DE102021133256A1 - Hydrostatic-mechanical power split transmission - Google Patents
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Abstract
Leistungsverzweigtes Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem mechanischen Zweig und einem hydrostatischen Zweig. Der hydrostatische Zweig des Leistungsverzweigungsgetriebes umfasst eine hydrostatische Verstellpumpe und einen hydrostatischen Verstellmotor in Schrägachsenbauweise mit einem Ventilsegment zur Verstellung des Verdrängungsvolumens des hydrostatischen Verstellmotors. Das maximale Hubvolumen des hydrostatischen Verstellmotors ist größer als das maximale Hubvolumen der hydrostatischen VerstellpumpePower-split transmission for a drive train of a vehicle with a mechanical branch and a hydrostatic branch. The hydrostatic branch of the power-split transmission includes a hydrostatic variable displacement pump and a hydrostatic variable displacement motor in a bent-axis design with a valve segment for adjusting the displacement volume of the hydrostatic variable displacement motor. The maximum swept volume of the hydrostatic variable displacement motor is greater than the maximum swept volume of the hydrostatic variable displacement pump
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to hydrostatic-mechanical power-split transmissions according to the preamble of
Hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe werden in der Landwirtschaft häufig zum Antrieb von z.B. Traktoren eingesetzt. Solche Leistungsverzweigungsgetriebe können aber auch für den Antrieb von Hilfsantrieben in der Landwirtschaft oder für andere Fahrzeuge bzw. Antriebsstränge außerhalb der Landwirtschaft, wie z.B. Straßenbaumaschinen oder sogar Züge, verwendet werden. Hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe vereinen die Vorteile von mechanischen Getrieben und hydrostatischen Getrieben, so dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird und gleichzeitig eine stufenlose Geschwindigkeitseinstellung möglich ist. Ein weiterer Vorteil liegt im Bereich des Energieverbrauchs durch die Möglichkeit der kontinuierlichen Drehzahlanpassung ohne Drehmomentunterbrechung.Hydrostatic-mechanical power-split transmissions are often used in agriculture to drive tractors, for example. However, such power-split transmissions can also be used to drive auxiliary drives in agriculture or for other vehicles or drive trains outside of agriculture, such as road construction machines or even trains. Hydrostatic-mechanical power-split transmissions combine the advantages of mechanical transmissions and hydrostatic transmissions, so that a high degree of efficiency is achieved and, at the same time, infinitely variable speed adjustment is possible. Another advantage lies in the area of energy consumption due to the possibility of continuous speed adjustment without torque interruption.
Hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe teilen einen eingehenden Leistungsfluss in einen mechanischen und einen hydrostatischen Zweig auf. Der hydrostatische Zweig besteht aus einer hydrostatischen Verstellpumpe und einem hydrostatischen Verstellmotor. Häufig, insbesondere bei Antriebsanwendungen, werden hydrostatische Verstelleinheiten in axialer Bauweise eingesetzt, wobei die Pumpe als Schrägscheibenpumpe und der Motor bzw. die Motoren als Schrägachsenmotoren ausgeführt sein können. Die Verstellung des Verdrängungsvolumens des hydrostatischen Verstellmotors erfolgt mittels eines Jochs, wobei im hydrostatischen Zweig von Leistungsverzweigungsgetrieben für jede hydrostatische Verstelleinheit ein Joch vorgesehen ist. Schrägachsenmotoren mit Joch bieten einen hervorragenden Wirkungsgrad des hydrostatischen Antriebsgetriebes. Insbesondere bei Antriebsanwendungen ist ein guter Wirkungsgrad wichtig, um den Kraftstoffverbrauch des angetriebenen Fahrzeugs zu reduzieren.Hydrostatic-mechanical power-split transmissions split an incoming power flow into a mechanical and a hydrostatic branch. The hydrostatic branch consists of a hydrostatic variable displacement pump and a hydrostatic variable displacement motor. Often, particularly in drive applications, hydrostatic adjustment units are used in an axial design, with the pump being able to be designed as a swash plate pump and the motor or motors being skewed axis motors. The displacement volume of the hydrostatic variable motor is adjusted by means of a yoke, with a yoke being provided for each hydrostatic variable unit in the hydrostatic branch of power-split transmissions. Yoked bent axis motors offer excellent hydrostatic drive transmission efficiency. In propulsion applications in particular, good efficiency is important in order to reduce the fuel consumption of the driven vehicle.
So offenbart
Schrägscheiben-Verstelleinheiten, deren Verstellung über ein Joch erfolgt, benötigen jedoch aufgrund des schwenkbaren Jochs, der zugehörigen Hydraulikleitungen und der Joch-Einstelleinrichtung einen relativ großen Bauraum. Daher sind Schrägachseneinheiten in Jochbauweise auch teuer, da eine komplexe Konstruktion und eine hohe Anzahl von Bauteilen erforderlich ist. Der Einsatz von hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetrieben, die mit jochgesteuerten Schrägachseneinheiten nach dem Stand der Technik ausgestattet sind, ist daher günstig, da in der Regel ein großer Verstellbereich des Leistungsverzweigungsgetriebes gefordert wird.However, swash plate adjustment units, which are adjusted via a yoke, require a relatively large amount of space due to the pivotable yoke, the associated hydraulic lines and the yoke adjustment device. Therefore, yoke-type bent-axis units are also expensive, requiring complex construction and a large number of parts. The use of hydrostatic-mechanical power-split transmissions, which are equipped with yoke-controlled bent-axis units according to the prior art, is therefore favorable since a large adjustment range of the power-split transmission is generally required.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein wirtschaftliches Leistungsverzweigungsgetriebe mit hohem Wirkungsgrad, aber vereinfachtem Aufbau und entsprechend niedrigeren Herstellungskosten als im Stand der Technik bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide an economical power-split transmission with high efficiency, but with a simplified structure and correspondingly lower production costs than in the prior art.
Ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe kann beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe weist einen mechanischen Zweig und einen hydrostatischen Zweig auf. Der hydrostatische Zweig umfasst eine hydrostatische Verstellpumpe und einen hydrostatischen Verstellmotor in Schrägachsenbauweise, die fluidisch miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten: Im hydrostatischen Zweig ist ein hydrostatisches Getriebe vorgesehen. Der hydrostatische Verstellmotor in Schrägachsenbauweise weist einen kippbaren Zylinderblock auf. Wird der Neigungswinkel zwischen einer Drehachse des Zylinderblocks in Bezug auf die Drehachse einer Abtriebswelle des hydrostatischen Verstellmotors vergrö-ßert, vergrößert sich das Verdrängungsvolumen des hydrostatischen Verstellmotors. Wird der Neigungswinkel verkleinert, wird das Verdrängungsvolumen verkleinert. Dabei verhält sich die Drehzahl invers und ist bei maximalem Neigungswinkel minimal, bzw. bei minimalem Verdrängungsvolumen maximal, wenn man einen konstanten Durchfluss durch den hydrostatischen Verstellmotor annimmt. Da dem Fachmann die Funktionsweise eines hydrostatischen Verstellmotors mit Schrägachseneinheit bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise dieser Bauart des hydrostatischen Aggregats verzichtet.A power-split transmission according to the invention can be used, for example, in a drive train of a vehicle. The power split transmission has a mechanical branch and a hydrostatic branch. The hydrostatic branch comprises a hydrostatic variable displacement pump and a hydrostatic variable displacement motor in bent-axis design, which are fluidically connected to one another. In other words: A hydrostatic transmission is provided in the hydrostatic branch. The hydrostatic variable displacement motor in bent-axis design has a tilting cylinder block. If the angle of inclination between an axis of rotation of the cylinder block in relation to the axis of rotation of an output shaft of the hydrostatic variable displacement motor is increased, the displacement volume of the hydrostatic variable displacement motor increases. If the inclination angle is reduced, the displacement volume is reduced. The speed behaves inversely and is minimal at the maximum angle of inclination or maximal at the minimum displacement volume, assuming a constant flow through the hydrostatic variable motor. Since the mode of operation of a hydrostatic adjusting motor with a bent-axis unit is known to a person skilled in the art, a detailed description of the mode of operation of this type of hydrostatic unit is not provided.
Erfindungsgemäß wird das Verdrängungsvolumen des hydrostatischen Verstellmotors, d.h. der Neigungswinkel des Zylinderblocks, mittels eines Ventilsegments verstellt. Das Ventilsegment ist im Gehäuse des hydrostatischen Verstellmotors untergebracht und mit dem Zylinderblock des hydrostatischen Verstellmotors gekoppelt, wodurch eine eingestellte Position eines Verstellelements auf den Zylinderblock übertragen wird, während Hydraulikflüssigkeit zu und von den Zylinderbohrungen geleitet wird.According to the invention, the displacement volume of the hydrostatic variable displacement motor, i.e. the angle of inclination of the cylinder block, is adjusted by means of a valve segment. The valve segment is housed in the hydrostatic variable displacement motor housing and is coupled to the hydrostatic variable displacement motor cylinder block, whereby a set position of a variable displacement element is transmitted to the cylinder block while hydraulic fluid is directed to and from the cylinder bores.
Erfindungsgemäß ist das maximale Hubvolumen des hydrostatischen Verstellmotors größer als das maximale Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe. Das maximale Hubvolumen ist das Verdrängungsvolumen, bei dem die hydrostatische Verstellpumpe bzw. der hydrostatische Verstellmotor auf seinen maximalen Neigungswinkel verstellt ist. Das maximale Hubvolumen ist also das maximale Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe bzw. des hydrostatischen Verstellmotors pro Umdrehung. Bei der Auslegung der spezifischen Hubvolumina hängt das maximale Hubvolumen der Pumpe von der Leistung eines Antriebsmotors ab, der z. B. die hydrostatische Verstellpumpe antreibt. Das maximale Hubvolumen des hydrostatischen Verstellmotors ist abhängig von der erforderlichen maximalen Leistung und der erforderlichen maximalen Drehzahl einer Abtriebswelle, die vom hydrostatischen Verstellmotor angetrieben wird.According to the invention, the maximum swept volume of the hydrostatic variable displacement motor is greater than the maximum swept volume of the hydrostatic variable displacement pump. The maximum stroke volume is the displacement volume at which the hydrostatic variable displacement pump or the hydrostatic variable displacement motor is adjusted to its maximum angle of inclination. The maximum stroke volume is therefore the maximum displacement volume of the hydrostatic variable displacement pump or the hydrostatic variable displacement motor per revolution. When designing the specific stroke volume, the maximum stroke volume of the pump depends on the power of a drive motor, e.g. B. drives the hydrostatic variable displacement pump. The maximum swept volume of the hydrostatic variable displacement motor depends on the required maximum power and the required maximum speed of an output shaft that is driven by the hydrostatic variable displacement motor.
Im Stand der Technik wird das Verdrängungsvolumen des hydrostatischen Verstellmotors mittels Jochtechnik verstellt, während erfindungsgemäß die Ventilsegmenttechnik eingesetzt wird. Bei der Konzeption eines Leistungsverzweigungsgetriebes für den Antrieb eines Fahrzeugs steht das Drehmoment- und Drehzahlverhalten des Fahrzeugs im Vordergrund. Die Jochtechnik ermöglicht einen größeren maximalen Neigungswinkel der Drehachse des Zylinderblocks gegenüber der Drehachse der Abtriebswelle des hydrostatischen Verstellmotors. Ein Joch kann beispielsweise Neigungswinkel von -45° bis +45° bieten, wobei 0 bis 45° verwendet werden können, wenn das Joch in einen hydrostatischen Verstellmotor eines hydrostatischen Getriebes nach dem Stand der Technik eingebaut wird. Damit ist ein größerer Bereich von Neigungswinkeln zur Einstellung des Verdrängungsvolumens des hydrostatischen Motors gegeben als bei der Ventilsegmenttechnik, die beispielsweise Neigungswinkel von 0° bis 32° bereitstellt. Zudem ist bei der Jochtechnik ein großer Querschnitt zur Führung der Hydraulikflüssigkeit zu den Zylinderbohrungen im Zylinderblock über den gesamten Kippbereich vorgesehen. Bei der Ventilsegmenttechnik sind die Querschnitte, insbesondere bei großen Neigungswinkeln, kleiner.In the prior art, the displacement volume of the hydrostatic variable motor is adjusted by means of yoke technology, while valve segment technology is used according to the invention. When designing a power-split transmission for driving a vehicle, the focus is on the torque and speed behavior of the vehicle. The yoke technology allows a larger maximum angle of inclination of the axis of rotation of the cylinder block in relation to the axis of rotation of the output shaft of the hydrostatic variable displacement motor. For example, a yoke may provide tilt angles from -45° to +45°, where 0 to 45° may be used when the yoke is incorporated into a prior art variable displacement hydrostatic motor of a hydrostatic transmission. This provides a larger range of inclination angles for adjusting the displacement volume of the hydrostatic motor than with valve segment technology, which provides inclination angles of 0° to 32°, for example. In addition, the yoke technology has a large cross-section for guiding the hydraulic fluid to the cylinder bores in the cylinder block over the entire tilting range. With valve segment technology, the cross-sections are smaller, especially with large angles of inclination.
