DE102019215806A1

DE102019215806A1 - System zur motorleistungsübertragung mit getriebeumgehung

Info

Publication number: DE102019215806A1
Application number: DE102019215806.4A
Authority: DE
Inventors: Edwin R. Kreis; Mahendra Patil; Jeffrey Lubben
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-04-16
Also published as: RU2763799C2; CN111038251A; RU2019129801A; US10807459B2; US20200114749A1; RU2019129801A3; BR102019020039A2

Abstract

Ein System zur Motorleistungsübertragung stellt einen gegabelten Leistungsfluss mit Getriebeumgehung bereit. Ein System zur Motorleistungsübertragung umfasst einen Motor, der ein Abtriebselement aufweist. Ein Getriebe weist eine Eingangswelle auf, die mit dem Motorabtriebselement gekoppelt ist, wobei der Motor konfiguriert ist, um mehr Leistung zu erzeugen, als das Getriebe bewältigen kann. In dem Getriebe ist eine mehrstufige Getriebeanordnung enthalten, die mit der Eingangswelle gekoppelt ist. Eine Ausgangswelle ist mit der Getriebeanordnung gekoppelt und eine Fahrzeugachse ist mit der Ausgangswelle gekoppelt, um von dieser angetrieben zu werden. Ein Generator ist so konfiguriert, dass er intermittierend vom Motor angetrieben wird. Ein Elektromotor ist konfiguriert, um elektrische Leistung von dem Generator zu empfangen und die Fahrzeugachse anzutreiben, ohne dass das Getriebe die maximale Nennleistung übersteigt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Nicht zutreffend.
ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Nicht zutreffend.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung bezieht sich auf Systeme zur Motorleistungsübertragung und auf Fahrzeugantriebsanordnungen zur Motorleistungsübertragung mit einer Umgehung des mehrstufigen Getriebes.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Arbeitsfahrzeuge, wie sie beispielsweise in der Land-, Bau- und Forstwirtschaft eingesetzt werden, sowie andere Fahrzeuge, Geräte und Maschinen können von einem Antriebsaggregat angetrieben werden, das häufig einen Verbrennungsmotor oder eine alternative Leistungsquelle umfasst. Die Leistungsübertragung auf die Antriebsräder erfolgt über einen Antriebsstrang, der typischerweise eine Antriebswelle und ein Getriebe umfasst, um über verschiedene Drehzahlverhältnisse mehrere Drehzahlen bereitzustellen. Außerdem können ein oder mehrere Differentiale vorgesehen sein, um die Leistung zwischen den beiden Seiten des Fahrzeugs aufzuteilen. Leistung kann auf eine oder mehrere Achsen übertragen werden. Die Leistungsquelle, das Getriebe und das Differential sind typischerweise in Reihe verpackt, wobei die Leistung, die vom Motor und/oder alternativen Leistungsquellen erzeugt wird, über das mehrstufige Getriebe übertragen wird. Die typische Konfiguration erfordert ein Getriebe, das so dimensioniert ist, dass es die gesamte Leistung und das gesamte Drehmoment bewältigt, die auf die Antriebsräder übertragen werden, insbesondere die von einem Verbrennungsmotor erzeugten. Dementsprechend wären andere Optionen, die die Verwendung eines Getriebes für geringere Beanspruchungen ermöglichen, aus Entwicklungs- und Herstellungssicht kostengünstiger und zeiteffizienter.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die Offenbarung stellt ein System zur Motorleistungsübertragung mit Umgehung eines mehrstufigen Getriebes bereit, um maximale Leistung vom Motor auf die Antriebsachsen zu übertragen. In einem Aspekt umfasst ein System zur Motorleistungsübertragung einen Motor mit einem Abtriebselement. Ein Getriebe weist eine maximale Nennleistung und eine Welle auf, die mit dem Motorabtriebselement gekoppelt ist. Der Motor erzeugt eine maximale Leistungsstufe, die über der maximalen Nennleistung des Getriebes liegt. Eine Getriebeanordnung in dem Getriebe ist mit der Welle gekoppelt und erzeugt mehrere Drehzahlverhältnisse. Eine weitere Welle ist mit der Getriebeanordnung gekoppelt. Eine Fahrzeugachse ist mit der zusätzlichen Welle gekoppelt und konfiguriert, um von dieser angetrieben zu werden. Ein Generator ist konfiguriert, um intermittierend vom Motor angetrieben zu werden, um elektrische Leistung zu erzeugen. Ein Elektromotor ist konfiguriert, um die elektrische Leistung vom Generator zu empfangen und die Fahrzeugachse anzutreiben. Das Getriebe und der Elektromotor sind so konfiguriert, dass sie zusammen die Fahrzeugachse auf die maximale Leistungsstufe antreiben, ohne dass das Getriebe die maximale Nennleistung überschreitet.
In einem weiteren Aspekt umfasst ein System zur Motorleistungsübertragung einen Motor, der eine Welle antreibt. Ein Getriebe ist mit der Welle gekoppelt. Eine Getriebeanordnung in dem Getriebe wird von der Welle angetrieben und erzeugt mehrere Drehzahlverhältnisse. Eine weitere Welle ist mit der Getriebeanordnung gekoppelt und wird mit einer Vielzahl von Abtriebsverhältnissen relativ zu der ersten Welle angetrieben. Eine Fahrzeugachse ist mit der zweiten Welle gekoppelt und wird von dieser angetrieben. Eine weitere Welle wird von der ersten Welle mit einem einzigen Abtriebsverhältnis angetrieben. Ein Generator wird intermittierend angetrieben, um elektrische Leistung zu erzeugen, und ein Elektromotor ist elektrisch mit dem Generator gekoppelt und treibt die Fahrzeugachse an.
In einem zusätzlichen Aspekt umfasst ein Leistungsübertragungssystem für ein Arbeitsfahrzeug einen Verbrennungsmotor, der eine erste Antriebswelle antreibt. Eine Getriebeeinheit weist ein Getriebegehäuse und eine Eingangswelle, die mit der ersten Antriebswelle gekoppelt ist und sich in das Gehäuse erstreckt, auf. Eine Getriebeanordnung ist zur Bereitstellung mehrerer Drehzahlverhältnisse konfiguriert und in dem Getriebegehäuse angeordnet. Die Getriebeanordnung ist innerhalb des Getriebegehäuses mit der Eingangswelle gekoppelt. Eine Vorderachse wird vom Motor über das Getriebe angetrieben. Eine zweite Antriebswelle koppelt die Vorderachse mit dem Getriebe. Eine Hinterachse wird ebenfalls vom Motor über das Getriebe angetrieben. Eine dritte Antriebswelle koppelt die Hinterachse mit dem Getriebe. Eine vierte Antriebswelle koppelt einen Zahnradsatz mit dem Getriebe. Ein Generator ist mit dem Zahnradsatz gekoppelt und wird intermittierend angetrieben, um elektrische Leistung zu erzeugen. Ein Elektromotor ist elektrisch mit dem Generator gekoppelt. Der Elektromotor treibt Vorder- und Hinterachse über ein Getriebe an. Die zweite Antriebswelle erstreckt sich durch das Getriebe.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs in Form eines landwirtschaftlichen Knickgelenktraktors, bei dem das offenbarte System zur Motorleistungsübertragung verwendet werden kann;
2 ist eine vereinfachte Darstellung des Systems zur Motorleistungsübertragung des Arbeitsfahrzeugs von 1;
3A eine schematische Darstellung des Systems zur Motorleistungsübertragung von 2 gemäß dieser Offenbarung;
3B ist eine schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften Systems zur Motorleistungsübertragung gemäß dieser Offenbarung;
3C ist eine schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften Systems zur Motorleistungsübertragung gemäß dieser Offenbarung;
4 ist eine Darstellung eines Elektromotors und eines Getriebes, wobei das Gehäuse entfernt ist, das mit dem System zur Motorleistungsübertragung der 2 gemäß dieser Offenbarung verwendet wird; und
5 ist eine vereinfachte Endansicht des Elektromotors und Getriebes von 4, gemäß dieser Offenbarung.

