.
  11. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (S4) und/oder das fünfte Schaltelement (S5) radial außerhalb des sekundären Planetenradsatzes (P2) und/oder des tertiären Planetenradsatzes (P3) liegen.
  12. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Verstelleinheit (36) des zweiten Leistungspfads mit der Eingangswelle (12) drehgekoppelt ist, insbesondere über eine Übersetzungsstufe drehfest gekoppelt ist, und eine zweite Verstelleinheit (38) des zweiten Leistungspfads, die über den zweiten Leistungspfad mit der ersten Verstelleinheit (36) gekoppelt ist, mit einem primären Hohlrad (P14) drehfest gekoppelt ist, insbesondere über eine Übersetzungsstufe drehfest gekoppelt ist.
  13. Leistungsverzweigungsgetriebe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leistungspfad ein elektrischer Leistungspfad ist und die erste Verstelleinheit (36) eine erste elektrische Maschine umfasst und die zweite Verstelleinheit (38) eine zweite elektrische Maschine umfasst oder dass der zweite Leistungspfad ein hydraulischer Leistungspfad ist und die erste Verstelleinheit (36) einen ersten Hydrostaten umfasst und die zweite Verstelleinheit (38) einen zweiten Hydrostaten umfasst.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vorwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das erste Schaltelement (S1) und das vierte Schaltelement (S4) geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden, ein zweiter Vorwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das zweite Schaltelement (S2) und das vierte Schaltelement (S4) geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden, ein dritter Vorwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das dritte Schaltelement (S3) und das zweite Schaltelement (S2) geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden, ein vierter Vorwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das zweite Schaltelement (S2) und ein sechstes Schaltelement (S6) geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden, ein erster Rückwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das erste Schaltelement (S1) und ein fünftes Schaltelement (S5) geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden, und/oder ein zweiter Rückwärts-Fahrbereich eingestellt wird, indem das zweite Schaltelement (S2) und das fünfte Schaltelement (S5) geschlossen werden und alle übrigen Schaltelemente geöffnet werden.
  15. Antriebsstrang (10) einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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