Erfindungsgemäß ist das maximale Hubvolumen des hydrostatischen Verstellmotors größer als das maximale Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe. Dies hat zur Folge, dass bei Verwendung eines Ventilsegments der Nachteil eines reduzierten Kippwinkels zur Verstellung des Verdrängungsvolumens durch das höhere Hubvolumen des hydrostatischen Verstellmotors ausgeglichen wird, da der Motor mit hohem maximalen Hubvolumen mit einem geringen Fluidstrom der Pumpe mit geringerem Hubvolumen versorgt wird. Da der Motor unterhalb seines maximalen Durchsatzes betrieben wird, hat der verfügbare Querschnitt für den Fluidstrom eines hydrostatischen Verstellmotors mit Ventilsegmenttechnik einen geringen Einfluss auf die Leistung des hydrostatischen Getriebes. Der Motor ist vielmehr auf die Drehmoment- und Drehzahlanforderungen des hydrostatischen Getriebes optimiert, die durch den Einsatz der Ventilsegmenttechnik nicht negativ beeinflusst werden. Somit wird eine zur Jochtechnik vereinfachte Bauweise bereitgestellt.According to the invention, the maximum swept volume of the hydrostatic variable displacement motor is greater than the maximum swept volume of the hydrostatic variable displacement pump. As a result, when using a valve segment, the disadvantage of a reduced tilt angle for adjusting the displacement volume is compensated for by the higher swept volume of the hydrostatic variable displacement motor, since the motor with a high maximum swept volume is supplied with a small fluid flow from the pump with a lower swept volume. Since the engine is operated below its maximum flow rate, the available area for fluid flow in a variable displacement hydrostatic engine with valve segment technology has little effect on the performance of the hydrostatic transmission. Rather, the engine is optimized for the torque and speed requirements of the hydrostatic transmission, which are not negatively influenced by the use of valve segment technology. A design that is simplified compared to the yoke technology is thus provided.
Dem Fachmann sind mehrere Ausführungsformen für eine hydrostatische Verstellpumpe bekannt. Alle diese Ausführungsformen fallen in den Schutzbereich der Erfindung. Vorzugsweise ist in einer Ausführungsform der Erfindung die hydrostatische Verstellpumpe ebenfalls in Schrägachsenbauweise ausgeführt. Das Verdrängungsvolumen kann mittels eines Ventilsegments oder eines Jochs eingestellt werden. Vorzugsweise ist ein Joch - z.B. mit einem Kippwinkelbereich von +/- 45°- vorgesehen, da die Pumpe in beide Richtungen senkrecht zur Längsachse schwenkbar sein soll. Weiter sind die Anforderungen an die Verstellpumpe auf die hydraulische Förderleistung gerichtet, wobei erfindungsgemäß das maximale Hubvolumen des Pumpeneinheit geringer sein kann als das Hubvolumen des Motoreinheit.Several embodiments for a hydrostatic variable displacement pump are known to those skilled in the art. All of these embodiments fall within the scope of the invention. In one embodiment of the invention, the hydrostatic variable displacement pump is preferably also designed as a bent-axis design. The displacement volume can be adjusted by means of a valve segment or a yoke. A yoke is preferably provided, e.g. with a tilting angle range of +/- 45°, since the pump should be pivotable in both directions perpendicular to the longitudinal axis. Furthermore, the demands on the variable displacement pump are aimed at the hydraulic delivery capacity, whereby according to the invention the maximum displacement of the pump unit can be less than the displacement of the motor unit.
Der Fachmann kann aber auch eine hydrostatische Verstellpumpe in Radialkolbenbauweise vorsehen, z.B. wenn die axialen Abmessungen des hydrostatischen Zweiges reduziert werden sollen. Eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise kann vorgesehen werden, wenn z.B. die Welle der Axialkolbenpumpe in axialer Richtung an beiden Stirnseiten des Zylinderblocks hervorstehen soll, oder wenn der Neigungswinkel in beiden Richtungen gegenüber der Längsachse der hydrostatischen Axialkolbenpumpe verstellbar sein soll. Dies bedeutet, dass mit einer Schrägscheibeneinheit eine Neigungswinkelverstellung über Null vorgesehen werden kann, um die Strömungsrichtung durch die hydrostatische Axialkolbeneinheit zu ändern.However, a person skilled in the art can also provide a hydrostatic variable displacement pump with a radial piston design, e.g. if the axial dimensions of the hydrostatic branch are to be reduced. An axial piston pump with a swash plate design can be provided if, for example, the shaft of the axial piston pump is to protrude in the axial direction on both end faces of the cylinder block, or if the angle of inclination is to be adjustable in both directions relative to the longitudinal axis of the hydrostatic axial piston pump. This means that with a swash plate assembly, greater than zero pitch angle adjustment can be provided to change the direction of flow through the hydrostatic axial piston assembly.
Das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe kann weiter einen zweiten hydrostatischen Verstellmotor der Schrägachsenbauart aufweisen. Der zweite hydrostatische Verstellmotor weist ein Ventilsegment oder ein Joch zur Verstellung des Verdrängungsvolumens auf. Bevorzugt ist ein Ventilsegment für den zweiten hydrostatischen Verstellmotor vorgesehen. Der zweite hydrostatische Motor kann von der selben hydrostatischen Verstellpumpe mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden, wie der (erste) hydrostatische Verstellmotor. Das heißt, die hydrostatische Pumpe ist in der Lage, sowohl den ersten hydrostatischen Verstellmotor als auch den zweiten hydrostatischen Verstellmotor gleichzeitig mit Hydraulikflüssigkeit zu versorgen. Die Leistung der hydrostatischen Verstellpumpe wird auf die hydrostatischen Verstellmotoren in Abhängigkeit von den auf die Motoren wirkenden mechanischen Belastungen verteilt.The power-split transmission according to the invention can further have a second hydrostatic variable displacement motor of the bent-axis type. The second hydrostatic variable displacement motor has a valve segment or a yoke for adjusting the displacement volume. A valve segment is preferably provided for the second hydrostatic variable displacement motor. The second hydrostatic motor can be supplied with hydraulic fluid by the same hydrostatic variable displacement pump as the (first) hydrostatic variable displacement motor. This means that the hydrostatic pump is able to supply both the first hydrostatic variable displacement motor and the second hydrostatic variable displacement motor with hydraulic fluid at the same time. The performance of the hydrostatic variable displacement pump is dependent on the hydrostatic variable displacement motors distributed to the mechanical loads acting on the motors.