Gleiche Referenzsymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen eines offenbarten Systems zur Motorleistungsübertragung beschrieben, wie in den beigefügten Figuren der vorstehend kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten auf dem Gebiet in Betracht gezogen werden.
In einer oder mehreren beispielhaften Implementierungen des offenbarten Systems zur Motorleistungsübertragung stellt das System einen verfügbaren gegabelten Leistungsfluss mit einer Getriebeumgehung zur maximalen Leistungsübertragung vom Motor bereit. Das System zur Motorleistungsübertragung umfasst den Motor und das Getriebe, das mit dem Motor gekoppelt ist, um Leistung davon zu empfangen. Der Motor kann konfiguriert sein, um mehr Leistung zu erzeugen, als das Getriebe bewältigen kann. In dem Getriebe ist eine mehrstufige Getriebeanordnung enthalten, über die Leistung vom Motor auf die Fahrzeugachsen übertragen wird. Das System zur Motorleistungsübertragung umfasst auch einen Generator, der konfiguriert ist, um intermittierend vom Motor angetrieben zu werden, und einen Elektromotor, der elektrisch mit dem Generator gekoppelt ist und dazu beiträgt, die Fahrzeugachse mit elektrischer Leistung anzutreiben, die vom Motor abgeleitet wird, ohne die mehrstufige Getriebeanordnung zu durchlaufen. Das System zur Motorleistungsübertragung umfasst auch verschiedene Wellen, Drehmomentübertragungselemente und andere Elemente und Einheiten, wie nachstehend beschrieben.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme zur Motorleistungsübertragung im Kontext bestimmter arbeitsfahrzeugbezogener Anwendungen zum Zwecke der Veranschaulichung von Beispielen. Bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor wird die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanischen Antrieb zur Fahrzeugbewegung genutzt. In Bezug auf das beispielhafte Arbeitsfahrzeug bedeutet dies, dass der Verbrennungsmotor verwendet wird, um Raupenketten zu drehen, die den Boden berühren, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Antrieb eines solchen Fahrzeugs erfolgt über ein breites Spektrum von Betriebsbedingungen und umfasst die Verwendung eines Getriebes, das eine Auswahl von mehreren Gängen bietet. Darüber hinaus kann der Motor in der Lage sein, ein sehr hohes Maß an Leistung abzugeben. Die Bereitstellung eines Getriebes für solche Anwendungen erfordert erhebliche Entwicklungszeit und -kosten und erfordert ein Getriebe, das in der Lage ist, die Leistungs- und Drehmomentbelastungen unter allen auftretenden Bedingungen zu tragen. In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung, wie weiter unten beschrieben, wird ein gegabeltes Leistungsübertragungssystem verwendet, um überschüssige Leistung vom Motor zu übertragen, ohne dass ein Getriebe mit einer Kapazität, die so dimensioniert ist, dass sie die volle Leistungsabgabe des Motors bewältigt, erforderlich ist. Das Bereitstellen eines Getriebes mit niedrigeren Leistungs- und Drehmomentwerten als der Motor abgeben kann, spart Entwicklungszeit und Kosten für das Getriebe.
Wie oben angemerkt, kann das hierin beschriebene System zur Motorleistungsübertragung in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Anwendungen außerhalb des Fahrzeugs. Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine beispielhafte Anwendung ein System zur Motorleistungsübertragung, das in einem Arbeitsfahrzeug 10, das in diesem Beispiel als knickgelenkter landwirtschaftlicher Raupentraktor dargestellt ist, enthalten sein kann. Es versteht sich jedoch, dass andere Konfigurationen in Betracht gezogen werden, wie etwa Konfigurationen des Arbeitsfahrzeugs 10 als eine andere Art von Traktor oder als ein Arbeitsfahrzeug, das für andere Aspekte der Agrarindustrie oder der Bau- oder Forstwirtschaftsindustrie verwendet wird (z. B. eine Erntemaschine, ein Holzschlepper, ein Motor-Grader und so weiter), einschließlich Fahrzeugen mit Rädern anstelle von Raupenketten. Es versteht sich ferner, dass das offenbarte System zur Motorleistungsübertragung auch bei Nicht-Arbeitsfahrzeugen verwendet werden kann, bei denen Motorleistungsabgaben die Übertragungskapazität oder den Wunsch, Leistung durch das Getriebe zu leiten, übersteigen.
Im vorliegenden Beispiel ist das Arbeitsfahrzeug 10 als Hochleistungszugmaschine konstruiert, die effizient ein sehr hohes Maß an Leistung auf den Boden überträgt und für Zugleistung ausgelegt ist. Im Allgemeinen umfasst das Arbeitsfahrzeug 10 einen Motor 12, der hohe Pferdestärken abgibt und ein elektronisch gesteuertes Mehrstufengetriebe 14 (z. B. 18 Vorwärtsgänge), das in bekannter Weise konfiguriert ist. Die verfügbare Leistung des Motors 12 kann höher als die Nennleistung des Getriebes 14 sein. Das Arbeitsfahrzeug 10 umfasst ein Antriebssystem mit vier Kettensätzen 16, die ein hohes Maß an Traktion bereitstellen, um maximale Leistung auf den Boden zu übertragen, um die schwersten Lasten zu ziehen und um die Arbeit bei Anwendungen wie dem Kultivieren, Pflügen, Grubbern und Pflanzen zu erleichtern. In anderen Beispielen können die Kettensätze 16 durch Räder ersetzt werden. Für die Bereitstellung eines derart hohen Maßes an Pferdestärken sind Antriebskomponenten erforderlich, die die Last bewältigen können. Um zu vermeiden, dass alle Antriebskomponenten neu konstruiert werden müssen, insbesondere in Bezug auf die lange Produktionszeit und das kostspielige Getriebe 14, oder aus anderen Gründen zur Umgehung des Getriebes 14, überträgt die vorliegende Offenbarung die Motorleistung durch ein gegabeltes Übertragungssystem.
Das Arbeitsfahrzeug 10 weist ein Hauptfahrgestell 18 auf, das in diesem Beispiel an einem Gelenk 20 angelenkt ist, um die Manövrierbarkeit zu unterstützen. Das Gelenk 20 verbindet eine vordere Einheit 22 mit einer hinteren Einheit 24. Das Fahrgestell 18 wird von den Kettensätzen 16 getragen, die in den Boden eingreifen. Die Kettensätze 16 stützen das Fahrgestell 18 durch die Achsanordnungen 26, 28. Zwei oder mehr der Kettensätze 16 können angetrieben werden, um das Arbeitsfahrzeug 10 anzutreiben, und in diesem Beispiel werden alle vier Kettensätze 16 angetrieben. Das Fahrgestell 18 trägt den Motor 12, der als Antriebsaggregat zur Leistungserzeugung dient und in diesem Beispiel als Verbrennungsmotor ausgebildet ist. Eine Bedienerkabine 29, in der Bedienerschnittstellen- und Steuermittel (z. B. verschiedene Steuerräder, Hebel, Schalter, Knöpfe, Bildschirme, Tastaturen usw.) platziert sind, ist vorgesehen. Das Arbeitsfahrzeug 10 kann konfiguriert sein, um Leistung vom Motor 12 zu verwenden und/oder anderen angeschlossenen Geräten bereitzustellen, um elektrische Leistung zu erzeugen und/oder mechanische, fluidbetriebene und/oder andere Funktionen anzutreiben. Im vorliegenden Beispiel werden die Achsanordnungen 26, 28 mit zusätzlicher Leistung vom Motor 12 in Form von elektrischer Leistung versorgt. Das Fahrzeug 10 umfasst unterstützende Systeme und Ausrüstung zum Übertragen der elektrischen Leistung, wie nachstehend näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3A ist das Leistungsübertragungssystem 30 als isoliert von anderen Komponenten des Arbeitsfahrzeugs 10 zur Sichtbarkeit in 2 und in schematischer Form in 3A dargestellt. Der Motor 12 umfasst mehrere Zylinder, die sich in einem Motorblock 32 hin- und herbewegen, um Drehleistung zu erzeugen, die durch ein Abtriebselement 34 wie etwa einem oder mehreren der folgenden übertragen wird: Welle (Kurbelwelle), Schwungrad, Kupplung, andere Drehmomentübertragungselemente. Über das Abtriebselement 34 und eine Antriebswelle 36 ist der Motor 12 mechanisch mit dem Getriebe 14 gekoppelt, um diesem Leistung in Form einer Drehbewegung zuzuführen. Die Antriebswelle 36 ermöglicht, dass das Getriebe 14 physisch vom Motor 12 getrennt positioniert wird, und kann in anderen Beispielen weggelassen werden, wenn eine Trennung nicht gewünscht ist. Das Getriebe 14 umfasst ein Getriebegehäuse 38, das die inneren Elemente aufnimmt, die typische Elemente wie etwa Zahnräder, Lager, Schaltmechanismen und verschiedene Drehmomentübertragungselemente beinhalten, um eine gewünschte Anzahl von Vorwärts- und Rückwärtsgängen in einer mehrstufigen Getriebeanordnung 40 in bekannter Weise zu erreichen.
Leistung gelangt vom Motor 12 in das Getriebe 14 als Antrieb über eine obere Welle 42 und dann über ein Drehmomentübertragungselement 41 in die mehrstufige Getriebeanordnung 40. Von der mehrstufigen Getriebeanordnung 40 fließt Leistung durch ein weiteres Drehmomentübertragungselement 43 und als Abtrieb in eine untere Welle 44, die sich durch das Getriebegehäuse 38 erstreckt und mit einer vorderen Antriebswelle 46 und einer hinteren Antriebswelle 48 gekoppelt ist. Die vordere Antriebswelle 46 ist mit der Vorderachsanordnung 26 gekoppelt und die hintere Antriebswelle 48 ist mit der Hinterachsanordnung 28 gekoppelt. Die vordere und hintere Antriebswelle 46, 48 sind durch die untere Welle 44 miteinander gekoppelt. Beide Achsanordnungen 26, 28 sind über das Abtriebselement 34, die Antriebswellen 36, 46, 48 und das Getriebe 14, einschließlich über die obere Welle 42, die mehrstufige Getriebeanordnung 40 und die untere Welle 44, mit dem Motor 12 gekoppelt. Dementsprechend ist der Motor 12 mechanisch mit den Achsanordnungen 26, 28 verbunden, um diesen Leistung zuzuführen. Wie weiter unten beschrieben, werden der Motor 12 und das Getriebe 14 gesteuert, um die Leistung zu begrenzen, die mechanisch auf die Achsenanordnungen 26, 28 übertragen werden kann, und infolgedessen werden die maximale Leistungsabgabe und maximale Drehmomentabgabe des Motors 12 nicht ausschließlich mechanisch übertragen.
Das Leistungsübertragungssystem 30 umfasst auch einen Bypass 49 der mehrstufigen Getriebeanordnung 40 des Getriebes 14, um Leistung vom Motor 12 zu den Achsanordnungen 26, 28 abzugeben, ohne die mehrstufige Getriebeanordnung 40 zu durchlaufen. Der Bypass 49 ist mit einem Zapfwellenantriebsstrang 50 verbunden, der zum Antreiben einer Zapfwelleneinheit 58 verwendet wird. Der Bypass 49 umfasst die obere Welle 42 des Getriebes 14, die sich durch das Getriebegehäuse 38 erstreckt und an einem Ende mit der Antriebswelle 36 und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem Zapfwellenantriebsstrang 50 an einer Antriebswelle 52 gekoppelt ist. Die Antriebswelle 52 ist mit einer Zahnradsatzeinheit 54 gekoppelt. Die Zahnradsatzeinheit 54 ist mit einer Zapfwelle 56 gekoppelt, die sich zu der Zapfwelleneinheit 58 erstreckt, die zur Kopplung mit Arbeitsgeräten und Zubehörteilen konfiguriert ist, die von dem Arbeitsfahrzeug 10 angetriebene Funktionen aufweisen. Die Zahnradsatzeinheit 54 ist auch mit einem Generator 60 gekoppelt, der Bestandteil eines elektrischen Antriebssystems 62 ist. In verschiedenen Implementierungen können die Zahnradsatzeinheit 54 und der Generator anders als in den hier beschriebenen beispielhaften Implementierungen montiert und angetrieben werden. Beispielsweise können der Zahnradsatz 54 und der Generator 60 direkt oder in der Nähe des Motors 12 oder des Getriebes 14 zur Leistungsübertragung montiert sein, ohne zuerst den Zapfwellenantriebsstrang oder Bypass zu durchlaufen.
Das elektrische Antriebssystem 62 umfasst den Generator 60, einen Elektromotor 64, eine Leistungselektronik 68, ein Steuersystem 70 und verschiedene elektrische Kabel oder Verbindungen. Zusätzlich können verschiedene Sensoren, Stellglieder und andere typische elektrische Vorrichtungen enthalten sein, diese sind jedoch nicht dargestellt. Die Komponenten des elektrischen Antriebssystems 62 wandeln, konditionieren, übertragen und steuern Leistung, die von der mechanischen Bewegung des Motors 12 abgegeben wird, in geeignete elektrische Leistung von dem Generator 60 zur Abgabe an und Verwendung durch den Elektromotor 64. In anderen Beispielen kann die Leistungselektronik 68 auch betrieben werden, um von dem Generator 60 erzeugte Leistung zur Speicherung in einem Batteriesystem (nicht dargestellt) umzuwandeln. Die Leistungselektronik 68 kann Gleichrichter, Wechselrichter, Wandler, Steuerungen und andere typische Vorrichtungen beinhalten, um die erforderliche Umwandlung und Steuerung von elektrischer Leistung bereitzustellen und somit den Betrieb des Generators 60, des Elektromotors 64 und anderer zugehöriger elektrischer Komponenten dieser Art auf dem Spannungsniveau, auf das das elektrische Antriebssystem 62 ausgelegt ist, zu unterstützen.
Wie in 3A gezeigt, umfasst das Steuersystem 70 mindestens eine Steuerung 72, die elektrisch mit dem Motor 12, dem Getriebe 14, dem Generator 60, dem Elektromotor 64 und der Leistungselektronik 68 gekoppelt ist, um Steuerfunktionen bereitzustellen. Die Steuerung(en) 72 kann/können auch mit anderen Vorrichtungen gekoppelt sein, die erforderlich sind, um die gewünschten Systemsteuerfunktionen bereitzustellen, einschließlich verschiedener Stellglieder und Sensoren, wie etwa Drehzahlsensoren (nicht gezeigt). Die Steuerung(en) 72 kann/können eine oder mehrere Rechenvorrichtungen beinhalten, wie etwa verschiedene Prozessorvorrichtungen und verschiedene zugehörige Speicherarchitekturen. In bestimmten Ausführungsformen kann/können die Steuerung(en) 72 zusätzlich (oder alternativ) verschiedene andere elektronische Steuerschaltungen und -vorrichtungen (z. B. verschiedene elektronische Vorrichtungen oder programmierbare Schaltungen) beinhalten. Die Steuerung(en) 72 kann/können getrennt von anderen Komponenten angeordnet sein (wie z. B. in 3A gezeigt) oder können in verschiedene Komponenten, wie etwa den Motor 12 und das Getriebe 14, integriert sein. In einigen Ausführungsformen kann/können die Steuerung(en) 72 der hier offenbarten Funktionalität gewidmet sein. In einigen Ausführungsformen kann/können die Steuerung(en) 72 konfiguriert sein, um zusätzlich zu den hier offenbarten Steuerfunktionen andere Funktionen des Arbeitsfahrzeugs 10 und/oder verbundener Arbeitsgeräte bereitzustellen.