Von der Erfindung ist ebenfalls umfasst, dass mehr als zwei hydrostatische Verstellmotoren im hydrostatischen Zweig des Leistungsverzweigungsgetriebes vorgesehen sind. So könnte beispielsweise ein dritter Motor für den Antrieb einer Zapfwelle oder einer dritten Achse des Fahrzeugs vorgesehen sein. Alternativ könnte auch an jedem Rad des angetriebenen Fahrzeugs ein hydrostatischer Verstellmotor angeordnet sein.The invention also includes the fact that more than two hydrostatic adjusting motors are provided in the hydrostatic branch of the power-split transmission. For example, a third motor could be provided to drive a PTO shaft or a third axle of the vehicle. Alternatively, a hydrostatic adjusting motor could also be arranged on each wheel of the driven vehicle.
Ist ein zweiter Motor vorgesehen, so ist zumindest die Summe der maximalen Hubvolumina des ersten und zweiten erfindungsgemäßen hydrostatischen Motors größer als das maximale Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe. Vorzugsweise ist das maximale Hubvolumen jedes der hydrostatischen Verstellmotoren größer als das maximale Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe. Auch in diesem Fall kann der zweite hydrostatische Verstellmotor aus den im Zusammenhang mit dem (ersten) hydrostatischen Verstellmotor beschriebenen Gründen mit einem Ventilsegment anstelle eines Jochs ausgestattet sein, um den hydrostatischen Zweig eines erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes einfacher zu gestalten und die systembedingten Kosten zu reduzieren. Bei zwei oder mehr Motoren im hydrostatischen Zweig ist das Auftreten gro-ßer Fluidmengen durch jeden Motor noch unwahrscheinlicher, da die Summe der auf die Motoren verteilten Fluidströme von einer einzigen hydrostatischen Pumpe mit einem maximalen Hubvolumen bereitgestellt werden muss, das geringer ist als die Summe der maximalen Hubvolumen des/der hydrostatischen Schrägachsenmotors/en.If a second motor is provided, at least the sum of the maximum displacements of the first and second hydrostatic motors according to the invention is greater than the maximum displacement of the hydrostatic variable displacement pump. The maximum swept volume of each of the hydrostatic variable displacement motors is preferably greater than the maximum swept volume of the hydrostatic variable displacement pump. In this case, too, the second hydrostatic variable motor can be equipped with a valve segment instead of a yoke for the reasons described in connection with the (first) hydrostatic variable motor in order to make the hydrostatic branch of a power-split transmission according to the invention simpler and to reduce the system-related costs. With two or more engines in the hydrostatic branch, the occurrence of large amounts of fluid through each engine is even less likely, since the sum of the fluid flows divided between the engines must be provided by a single hydrostatic pump with a maximum displacement less than the sum of the maximum swept volume of the hydrostatic bent axis motor(s).
Erfindungsgemäß kann das Ventilsegment über ein Verstellelement verschwenkt werden, das hydraulisch, elektrohydraulisch, mechanisch oder pneumatisch betätigt werden kann. Das Verstellelement kann zum Beispiel mechanisch mit dem Ventilsegment gekoppelt sein. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Verstelleinheit oder Verstellvorrichtung einen Servokolben. Das Verstellelement, das z.B. in einer Servoeinheit angeordnet ist, kann sich mit dem Servokolben entlang einer Längsachse des Servozylinders bewegen. Dabei werden zwei Druckkammern definiert, eine auf jeder Seite des Servokolbens. Die Druckkammern können mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden, um den Servokolben zu bewegen. Der Servokolben ist über das Verstellelement mit dem Ventilsegment gekoppelt, z. B. über einen Stift, der mit dem Servokolben und dem Ventilsegment zusammenwirkt.According to the invention, the valve segment can be pivoted via an adjustment element that can be actuated hydraulically, electrohydraulically, mechanically or pneumatically. The adjustment element can be mechanically coupled to the valve segment, for example. In one embodiment of the invention, an adjustment unit or adjustment device comprises a servo piston. The adjusting element, which is arranged in a servo unit, for example, can move with the servo piston along a longitudinal axis of the servo cylinder. This defines two pressure chambers, one on each side of the servo piston. The pressure chambers can be supplied with pressurized hydraulic fluid in order to move the servo piston. The servo piston is coupled to the valve segment via the adjusting element, e.g. B. via a pin that interacts with the servo piston and the valve segment.
Vorzugsweise, z.B. um die Abmessungen/den Bauraum des hydrostatischen Getriebes des hydrostatischen Zweiges möglichst klein zu halten, können die hydrostatische Verstellpumpe und der mindestens eine hydrostatische Verstellmotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ein gemeinsames Gehäuse schützt die Schläuche und Leitungen des hydrostatischen Getriebes. Zusätzlich können die hydrostatischen Verstelleinheiten, d.h. die Verstellpumpe und der mindestens eine Verstellmotor, so angeordnet werden, dass die Anzahl und Komplexität zusätzlicher Komponenten minimiert wird.Preferably, e.g. in order to keep the dimensions/installation space of the hydrostatic transmission of the hydrostatic branch as small as possible, the hydrostatic variable displacement pump and the at least one hydrostatic variable displacement motor can be arranged in a common housing. A common housing protects the hoses and lines of the hydrostatic transmission. In addition, the hydrostatic variable displacement units, i.e., the variable displacement pump and the at least one variable displacement motor, can be arranged to minimize the number and complexity of additional components.