Die von dem Generator 60 über die Leistungselektronik 68 übertragene elektrische Leistung wird am Elektromotor 64 wieder in mechanische Leistung umgewandelt. Der Elektromotor 64 ist über ein Getriebe 74 mit den Achsanordnungen 26, 28 gekoppelt. In diesem Beispiel ist das Getriebe 74 ein Zweiganggetriebe, bei dem ein Antrieb von dem Elektromotor 64 über zwei alternative Getriebepfade 76, 78, die zwei unterschiedliche Drehzahlverhältnisse bereitstellen, auf die Antriebswelle 48 übertragen wird. Zusätzlich kann das Getriebe 74 eine neutrale Position 75 aufweisen, um den Elektromotor von der Antriebswelle 48 zu entkoppeln. Durch das Getriebe 74 und die Antriebswelle 48 ist der Elektromotor 64 gekoppelt, um Leistung auf beide Achsanordnungen 26, 28 zu übertragen. Im Falle der Vorderachsanordnung 26 wird Leistung vom Elektromotor 64 durch das Getriebe 74, die Antriebswelle 48, die untere Welle 44 und die Antriebswelle 46 auf die Achsanordnung 26 übertragen. Bei der Hinterachsanordnung 28 wird Leistung von dem Elektromotor 64 durch das Getriebe 74 und die Antriebswelle 48 zu der Achsanordnung 28 geleitet. Obwohl die Leistung an die Vorderachsanordnung 26 wieder über die untere Welle 44 durch das Getriebegehäuse 38 fließt, geschieht dies, ohne die mehrstufige Getriebeanordnung 40 zu durchlaufen. Insgesamt fließt die Leistung des Bypasses 49 zweimal durch das Getriebegehäuse 38, ohne die mehrstufige Getriebeanordnung 40 zu durchlaufen - einmal durch die obere Welle 42 auf dem Weg zum Generator 60 und ein zweites Mal durch die untere Welle 44 auf dem Weg zur Vorderachsanordnung 26.
Das elektrische Antriebssystem 62 umfasst die Leiter 80, die zwischen dem Generator 60 und der Leistungselektronik 68 gekoppelt sind, und die Leiter 82, die zwischen der Leistungselektronik 68 und dem Elektromotor 64 gekoppelt sind. Zusätzlich wird eine elektrische Übertragung zwischen der/den Steuerung(en) 72 und dem Motor 12, dem Getriebe 14, dem Generator 60, dem Elektromotor 64, der Leistungselektronik 68 und dem Getriebe 74 hergestellt. Unter normalen Leistungsanforderungen des Arbeitsfahrzeugs 10 bis zur maximalen Nennleistung des Getriebes 14 steuern die Steuerung(en) 72 das Leistungsübertragungssystem 30, um Leistung vom Motor 12 durch das Getriebe 14, einschließlich der mehrstufigen Getriebeanordnung 40, und die Antriebswellen 46, 48 auf die Achsanordnungen 26, 28 zu übertragen. Die Leistung vom Motor 12 ist auch an einer Zapfwelle 84 zur Verwendung von Arbeitsgeräten und Zubehörteilen verfügbar. Die Leistung wird auf die Zapfwelle 84 vom Motor 12 durch das Abtriebselement 34, die Antriebswelle 36, die obere Welle 42 des Getriebes 14 und den Zapfwellenantriebsstrang 50, einschließlich der Antriebswelle 52, der Zahnradsatzeinheit 54, der Zapfwelle 56 und der Zapfwelleneinheit 58, übertragen. Die Steuerung(en) 72 ist/sind programmiert, um die Leistungsabgabe des Motors 12 auf die maximale Nennleistung des Getriebes 14 zu begrenzen, wenn sie in einem rein mechanischen Modus durch die mehrstufige Getriebeanordnung 40 betrieben wird/werden. Der Generator 60 wird während des rein mechanischen Betriebs deaktiviert und das elektrische Antriebssystem 62 befindet sich im Standby-Modus.
Wenn von dem Arbeitsfahrzeug 10 zusätzliche Leistung angefordert wird, zum Beispiel von dessen Bediener, die über der maximalen Nennleistung des Getriebes 14 liegt, signalisieren die Steuerung(en) 72 dem Generator 60, elektrische Leistung zu erzeugen. Zusätzliche Leistung zum Antreiben des Arbeitsfahrzeugs 10 wird vom Motor 12 durch das Abtriebselement 34, die Antriebswelle 36, die obere Welle 42 (ohne die mehrstufige Getriebeanordnung 40 zu durchlaufen) und die Zahnradsatzeinheit 54 auf den Rotor 88 des Generators 60 übertragen. Leistung wird auch von dem Elektromotor 64 durch das Getriebe 74 und die Antriebswellen 46, 48 auf die Achsanordnungen 26, 28 übertragen. Zwischen dem Generator 60 und dem Elektromotor 64 wird Leistung elektrisch übertragen und insbesondere von dem Generator 60 über die Leiter 80, die Leistungselektronik 68 und die Leiter 82 an den Elektromotor 64 abgegeben, so dass der Elektromotor 64 Leistung und Drehmoment auf die Achsanordnungen 26, 28 überträgt. Die durch die mehrstufige Getriebeanordnung 40 und die durch den Bypass 49 übertragenen Leistungen werden addiert und den Achsanordnungen 26, 28 auf Leistungsstufen zugeführt, die die gesamte Leistungsfähigkeit des Motors 12 nutzen, ohne die Leistungskapazität des Getriebes 14 zu überschreiten.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 und 5 sind ausgewählte interne Komponenten des Getriebes 74 gezeigt, wobei das Gehäuse zur Sichtbarkeit entfernt ist. Der Elektromotor 64 umfasst einen Rotor 88 mit einer Welle 90, die mit einer Eingangswelle 92 des Getriebes 74 gekoppelt ist. Die Eingangswelle 92 ist durch die Lager 94, 96 gelagert, und ein Zahnrad 98 ist an der Eingangswelle 92 befestigt, um sich zu drehen, wenn sich der Rotor 88 dreht. Das Getriebe 74 umfasst beabstandete Zahnradwellen 102, 104, die beide parallel zur Eingangswelle 92 angeordnet sind. Ein Zahnrad 106 ist an der Welle 102 befestigt und steht in kämmendem Eingriff mit dem Zahnrad 98, so dass die Welle 102 angetrieben wird, um sich zu drehen, wenn sich die Eingangswelle 92 dreht. Die Zahnräder 108, 110 sind ebenfalls beabstandet auf der Zahnradwelle 102 angeordnet und weisen unterschiedliche Größen (unterschiedliche Durchmesser und/oder eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen) auf. Die Zahnräder 108, 110 stehen mit der Zahnradwelle 102 in Eingriff, so dass sie sich mit dieser drehen und entlang der Zahnradwelle 102 gleiten können, wie etwa durch Keilverzahnung. Die Zahnradwelle 102 ist in Lagern 114, 116 und die Zahnradwelle 104 in anderen Lagern 118, 120 gelagert. Die Zahnradwelle 104 trägt die Zahnräder 122, 124, die zur Drehung mit der Zahnradwelle 104 fest damit verbunden sind. Die Zahnräder 122, 124 weisen unterschiedliche Durchmesser bzw. eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen auf.
Um zwei Drehzahlen durch das Getriebe 74 bereitzustellen, werden die Zahnräder 110 und 124 miteinander in Eingriff gebracht oder die Zahnräder 108, 122 werden miteinander in Eingriff gebracht. Ein Schaltmechanismus 126 und ein Schaltstellglied 128 arbeiten, um die Zahnräder 108, 110 auf der Getriebewelle 102 zu verschieben, um zu bestimmen, welche Zahnräder in Eingriff stehen und somit die zwei Drehzahlen durch das Getriebe 74 bereitzustellen. Dies ermöglicht die Verwendung des Motors 64, um die Achsanordnungen 26, 28 über den gesamten Drehzahlbereich des Arbeitsfahrzeugs 10 mit zusätzlicher Leistung zu versorgen.
Die Antriebswelle 48 erstreckt sich durch das Getriebegehäuse 74 und trägt ein Kettenrad 130, das in seiner Position fixiert ist, um sich mit der Antriebswelle 48 zu drehen. Ein zweites Kettenrad 132 ist an der Zahnradwelle 104 befestigt. Eine Kette 134 steht mit den Kettenrädern 130, 132 in Eingriff, so dass die Welle 104 bei Drehung die Antriebswelle 48 antreibt. Somit treibt die Drehung des Rotors 88 die Achsanordnungen 26, 28 an, wodurch Leistung zu der durch die mehrstufige Getriebeanordnung 40 übertragenen Leistung hinzugefügt wird.