Die Stellung des Verstellelements oder von Komponenten der Verstelleinheit kann durch einen mechanischen, elektromechanischen oder elektrischen Verstellsensor ermittelt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Drehgeber in einem Endbereich der Verstelleinheit angeordnet. Der Drehgeber steht in Wechselwirkung mit einem oder mehreren längsbeweglichen Teilen der Verstelleinheit, so dass eine Längsverschiebung von Teilen der Verstelleinheit eine Drehung des Drehgebers bewirkt. Der Verstellsensor kann in der Lage sein, die Drehung des Drehgebers zu erfassen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das der gemessenen Längsverschiebung von Teilen des Verstellelements entspricht. Bei dem Drehgeber kann es sich beispielsweise um eine Buchse handeln, die in einem Endbereich eines Servozylinders der Verstelleinheit längsverschieblich angeordnet ist. Eine Längsverschiebung eines Servokolbens, der mechanisch mit der Buchse gekoppelt ist, bewirkt eine Drehung der Buchse. Die Drehung kann z.B. auch durch einen induktiven Sensor erfasst werden, der aufgrund der Drehung der Buchse ein elektrisches Signal erzeugt.The position of the adjustment element or of components of the adjustment unit can be determined by a mechanical, electromechanical or electrical adjustment sensor. In one embodiment of the invention, a rotary encoder is arranged in an end area of the adjustment unit. The rotary encoder interacts with one or more longitudinally movable parts of the adjustment unit, so that a longitudinal displacement of parts of the adjustment unit causes the rotary encoder to rotate. The adjustment sensor may be able to detect the rotation of the rotary encoder and generate an electrical signal corresponding to the measured longitudinal displacement of parts of the adjustment element. The rotary encoder can be a bush, for example, which is arranged in a longitudinally displaceable manner in an end region of a servo cylinder of the adjustment unit. Longitudinal displacement of a servo piston mechanically coupled to the sleeve causes rotation of the sleeve. The rotation can also be detected, for example, by an inductive sensor that generates an electrical signal based on the rotation of the bush.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Verstellelement elektrisch zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung angesteuert werden. Beispielsweise könnte ein Elektromagnet vorgesehen sein, der mittels einer elektromagnetischen Kraft Teile der Verstelleinheit zu bewegen kann. Die Endlagen können einstellbar sein, z. B. durch Endanschläge, die an einem Gehäuse des Verstellelements in einer geeigneten Position angebracht werden können.In a further exemplary embodiment of the invention, the adjusting element can be controlled electrically between a first end position and a second end position. For example, an electromagnet could be provided, which can move parts of the adjustment unit by means of an electromagnetic force. The end positions can be adjustable, e.g. B. by end stops that can be attached to a housing of the adjustment in a suitable position.
Erfindungsgemäß dient das Ventilsegment des zumindest einen hydrostatischen Verstellmotors der Zu- und Abführung von Hydraulikflüssigkeit zu bzw. von den Zylinderbohrungen im Zylinderblock des hydrostatischen Verstellmotors. Zu diesem Zweck kann das Ventilsegment erste und zweite nierenförmige Druckanschlüsse an einer Gleitfläche des Ventilsegments aufweisen. Die nierenförmigen Druckanschlüsse sind vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Rotationsachse des Zylinderblocks des hydrostatischen Verstellmotors ausgebildet. Die Fluidkanäle, die Hydraulikflüssigkeit zu und von Druckkammern im Zylinderblock leiten, sind auf einem Kreisbogen angeordnet, dessen Mittelpunkt mit der Drehachse des Zylinderblocks zusammenfällt und dessen Durchmesser im Wesentlichen gleich der Mittellinie der ersten und zweiten nierenförmigen Druckanschlüsse ist. Das heißt, die radial äußeren Ränder der Fluidkanäle und die radial äußeren Ränder der nierenförmigen Druckanschlüsse befinden sich relativ zur Drehachse des Zylinderblocks in der gleichen radialen Position. Von den radial äußeren Kanten des ersten und zweiten Druckanschlusses an der Gleitfläche des Ventilsegments können sich mehrere konkave hydrostatische Lageraussparungen radial nach außen erstrecken.According to the invention, the valve segment of the at least one hydrostatic variable motor serves to supply and discharge hydraulic fluid to and from the cylinder bores in the cylinder block of the hydrostatic variable motor. For this purpose, the valve segment can have first and second kidney-shaped pressure connections on a sliding surface of the valve segment. The kidney-shaped pressure connections are preferably designed to be rotationally symmetrical to the axis of rotation of the cylinder block of the hydrostatic variable displacement motor. The fluid channels that carry hydraulic fluid to and from Pressure chambers in the cylinder block are arranged on an arc of a circle whose center coincides with the axis of rotation of the cylinder block and whose diameter is substantially equal to the center line of the first and second kidney-shaped pressure ports. That is, the radially outer edges of the fluid passages and the radially outer edges of the kidney-shaped pressure ports are in the same radial position relative to the axis of rotation of the cylinder block. A plurality of concave hydrostatic bearing recesses may extend radially outward from the radially outer edges of the first and second pressure ports on the sliding surface of the valve segment.
Vorzugsweise ist das Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe unabhängig von dem zumindest einen hydrostatischen Verstellmotor einstellbar. Ist mehr als ein hydrostatischer Verstellmotor vorgesehen, kann das Hubvolumen jeder hydrostatischen Einheit, d.h. jedes hydrostatischen Verstellmotors und jeder hydrostatischen Verstellpumpe, separat eingestellt werden. Dies ermöglicht den Einsatz von stufenlosen Fahrzuständen mit großer hydrostatischer Übertragungsrate in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs. So könnte z.B. die hydrostatische Pumpe auf maximalen Verdrängung und der/die hydrostatische(n) Motor(en) auf Null Verdrängung verschwenkt werden, wenn der hydrostatische Zweig des Leistungsverzweigungsgetriebes blockiert werden soll. In diesem Fall wird der gesamte Leistungsfluss über den mechanischen Zweig des Leistungsverzweigungsgetriebes übertragen.The displacement volume of the hydrostatic variable displacement pump can preferably be adjusted independently of the at least one hydrostatic variable displacement motor. If more than one hydrostatic variable displacement motor is provided, the displacement of each hydrostatic unit, i.e. each hydrostatic variable displacement motor and each hydrostatic variable displacement pump, can be adjusted separately. This enables the use of stepless driving states with a large hydrostatic transfer rate depending on the current driving situation of the vehicle. For example, the hydrostatic pump could be pivoted to maximum displacement and the hydrostatic motor(s) to zero displacement if the hydrostatic branch of the power split transmission is to be locked. In this case, the entire power flow is transmitted via the mechanical branch of the power-split transmission.