Das hierin offenbarte System zur Motorleistungsübertragung kann auf verschiedene Weise implementiert sein. Beispielsweise sind 3B und 3C schematische Diagramme von zwei alternativen Anordnungen, in denen die elektrische Leistungseingabe auf die Räder weiter stromabwärts im Antriebsstrang als in der in 3A gezeigten beispielhaften Anordnung übertragen wird. Die elektrische Leistung wird lokal auf jede Achse oder auf jedes Achsgetriebe für jedes Rad über mehrere separate elektrische Maschinen verteilt, anstatt von einer einzigen elektrischen Maschine zentralisiert zu werden. In der folgenden Behandlung der in 3B und 3C gezeigten Beispiele kann ein Großteil des Systems zur Motorleistungsübertragung, insbesondere ein Großteil seiner mechanischen Komponenten, gleich oder ähnlich dem sein, das unter Bezugnahme auf die Anordnung von 3A beschrieben ist. Es werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Achsanordnungen sind zwar im Allgemeinen gleich, werden jedoch mit 26', 28' und 26" und 28" bezeichnet, und der Bypass, das elektrische Antriebssystem und das Steuersystem mit den Elektromotoren und elektrischen Leitungen werden in den 3B und 3C mit 49', 49"; 62', 62"; 70', 70"; 64', 64" und 82', 82" bezeichnet, um die verschiedenen elektrischen Leistungseingabeanordnungen zu bezeichnen. In jedem der verteilten elektrischen Antriebssysteme, die in 3B und 3C gezeigt sind, können die einzelnen Elektromotoren unterschiedlich oder gleich wie der Elektromotor 64 bemessen sein. Da jeder einzelne Elektromotor weniger Lastanforderungen als der einzelne Elektromotor 64 aufweisen wird, können in einigen Fällen die Elektromotoren in den verteilten elektrischen Antriebssystemen Elektromotoren mit geringerer Kapazität (und geringeren Kosten) sein, die jeweils mit geringeren Leistungsanforderungen als im Vergleich zum Elektromotor 64 arbeiten. Die verteilten elektrischen Antriebssysteme bieten auch den Vorteil einer differentiellen elektrischen Leistungseingabe auf die vorderen und hinteren Achsanordnungen oder sogar auf einzelne Räder. Beispielsweise ist es in der Ausführungsform in 3B möglich, nur die Vorder- oder Hinterräder mit zusätzlicher elektrischer Leistung zu versorgen. Dasselbe gilt für die Ausführungsform in 3C, die die weitere Fähigkeit aufweist, nur eines oder beide der links- oder rechtsseitigen Räder mit zusätzlicher elektrischer Leistung zu versorgen.
Im Allgemeinen ersetzt das in 3B gezeigte Beispiel den einzelnen Elektromotor 64 der Anordnung in 3A mit zwei Elektromotoren 64a' und 64b', die eine elektrische Leistungseingabe zum Antriebsstrang an den Achsanordnungen 26', 28' bereitstellen. Ansonsten ist das elektrische Antriebssystem 62' im Allgemeinen dasselbe, einschließlich des Generators 60, der Leistungselektronik 68, des Steuersystems 70' und verschiedener elektrischer Kabel oder Verbindungen. Wie zuvor können verschiedene Sensoren, Stellglieder und andere typische elektrische Vorrichtungen enthalten sein, sind aber nicht dargestellt. Und wie zuvor umfasst das Steuersystem 70' mindestens eine Steuerung 72, die elektrisch mit dem Motor 12, dem Getriebe 14, dem Generator 60 und der Leistungselektronik 68 gekoppelt ist, um Steuerfunktionen bereitzustellen. Die Steuerung(en) 72 kann/können auch mit anderen Vorrichtungen gekoppelt sein, die erforderlich sind, um die gewünschten Systemsteuerfunktionen bereitzustellen, einschließlich verschiedener Stellglieder und Sensoren, wie etwa Drehzahlsensoren (nicht gezeigt). Der Unterschied besteht hier darin, dass das elektrische Antriebssystem 62' die Elektromotoren 64a', 64b' umfasst und somit das Steuersystem 70' dazu konfiguriert ist, jeden dieser separaten Elektromotoren 64a', 64b' anstelle des einzelnen Elektromotors 64 der in 3A dargestellten Anordnung.
Die vom Generator 60 über die Leistungselektronik 68 übertragene elektrische Leistung wird an den Elektromotoren 64a', 64b' wieder in mechanische Leistung umgewandelt. Die Elektromotoren 64a', 64b' sind über entsprechende Getriebe 73a', 73b' mit den Achsanordnungen 26', 28' gekoppelt. In diesem Beispiel enthält jedes der Getriebe 73a', 73b' zwei direkt miteinander kämmende Zahnräder, die eine Rotationseingabe von den zugeordneten Elektromotoren 64a', 64b' empfangen, die wiederum mit einem anderen Zahnrad gekoppelt sind, das mit Differentialanordnungen 75a', 75b' der zugehörigen Achsanordnungen 26', 28' in Eingriff steht und eine Rotationseingabe für diese bereitstellt (in den Achsen 26, 28 von 3A nicht explizit gezeigt). Die Differentialanordnungen 75a', 75b' sind über Kegelradsätze oder andere geeignete mechanische Kupplungen an die zugehörigen Antriebswellen 46, 48 gekoppelt, so dass die Achsanordnungen 26', 28' mechanisch durch den Motor 12 und die mehrstufige Getriebeanordnung 40 angetrieben werden können. In der in 3B gezeigten Anordnung fließt Leistung des Bypasses 49' einmal durch das Getriebegehäuse 38 hindurch, ohne die mehrstufige Getriebeanordnung 40 über die obere Welle 42 auf dem Weg zum Generator 60 zu durchlaufen. Mechanische Leistung durch das Getriebegehäuse 38 wird von der oberen Welle 42 über die mehrstufige Getriebeanordnung 40 zur unteren Welle 44 zu den Achsanordnungen 26', 28' geleitet.
Bei normalen Leistungsanforderungen des Arbeitsfahrzeugs 10 bis zur maximalen Nennleistung des Getriebes 14 wird den Achsanordnungen 26', 28' Leistung vom Motor 12 über das Getriebe 14, einschließlich der mehrstufigen Getriebeanordnung 40, und die Antriebswellen 46, 48 zugeführt. Leistung vom Motor 12 ist auch an der Zapfwelle 84 zur Verwendung von Arbeitsgeräten und Zubehörteilen in der Weise verfügbar, wie sie in Bezug auf 3A beschrieben wurde. Das Steuersystem 70' ist programmiert, um die Leistungsabgabe des Motors 12 auf die maximale Nennleistung des Getriebes 14 zu begrenzen, wenn es in einem rein mechanischen Modus durch die mehrstufige Getriebeanordnung 40 betrieben wird. Der Generator 60 wird während des rein mechanischen Betriebs deaktiviert und das elektrische Antriebssystem 62' befindet sich im Standby-Modus.
Wenn vom Arbeitsfahrzeug 10, zum Beispiel von dessen Bediener, zusätzliche Leistung über die maximale Nennleistung des Getriebes 14 hinaus angefordert wird, wird auch Leistung von den Elektromotoren 64a', 64b' auf die Achsanordnungen 26', 28' übertragen. Zwischen dem Generator 60 und den Elektromotoren 64a', 64b' wird Leistung elektrisch übertragen und insbesondere von dem Generator 60 über die Leiter 80, die Leistungselektronik 68 und die Leiter 82' an die Elektromotoren 64a', 64b' abgegeben, so dass die Elektromotoren 64a', 64b' Leistung und Drehmoment auf die Achsanordnungen 26', 28' übertragen. Die durch die mehrstufige Getriebeanordnung 40 und die durch den Bypass 49' übertragenen Leistungen werden addiert und den Achsanordnungen 26', 28' auf Leistungsstufen zugeführt, die die gesamte Leistungsfähigkeit des Motors 12 nutzen, ohne die Leistungskapazität des Getriebes 14 zu überschreiten.
In dem in 3C dargestellten Beispiel wird der einzelne Elektromotor 64 der Anordnung in 3A mit vier Elektromotoren 64a"-64d" ersetzt, die eine elektrische Leistungseingabe zum Antriebsstrang an den Achsanordnungen 26",28" bereitstellen, die in diesem Beispiel stromabwärts der Differentialanordnungen 75a",75b" an den Achsgetrieben 77a"-77d" in die Achsanordnungen 26",28" eintritt. Ansonsten ist das elektrische Antriebssystem 62" im Allgemeinen dasselbe, einschließlich des Generators 60, der Leistungselektronik 68, des Steuersystems 70" und verschiedener elektrischer Kabel oder Verbindungen, Sensoren, Stellglieder und anderer typischer elektrischer Vorrichtungen. Und wie zuvor umfasst das Steuersystem 70" mindestens eine Steuerung 72, die elektrisch mit dem Motor 12, dem Getriebe 14, dem Generator 60 und der Leistungselektronik 68 gekoppelt ist, um Steuerfunktionen und Steuerung jedes dieser separaten Elektromotoren 64a"-64d" bereitzustellen.
Die vom Generator 60 über die Leistungselektronik 68 übertragene elektrische Leistung wird an den Elektromotoren 64a"-64d", die über die Achsgetriebe 77a"-77d" mit den Achsanordnungen 26", 28" gekoppelt sind, wieder in mechanische Leistung umgewandelt. Die Differentialanordnungen 75a", 75b" sind über Kegelradsätze oder andere geeignete mechanische Kupplungen an die zugehörigen Antriebswellen 46, 48 gekoppelt, so dass die Achsanordnungen 26",28" mechanisch durch den Motor 12 und die mehrstufige Getriebeanordnung 40 angetrieben werden können. In der in 3C gezeigten Anordnung fließt Leistung des Bypasses 49" einmal durch das Getriebegehäuse 38 hindurch, ohne die mehrstufige Getriebeanordnung 40 über die obere Welle 42 auf dem Weg zum Generator 60 zu durchlaufen. Mechanische Leistung durch das Getriebegehäuse 38 wird von der oberen Welle 42 über die mehrstufige Getriebeanordnung 40 zur unteren Welle 44 zu den Achsanordnungen 26", 28" geleitet.
Bei normalen Leistungsanforderungen des Arbeitsfahrzeugs 10 bis zur maximalen Nennleistung des Getriebes 14 wird den Achsanordnungen 26", 28" Leistung vom Motor 12 über das Getriebe 14, einschließlich der mehrstufigen Getriebeanordnung 40, und die Antriebswellen 46, 48 zugeführt. Leistung vom Motor 12 ist auch an der Zapfwelle 84 zur Verwendung von Arbeitsgeräten und Zubehörteilen in der Weise verfügbar, wie sie in Bezug auf 3A beschrieben wurde. Das Steuersystem 70" ist programmiert, um die Leistungsabgabe des Motors 12 auf die maximale Nennleistung des Getriebes 14 zu begrenzen, wenn es in einem rein mechanischen Modus durch die mehrstufige Getriebeanordnung 40 betrieben wird. Der Generator 60 wird während des rein mechanischen Betriebs deaktiviert und das elektrische Antriebssystem 62" befindet sich im Standby-Modus.
Wenn vom Arbeitsfahrzeug 10, zum Beispiel von dessen Bediener, zusätzliche Leistung über die maximale Nennleistung des Getriebes 14 hinaus angefordert wird, wird auch Leistung von den Elektromotoren 64a"-64d" auf die Achsanordnungen 26", 28" übertragen. Zwischen dem Generator 60 und den Elektromotoren 64a"-64d" wird Leistung elektrisch übertragen und insbesondere von dem Generator 60 über die Leiter 80, die Leistungselektronik 68 und die Leiter 82" an die Elektromotoren 64a"-64d" abgegeben, so dass die Elektromotoren 64a"-64d" Leistung und Drehmoment auf die Achsanordnungen 26", 28" übertragen. Die durch die mehrstufige Getriebeanordnung 40 und die durch den Bypass 49" übertragenen Leistungen werden addiert und den Achsgetrieben 77a"-77d" auf Leistungsstufen zugeführt, die die gesamte Leistungsfähigkeit des Motors 12 nutzen, ohne die Leistungskapazität des Getriebes 14 zu überschreiten.
Durch die oben beschriebenen Beispiele überträgt ein System zur Motorleistungsübertragung 30 Motorleistung auf die Achsanordnungen mechanisch durch die mehrstufige Getriebeanordnung 40 des Getriebes 14 und überträgt Motorleistung auf die Achsanordnungen elektrisch, wobei die mehrstufige Getriebeanordnung 40 des Getriebes 14 umgangen wird, um die Motorleistung an den Achsanordnungen zu ergänzen, während ein Getriebe 14 beibehalten wird, das eine geringere Kapazität/maximale Nennleistung als die Gesamtleistung aufweist, die durch den Motor-/maximale Motorleistungsstufe erzeugt und auf die Achsanordnungen übertragen wird.
In den verschiedenen oben beschriebenen Implementierungen (und anderen), wenn Leistung von dem Arbeitsfahrzeug 10 über der maximalen Nennleistung des Getriebes 14 angefordert wird, kann die elektrische Leistungsübertragung (von dem Generator 60 und verschiedenen Elektromotoren) nur bei Erreichen der maximalen Nennleistung des Getriebes 14 beginnen. Stattdessen kann jedoch die elektrische Leistungsübertragung beginnen, bevor die maximale Nennleistung des Getriebes 14 erreicht wird. Zum Beispiel kann die elektrische Leistungsübertragung eingeleitet werden, wenn der Motor 12 unter der maximalen Nennleistung des Getriebes 14 arbeitet, und die Steuerung(en) 72 kann/können den Generator 60 hochfahren, um die aktuelle Leistung von dem Motor 12 anzupassen, um den Übergang zwischen rein mechanischer und kombinierter mechanischer und elektrischer Leistung zu erleichtern. Dies kann den Übergang im Leistungsfluss ausreichend glätten, um Stoßbelastungen auf verschiedene Antriebskomponenten deutlich zu dämpfen oder vollständig zu vermeiden und die Wahrnehmung des Leistungsübergangs zu begrenzen, um dem Arbeitsfahrzeug eine verbesserte Fahrqualität zu verleihen.
Außerdem werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, die zur Vereinfachung der Bezugnahme nummeriert sind:
1. Ein System zur Motorleistungsübertragung, umfassend einen Motor mit einem Abtriebselement; ein Getriebe mit einer maximalen Nennleistung und mit einer ersten Welle, die mit dem Motorabtriebselement gekoppelt ist, wobei der Motor konfiguriert ist, um eine maximale Leistungsstufe zu erzeugen, der größer als die maximale Nennleistung des Getriebes ist; eine Getriebeanordnung in dem Getriebe, die mit der ersten Welle gekoppelt und konfiguriert ist, um mehrere Drehzahlverhältnisse zu erzeugen; eine zweite Welle, die mit der Getriebeanordnung gekoppelt ist; eine Fahrzeugachse, die mit der zweiten Welle gekoppelt und konfiguriert ist, um von dieser angetrieben zu werden; einen Generator, der konfiguriert ist, um intermittierend durch den Motor angetrieben zu werden, um elektrische Leistung zu erzeugen; und einen Elektromotor, der konfiguriert ist, um die elektrische Leistung von dem Generator zu empfangen und die Fahrzeugachse anzutreiben; wobei das Getriebe und der Elektromotor konfiguriert sind, um in Kombination die Fahrzeugachse bis zu der maximalen Leistungsstufe anzutreiben, ohne dass das Getriebe die maximale Nennleistung überschreitet.