Erfindungsgemäß können die Leistungsflüsse über den ersten hydrostatischen Verstellmotor des hydrostatischen Zweigs und über den mechanischen Zweig zusammengeführt werden, um eine erste Antriebswelle anzutreiben, die z.B. eine erste Achse des Fahrzeugs antreibt. Mit anderen Worten, sowohl der erste hydrostatische Verstellmotor des hydrostatischen Zweigs als auch der mechanische Zweig wirken rotatorisch zusammen, bevorzugterweise über ein zusammenführendes Bauteil, z.B. über einen Zahnradsatz mit der ersten Antriebswelle. Die Zusammenführung der Leistungsströme kann z.B. durch Zusammenwirken mit einer gemeinsamen Welle oder einem gemeinsamen Getriebe erfolgen. Ein Fachmann kann allerdings auch andere Konzepte zur Zusammenführung der Leistungsströme über den mechanischen Zweig und den ersten hydrostatischen Verstellmotor zur Anwendung bringen.According to the invention, the power flows can be brought together via the first hydrostatic variable displacement motor of the hydrostatic branch and via the mechanical branch in order to drive a first drive shaft which, for example, drives a first axle of the vehicle. In other words, both the first hydrostatic variable displacement motor of the hydrostatic branch and the mechanical branch cooperate in rotation, preferably via a combining component, e.g. via a gear set with the first drive shaft. The power flows can be combined, for example, by interacting with a common shaft or a common gearbox. However, a person skilled in the art can also use other concepts for combining the power flows via the mechanical branch and the first hydrostatic variable displacement motor.
Ähnlich wie im vorangegangenen Beispiel kann die Sperrung des hydrostatischen Zweigs, z. B. durch Verschwenken des Verstellmotors auf 0°, d. h. auf null Durchfluss, beispielsweise in Fahrsituationen eingesetzt werden, in denen eine hohe Drehgeschwindigkeit der Achse bei geringem Drehmoment erforderlich ist, z. B. wenn eine hohe Geschwindigkeit des Fahrzeugs während der Fahrt auf einer asphaltierten Straße erforderlich ist. Bei dieser Konfiguration hängt die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen von der Drehzahl des Antriebsmotors und dem mechanischen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsmotor und der Antriebswelle ab.Similar to the previous example, the blocking of the hydrostatic branch, z. B. by pivoting the adjusting motor to 0 °, d. H. to zero flow, for example in driving situations where a high rotational speed of the axle with low torque is required, e.g. B. when a high speed of the vehicle is required while driving on a paved road. With this configuration, the vehicle speed essentially depends on the speed of the drive motor and the mechanical transmission ratio between the drive motor and the drive shaft.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Abtriebswelle des Hydraulikmotors über ein Reversiergetriebe drehfest mit einer ersten Achse verbunden. Das Umkehrgetriebe kann beispielsweise in der Lage sein, eine direkte Drehverbindung oder alternativ ein positives Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Achse und der Antriebswelle herzustellen, wenn eine erste Kupplung eingerückt und eine zweite Kupplung ausgekuppelt ist. Alternativ kann das Umkehrgetriebe ein negatives Übersetzungsverhältnis mit Hilfe eines ersten Zahnradsatzes herstellen, wenn die erste Kupplung ausgerückt und die zweite Kupplung eingerückt ist. Diese Art der Konstruktion vermeidet den Nachteil, dass ohne das Reversiergetriebe in einem Rückwärtsfahrbetrieb der Arbeitsmaschine die Hydraulikleistung über den mechanischen Zweig zurückgeführt wird. Stattdessen bleibt mit Hilfe des Reversiergetriebes die Drehrichtung der Antriebswelle des hydrostatischen Motors konstant, auch wenn sich die Drehrichtung der ersten Achse ändert, und es erfolgt keine Rückführung von Rotationsenergie, wenn die Leistungsströme vom hydrostatischen Verstellmotor und dem mechanischen Zweig zusammengeführt werden.In one exemplary embodiment, the output shaft of the hydraulic motor is connected in a rotationally fixed manner to a first axle via a reversing gear. For example, the reverse gear may be capable of establishing a direct rotary connection, or alternatively a positive gear ratio, between the first axle and the drive shaft when a first clutch is engaged and a second clutch is disengaged. Alternatively, the reverser can establish a negative gear ratio using a first gear set when the first clutch is disengaged and the second clutch is engaged. This type of construction avoids the disadvantage that, without the reversing gear, the hydraulic power is fed back via the mechanical branch when the working machine is being driven in reverse. Instead, with the help of the reversing gear, the direction of rotation of the drive shaft of the hydrostatic motor remains constant even if the direction of rotation of the first axis changes, and there is no recirculation of rotational energy when the power flows from the hydrostatic variable displacement motor and the mechanical branch are combined.