2. Das System von Beispiel 1, das ferner eine dritte Welle umfasst, die konfiguriert ist, um von der ersten Welle unter Umgehung der Getriebeanordnung angetrieben zu werden; wobei der Generator konfiguriert ist, dass er mit der dritten Welle koppelt und von dieser angetrieben wird.
3. Das System von Beispiel 2, ferner umfassend: einen Zapfwellenantriebsstrang, der zur Kopplung mit der dritten Welle konfiguriert ist; und einen Zahnradsatz, der den Generator mit dem Zapfwellenantriebsstrang koppelt.
4. Das System von Beispiel 3, ferner umfassend eine Zapfwelleneinheit, die mit dem Zapfwellenantriebsstrang gekoppelt ist.
5. Das System von Beispiel 3, wobei der Zahnradsatz konfiguriert ist, um den Generator selektiv von dem Zapfwellenantriebsstrang zu trennen.
6. Das System von Beispiel 2, wobei die dritte Welle konfiguriert ist, um direkt von der Eingangswelle und mit einer gemeinsamen Drehzahl damit angetrieben zu werden.
7. Das System von Beispiel 6, wobei die erste Welle und die dritte Welle aneinander angrenzen.
8. Das System von Beispiel 2, wobei der Motor konfiguriert ist, um Leistung an die Fahrzeugachse durch das Getriebe und die zweite Welle und gleichzeitig an die Fahrzeugachse durch die dritte Welle und den Elektromotor zu liefern.
9. Das System von Beispiel 1, ferner umfassend eine zweite Achse, die mit dem Getriebe gekoppelt ist und zusammen mit der Fahrzeugachse angetrieben wird; wobei der Elektromotor konfiguriert ist, um beide Achsen zusammen anzutreiben.
10. Das System von Beispiel 1, ferner umfassend ein Getriebe, das zwischen dem Elektromotor und der Achse gekoppelt ist; wobei das Getriebe Folgendes umfasst: ein Abtriebszahnrad, das konfiguriert ist, um die Achse anzutreiben; ein Antriebszahnrad, das durch den Elektromotor angetrieben wird; eine erste Welle, die erste und zweite Zahnräder trägt; eine zweite Welle, die dritte, vierte Zahnräder und fünfte Zahnräder trägt; und eine Kette, die das fünfte Zahnrad und das Abtriebszahnrad verbindet; wobei der Zahnradsatz konfiguriert ist, um alternativ das erste Zahnrad mit den dritten Zahnrädern oder das zweite Zahnrad mit dem vierten Zahnrad in Eingriff zu bringen.
11. Ein System zur Motorleistungsübertragung, umfassend: einen Motor, der eine erste Welle antreibt; ein Getriebe, das mit der ersten Welle gekoppelt ist; eine Getriebeanordnung in dem Getriebe, die dazu konfiguriert ist, von der ersten Welle angetrieben zu werden, und dazu konfiguriert ist, mehrere Drehzahlverhältnisse zu erzeugen; eine zweite Welle, die mit der Getriebeanordnung gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, mit einer Vielzahl von Abtriebsverhältnissen relativ zu der ersten Welle angetrieben zu werden; eine Fahrzeugachse, die mit der zweiten Welle gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, von dieser angetrieben zu werden; eine dritte Welle, die dazu konfiguriert ist, von der ersten Welle mit einem einzelnen Abtriebsverhältnis relativ zu der ersten Welle angetrieben zu werden; einen Generator, der dazu konfiguriert ist, intermittierend angetrieben zu werden, um elektrische Leistung durch die dritte Welle zu erzeugen; und einen Elektromotor, der elektrisch mit dem Generator gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung von dem Generator zu empfangen, um die Fahrzeugachse anzutreiben.
12. Das System von Beispiel 11, ferner umfassend: einen Zapfwellenantriebsstrang, der zur Kopplung mit der dritten Welle konfiguriert ist; und einen Zahnradsatz, der den Generator mit dem Zapfwellenantriebsstrang koppelt.
13. Das System von Beispiel 12, ferner umfassend eine Zapfwelleneinheit, die mit dem Zapfwellenantriebsstrang gekoppelt ist, wobei die Zapfwelleneinheit konfiguriert ist, um Motorleistung auf Zubehörteile zu übertragen.
14. Das System von Beispiel 11, ferner umfassend: ein Achsgehäuse, in dem zumindest ein Abschnitt der Fahrzeugachse untergebracht ist; eine Getriebeanordnung, die zwischen dem Elektromotor und der Fahrzeugachse gekoppelt ist; und ein Getriebegehäuse, in dem die Getriebeanordnung untergebracht ist; wobei das Getriebegehäuse an dem Achsgehäuse befestigt ist.
15. Das System von Beispiel 11, ferner umfassend: ein Getriebe, das eine Zahnradanordnung umfasst und zwischen dem Elektromotor und der Fahrzeugachse gekoppelt ist; und eine Antriebswelle, die zwischen dem Getriebe und der Fahrzeugachse gekoppelt und konfiguriert ist, um die Fahrzeugachse anzutreiben; wobei das Getriebe Folgendes umfasst: ein Abtriebszahnrad, das von der Antriebswelle getragen wird; ein Antriebszahnrad, das an dem Elektromotor befestigt ist und von diesem angetrieben wird; eine erste Welle, die erste und zweite Zahnräder trägt; eine zweite Welle, die von der ersten Welle beabstandet ist und dritte, vierte Zahnräder und fünfte Zahnräder trägt; eine Kette, die das fünfte Zahnrad und das Abtriebszahnrad verbindet; und ein Stellglied, das konfiguriert ist, um alternativ einen Eingriff des ersten Zahnrads mit dem dritten Zahnrad oder des zweiten Zahnrads mit dem vierten Zahnrad zu bewirken, um zwei Drehzahlverhältnisse durch das Getriebe bereitzustellen.
Die hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei einer Verwendung in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für Fachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und Sinn der Offenbarung abzuweichen. Die hierin ausdrücklich genannten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Änderungen und Abweichungen von den beschriebenen Beispielen zu erkennen. Dementsprechend liegen verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.

Claims

Beansprucht wird:
System zur Motorleistungsübertragung, umfassend: einen Motor (21) mit einem Abtriebselement (34); ein Getriebe (14) mit einer maximalen Nennleistung und mit einer ersten Welle, die mit dem Motorabtriebselement (34) gekoppelt ist, wobei der Motor (12) konfiguriert ist, um eine maximale Leistungsstufe zu erzeugen, die größer als die maximale Nennleistung des Getriebes (14) ist; eine Getriebeanordnung (40) in dem Getriebe (14), die mit der ersten Welle gekoppelt und konfiguriert ist, um mehrere Drehzahlverhältnisse zu erzeugen; eine zweite Welle, die mit der Getriebeanordnung (40) gekoppelt ist; eine Fahrzeugachse, die mit der zweiten Welle gekoppelt und konfiguriert ist, um von dieser angetrieben zu werden; einen Generator (60), der dazu konfiguriert ist, intermittierend von dem Motor (12) angetrieben zu werden, um elektrische Leistung zu erzeugen; und einen Elektromotor (64), der konfiguriert ist, um die elektrische Leistung von dem Generator (60) zu empfangen und die Fahrzeugachse anzutreiben; wobei das Getriebe (14) und der Elektromotor (64) dazu konfiguriert sind, kombiniert zu werden, um die Fahrzeugachse bis zur maximalen Leistungsstufe anzutreiben, ohne dass das Getriebe (14) die maximale Nennleistung übersteigt.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine dritte Welle, die konfiguriert ist, um von der ersten Welle unter Umgehung der Getriebeanordnung (40) angetrieben zu werden; wobei der Generator (60) konfiguriert ist, um mit der dritten Welle gekoppelt zu werden und von dieser angetrieben zu werden.
System nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Zapfwellenantriebsstrang (50), der zur Kopplung mit der dritten Welle konfiguriert ist; und einen Zahnradsatz (54), der den Generator (60) mit dem Zapfwellenantriebsstrang (50) koppelt.
System nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Zapfwelleneinheit, die mit dem Zapfwellenantriebsstrang (50) gekoppelt ist.
System nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Zahnradsatz (54) konfiguriert ist, um den Generator (60) selektiv von dem Zapfwellenantriebsstrang (50) zu trennen.
System nach Anspruch 2, wobei die dritte Welle konfiguriert ist, um direkt von der Eingangswelle und mit einer gemeinsamen Drehzahl damit angetrieben zu werden.
System nach Anspruch 6, wobei die erste Welle und die dritte Welle aneinander angrenzen.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Motor (12) konfiguriert ist, um Leistung an die Fahrzeugachse durch das Getriebe (14) und die zweite Welle und gleichzeitig an die Fahrzeugachse durch die dritte Welle und den Elektromotor (64) zu liefern.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine zweite Achse, die mit dem Getriebe (14) gekoppelt ist und zusammen mit der Fahrzeugachse angetrieben wird; wobei der Elektromotor (64) konfiguriert ist, um beide Achsen zusammen anzutreiben.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend ein Getriebe (74), das zwischen dem Elektromotor (64) und der Achse gekoppelt ist; wobei das Getriebe (74) Folgendes umfasst: ein Abtriebszahnrad, das konfiguriert ist, um die Achse anzutreiben; ein Antriebszahnrad, das durch den Elektromotor (64) angetrieben wird; eine erste Welle, die ein erstes und ein zweites Zahnrad trägt; eine zweite Welle, die dritte, vierte Zahnräder und fünfte Zahnräder trägt; und eine Kette, die das fünfte Zahnrad und das Abtriebszahnrad verbindet; wobei der Zahnradsatz (54) konfiguriert ist, um alternativ das erste Zahnrad mit dem dritten Zahnrad oder das zweite Zahnrad mit dem vierten Zahnrad in Eingriff zu bringen.
System zur Motorleistungsübertragung, umfassend: einen Motor (12), der eine erste Welle antreibt; ein Getriebe (14), das mit der ersten Welle gekoppelt ist; eine Getriebeanordnung (40) in dem Getriebe (14), die dazu konfiguriert ist, von der ersten Welle angetrieben zu werden, und dazu konfiguriert ist, mehrere Drehzahlverhältnisse zu erzeugen; eine zweite Welle, die mit der Getriebeanordnung (40) gekoppelt und konfiguriert ist, um mit einer Vielzahl von Abtriebsverhältnissen relativ zu der ersten Welle angetrieben zu werden; eine Fahrzeugachse, die mit der zweiten Welle gekoppelt und konfiguriert ist, um von dieser angetrieben zu werden; eine dritte Welle, die dazu konfiguriert ist, von der ersten Welle in einem einzelnen Abtriebsverhältnis relativ zu der ersten Welle angetrieben zu werden; einen Generator (60), der dazu konfiguriert ist, intermittierend angetrieben zu werden, um elektrische Leistung durch die dritte Welle zu erzeugen; und einen Elektromotor (64), der elektrisch an den Generator (60) gekoppelt und konfiguriert ist, um elektrische Leistung von dem Generator (60) zu empfangen, um die Fahrzeugachse anzutreiben.
System nach Anspruch 11, ferner umfassend: einen Zapfwellenantriebsstrang (50), der zur Kopplung mit der dritten Welle konfiguriert ist; und einen Zahnradsatz (54), der den Generator (60) mit dem Zapfwellenantriebsstrang (50) koppelt.
System nach Anspruch 12, ferner umfassend eine Zapfwelleneinheit, die mit dem Zapfwellenantriebsstrang (50) gekoppelt ist, wobei die Zapfwelleneinheit konfiguriert ist, um Motorleistung auf Zubehörteile zu übertragen.
System nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Zahnradsatz (54) konfiguriert ist, um den Generator (60) selektiv von dem Zapfwellenantriebsstrang (50) zu trennen.
System nach Anspruch 11, wobei die dritte Welle konfiguriert ist, um direkt von der ersten Welle und mit einer gemeinsamen Drehzahl damit angetrieben zu werden.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, ferner umfassend: ein Achsgehäuse, in dem mindestens ein Abschnitt der Fahrzeugachse untergebracht ist; eine Getriebeanordnung, die zwischen dem Elektromotor (64) und der Fahrzeugachse gekoppelt ist; und ein Getriebegehäuse, in dem die Getriebeanordnung untergebracht ist; wobei das Getriebegehäuse an dem Achsgehäuse befestigt ist.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 16, ferner umfassend eine zweite Achse, die mit dem Getriebe (14) gekoppelt ist und zusammen mit der Fahrzeugachse angetrieben wird; wobei der Elektromotor (64) konfiguriert ist, um beide Achsen zusammen anzutreiben.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der Motor (12) konfiguriert ist, um der Fahrzeugachse Leistung auf einer ersten Stufe durch das Getriebe (14) und die zweite Welle und gleichzeitig auf einer zweiten Stufe durch die dritte Welle und den Elektromotor (64) zuzuführen, so dass die Achse eine Gesamtleistung von dem Motor (12) empfängt, die gleich einer Summe der ersten und der zweiten Stufe ist.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 18, ferner umfassend: ein Getriebe (74), das eine Getriebeanordnung umfasst und zwischen dem Elektromotor (64) und der Fahrzeugachse gekoppelt ist; und eine Antriebswelle, die zwischen dem Getriebe (74) und der Fahrzeugachse gekoppelt und konfiguriert ist, um die Fahrzeugachse anzutreiben; wobei das Getriebe (74) Folgendes umfasst: ein Abtriebszahnrad, das von der Antriebswelle getragen wird; ein Antriebszahnrad, das an dem Elektromotor (64) befestigt ist und von diesem angetrieben wird; eine erste Welle, die ein erstes und ein zweites Zahnrad trägt; eine zweite Welle, die von der ersten Welle beabstandet ist und dritte, vierte Zahnräder und fünfte Zahnräder trägt; eine Kette, die das fünfte Zahnrad und das Abtriebszahnrad verbindet; und ein Stellglied, das konfiguriert ist, um alternativ einen Eingriff des ersten Zahnrads mit dem dritten Zahnrad oder des zweiten Zahnrads mit dem vierten Zahnrad zu bewirken, um zwei Drehzahlverhältnisse durch das Getriebe (74) bereitzustellen.
Leistungsübertragungssystem für ein Arbeitsfahrzeug (10), umfassend: einen Verbrennungsmotor (12); eine erste Antriebswelle, die dazu konfiguriert ist, von dem Motor (12) angetrieben zu werden; eine Getriebeeinheit mit einem Getriebegehäuse und einer Eingangswelle, die mit der ersten Antriebswelle gekoppelt ist, wobei sich die Eingangswelle in das Gehäuse erstreckt; eine Getriebeanordnung (40), die dazu konfiguriert ist, mehrere Drehzahlverhältnisse bereitzustellen, und die in dem Getriebegehäuse angeordnet ist, wobei die Getriebeanordnung (40) mit der Eingangswelle innerhalb des Getriebegehäuses gekoppelt ist; eine Vorderachse, die dazu konfiguriert ist, vom Motor (12) durch das Getriebe (14) angetrieben zu werden; eine zweite Antriebswelle, die die Vorderachse mit dem Getriebe (14) koppelt; eine Hinterachse, die dazu konfiguriert ist, vom Motor (12) durch das Getriebe (14) angetrieben zu werden; eine dritte Antriebswelle, die die Hinterachse mit dem Getriebe (14) koppelt; einen Zahnradsatz (54); eine vierte Antriebswelle, die den Zahnradsatz (54) mit dem Getriebe (14) koppelt; einen Generator (60), der mit dem Zahnradsatz (54) gekoppelt und konfiguriert ist, um intermittierend angetrieben zu werden, um dadurch elektrische Leistung zu erzeugen; einen Elektromotor (64), der elektrisch mit dem Generator (60) gekoppelt ist; und ein Getriebe (74), durch das sich die zweite Antriebswelle erstreckt; wobei der Elektromotor (64) konfiguriert ist, um Vorder- und Hinterachse durch das Getriebe (74) anzutreiben.