Erfindungsgemäß kann ein zweiter hydrostatischer Verstellmotor eine zweite Achse des Fahrzeugs antreiben. In dieser Konfiguration können die Leistungsflüsse im hydrostatischen Zweig des Leistungsverzweigungsgetriebes je nach den Umgebungsbedingungen, z.B. der auf die Räder des Fahrzeugs wirkenden Last, entsprechend angepasst werden. So könnten beispielsweise die Vorderachse und die Hinterachse eines Fahrzeugs von je einem hydrostatischen Verstellmotor angetrieben werden. Ein solches Fahrzeug mit zwei angetriebenen Achsen ist in der Lage, im Vergleich zu einem Fahrzeug mit nur einer angetriebenen Achse engere Kurven zu fahren. Da sich z. B. die Vorderräder in Kurven etwas schneller drehen müssen, kann eine angetriebene Vorderachse das Fahrzeug in der Kurve ziehen, da die Kraft auf die Vorderachse übertragen wird. Dieser Effekt kann z. B. in der Land- oder Forstwirtschaft nützlich sein. Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, wenn jedes Rad der Vorderachse von einem separaten hydrostatischen Motor angetrieben wird, da das innere Rad in Kurven langsamer dreht als das äußere. Auf diese Weise kann auch auf ein Differentialgetriebe verzichtet werden.According to the invention, a second hydrostatic variable displacement motor can drive a second axle of the vehicle. In this configuration, the power flows in the hydrostatic branch of the power-split transmission can be adjusted accordingly depending on the environmental conditions, e.g. the load acting on the wheels of the vehicle. For example, the front axle and the rear axle of a vehicle could each be driven by a hydrostatic variable displacement motor. Such a vehicle with two driven axles is able to make tighter turns compared to a vehicle with only one driven axle. Since e.g. For example, when the front wheels have to turn a little faster in corners, a driven front axle can pull the vehicle in the corner because the power is transferred to the front axle. This effect can B. be useful in agriculture or forestry. This effect can be amplified if each wheel on the front axle is driven by a separate hydrostatic motor, since the inner wheel turns slower than the outer wheel when cornering. In this way, a differential gear can also be dispensed with.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine (dritte) Kupplung zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse vorgesehen. Die Kupplung kann eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Achsen bzw. zwischen den Antriebswellen der die Achsen antreibenden Hydromotoren herstellen, die bewirkt, dass beide Achsen mechanisch gekoppelt sind, und z.B. mit der gleichen Drehzahl rotieren. Wenn das Ausgangsdrehmoment des einen hydrostatischen Verstellmotors nicht abgestützt wird, z. B. weil die Räder des Fahrzeugs auf dem Boden durchrutschen, bieten die durchrutschenden Räder weniger Abstützung für die hydrostatische Leistung als die nicht durchrutschenden Räder, die von dem anderen Motor angetrieben werden. Da der Kraftfluss immer den Weg des geringsten Widerstands nimmt, würde die gesamte Kraft über die durchdrehenden Räder der Achse fließen, die mit dem ersten hydrostatischen Verstellmotor verbunden sind. Folglich würde die gesamte von der hydrostatischen Verstellpumpe erzeugte hydrostatische Leistung zu dem Motor mit den durchdrehenden Rädern geleitet werden. Nach dem Schließen der (dritten) Kupplung kann jedoch das Drehmoment von der durchrutschenden Achse des einen hydrostatischen Motors mechanisch auf die nicht durchrutschende Achse übertragen werden, die mit dem anderen hydrostatischen Verstellmotor verbunden ist. In der Land- und Forstwirtschaft kommt es häufig zu Schlupfzuständen. Durch die (dritte) Kupplung und die intelligente Verlagerung des Drehmoments zwischen den beiden Achsen des Fahrzeugs wird sichergestellt, dass die Traktion des Fahrzeugs in jeder Fahrsituation maximiert werden kann.In a further embodiment of the invention, a (third) clutch is provided between the first axle and the second axle. The clutch can create a mechanical connection between the two axles or between the drive shafts of the hydraulic motors driving the axles, which causes both axles to be mechanically coupled and, for example, to rotate at the same speed. If the output torque of a hydrostatic variable displacement motor is not supported, e.g. B. because the wheels of the vehicle are slipping on the ground, the slipping wheels provide less support for the hydrostatic power than the non-slipping wheels driven by the other engine. Since the flow of power always takes the path of least resistance, all of the power would flow through the spinning wheels of the axle, which are connected to the first hydrostatic variable displacement motor. Consequently, all of the hydrostatic power generated by the variable displacement hydrostatic pump would be directed to the engine with the spinning wheels. After closing the (third) clutch, however, the torque can be mechanically transferred from the slipping axle of one hydrostatic motor to the non-slipping axle, which is connected to the other hydrostatic variable displacement motor. Hatching conditions often occur in agriculture and forestry. The (third) clutch and the intelligent transfer of torque between the two axles of the vehicle ensure that the vehicle's traction can be maximized in every driving situation.
Da das Öffnen der dritten Kupplung die Möglichkeit bietet, die erste Achse mechanisch von der zweiten Achse zu trennen, kann die dritte Kupplung auch geöffnet werden, wenn die Drehrichtung der einen Achse der Drehrichtung der anderen Achse entgegengesetzt ist, z. B. wenn ein Reversiergetriebe die Drehrichtung der einen Achse im Vergleich zu ihrer zugehörigen Antriebswelle umkehrt. Dann kann sich die andere Achse frei drehen, ohne dass das Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Achsen zu mechanischen Einschränkungen führt.Since opening the third clutch offers the possibility of mechanically separating the first axle from the second axle, the third clutch can also be opened when the direction of rotation of one axle is opposite to the direction of rotation of the other axle, e.g. B. when a reverser reverses the direction of rotation of an axle compared to its associated drive shaft. Then the other axis can rotate freely without the gear ratio between the two axes leading to mechanical restrictions.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die (dritte) Kupplung zwischen der Abtriebswelle des ersten hydrostatischen Motors und der Abtriebswelle des zweiten hydrostatischen Motors vorgesehen. Dadurch kann, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Kupplung zwischen den Achsen des Fahrzeugs, eine mechanische Verbindung zwischen der durchrutschenden Ausgangswelle und der nicht durchrutschenden Ausgangswelle hergestellt werden.In an alternative embodiment of the invention, the (third) clutch is provided between the output shaft of the first hydrostatic motor and the output shaft of the second hydrostatic motor. As a result, a mechanical connection can be established between the slipping output shaft and the non-slipping output shaft, similar to the coupling between the axles of the vehicle described above.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Leistungsverzweigungsgetriebe ein Planetengetriebe, dessen Planetenträger beispielsweise durch einen Antriebsmotor, z.B. einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor, angetrieben wird. Ein Hohlrad des Planetengetriebes treibt die hydrostatische Verstellpumpe des hydrostatischen Zweiges an und ein Sonnenrad des Planetengetriebes treibt den mechanischen Zweig an. Bevorzugt leitet die hydrostatische Verstellpumpe des hydrostatischen Zweiges unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zu zwei hydrostatischen Verstellmotoren, deren Verdrängungsvolumen über ein Ventilsegment eingestellt wird. Die geteilten Leistungsströme über den hydrostatischen Zweig oder den mechanischen Zweig können durch ein Summiergetriebe verbunden werden, das z. B. eine Abtriebswelle oder eine Achse des Fahrzeugs antreibt.According to one embodiment of the invention, the power-split transmission comprises a planetary gear whose planetary carrier is driven, for example, by a drive motor, e.g. an internal combustion engine or an electric motor. A ring gear of the planetary gear drives the hydrostatic variable displacement pump of the hydrostatic branch and a sun gear of the planetary gear drives the mechanical branch. The hydrostatic variable displacement pump of the hydrostatic branch preferably directs pressurized hydraulic fluid to two hydrostatic variable displacement motors, the displacement volume of which is adjusted via a valve segment. The split power streams via the hydrostatic branch or the mechanical branch can be connected by a summation gear that z. B. drives an output shaft or an axle of the vehicle.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße System anhand von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in den beigefügten Figuren näher erläutert. Der Fachmann erkennt jedoch, dass das erfindungsgemäße Prinzip nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr können die gezeigten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung kombiniert oder modifiziert werden, ohne den Rahmen des erfindungsgemäßen Prinzips zu verlassen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. -
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. -
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. -
4 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines hydrostatischen Verstellmotors für ein Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß der Erfindung. -
5 zeigt eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Ventilsegments für einen hydrostatischen Verstellmotor für ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe.
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1 shows a schematic representation of a power-split transmission according to a first embodiment of the invention. -
2 shows a schematic representation of a power-split transmission according to a second embodiment of the invention. -
3 shows a schematic representation of a power-split transmission according to a third embodiment of the invention. -
4 shows a sectional view of an exemplary embodiment of a hydrostatic variable displacement motor for a power split transmission according to the invention. -
5 shows an isometric view of an exemplary embodiment of a valve segment for a hydrostatic variable displacement motor for a power-split transmission according to the invention.
In der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden zur besseren Nachvollziehbarkeit und Lesbarkeit der vorliegenden Beschreibung gleiche Bezugsziffern für gleiche Bauteile auch bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen verwendet.In the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying figures, the same reference numerals are used for the same components in different preferred embodiments to improve the comprehensibility and readability of the present description.
Obwohl ein Ventilsegment 260 den Verstellbereich eines Neigungswinkels des hydrostatischen Verstellmotors 250 im Vergleich zu einem Joch einschränkt, ist das maximale Hubvolumen des hydrostatischen Verstellmotors 250 dennoch mit dem Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe 210 abgestimmt.Although a
Der zugeführte Leistungsfluss kann beispielsweise von einem Antriebsmotor 5 bereitgestellt werden. Der Antriebsmotor 5 kann z.B. ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor sein. Die Leistung des Antriebsmotors 5 kann beispielsweise durch ein Planetengetriebe 10 geteilt werden. Beispielsweise kann der eingehende Leistungsfluss einen Planetenträger 12 des Planetenradsatzes 10 antreiben. In einer bevorzugten Ausführungsform trägt der Planetenträger 12 eine variabel wählbare Anzahl von Planeten, die mit einem Sonnenrad 16 und einem Hohlrad 14 zusammenwirken. Das Hohlrad 14 treibt die hydrostatische Verstellpumpe 210 des hydrostatischen Zweigs 200 an. Das Sonnenrad 16 steht gleichzeitig in Eingriff mit dem Ausgang des hydrostatischen Verstellmotors 250 und mit den Planeten, die vom Planetenträger 12 getragen werden. Darüber hinaus interagiert das Sonnenrad 16 mit einer ersten Antriebswelle 25 des Leistungsverzweigungsgetriebes 1, die die Leistung auf eine erste Achse 20 eines Fahrzeugs überträgt, in das das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 eingebaut ist. Bei der ersten Achse 20 kann es sich zum Beispiel um die Hinterachse des Fahrzeugs handeln. Bei der ersten Achse 20 kann es sich aber auch um die Vorderachse des Fahrzeugs handeln. Ein Fachmann erkennt, dass ein Antrieb der ersten Achse 20 des Fahrzeugs ausreichen würde, um das Fahrzeug anzutreiben. Wie in der Ausführungsform gemäß
Um neben dem Antrieb weitere Betriebsmöglichkeiten zu schaffen, kann eine Zapfwelle 110 vorgesehen werden. Die Zapfwelle 110 kann beispielsweise direkt mit einer Abtriebswelle des Antriebsmotors 5 zusammenwirken, d. h. mit der Welle, die das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 mit der Leistung des Motors 5 versorgt. Folglich ist in dieser Ausführungsform die Drehrichtung der Zapfwelle 110 unabhängig von der Drehrichtung des Leistungsverzweigungsgetriebes 1. Ein Fachmann könnte jedoch eine andere Anordnung der Zapfwelle oder der Leistungsverteilung über den Planetenradsatz wählen.In order to create other operating options in addition to the drive, a power take-off
Der hydrostatische Zweig 200 des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 gemäß
Folglich versorgt die hydrostatische Verstellpumpe 210 den ersten hydrostatischen Verstellmotor 250 und den zweiten hydrostatischen Verstellmotor 300 mit Hydraulikflüssigkeit. Der zweite hydrostatische Verstellmotor 300 kann ein Ventilsegment 260 oder ein Joch zur Verstellung seines Verdrängungsvolumens aufweisen. Dabei würde ein Joch im Vergleich zur Ventilsegmenttechnik einen größeren Bereich möglicher Neigungswinkel bieten, d.h. einen größeren Neigungswinkel, auf den das Verdrängungsvolumen des hydrostatischen Verstellmotors 300 eingestellt werden kann. Dies würde zwar ein Plus an Wirkungsgrad bringen, aber höhere Kosten für den zweiten Motor im Vergleich zum Einsatz eines Ventilsegment-Hydraulikmotors mit gleichem Hubvolumen verursachen. Erfindungsgemäß ist daher vorzugsweise ein Ventilsegment 260 (siehe
Um die maximalen Hubvolumina des ersten und zweiten hydrostatischen Verstellmotors 250 & 300 auf das maximale Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe 210 abzustimmen, ist zumindest die Summe der maximalen Hubvolumina der hydrostatischen Verstellmotoren 250 & 300 größer als das maximale Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe 210. In einem Fall kann die hydrostatische Verstellpumpe 210 ein höheres maximales Hubvolumen aufweisen als jeder der beiden hydrostatischen Verstellmotoren 250 & 300, wobei die Summe der maximalen Hubvolumen der beiden hydrostatischen Motoren 250 & 300 jedoch größer ist als das maximale Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe 210. Die hydrostatische Verstellpumpe 210 ist in der Lage, eine bestimmte maximale Menge an Hydraulikflüssigkeit zu fördern, die in den meisten Betriebsfällen weder ausschließlich dem ersten hydrostatischen Motor 250 noch ausschließlich dem zweiten hydrostatischen Motor 300 zugeführt wird, sondern fast immer einer Kombination aus dem ersten hydrostatischen Verstellmotor 250 und dem zweiten hydrostatischen Verstellmotor 300. Ein Fachmann wird verstehen, dass alternativ das maximale Hubvolumen jedes der hydrostatischen Verstellmotoren 250 und 300 größer sein kann als das maximale Hubvolumen der hydrostatischen Verstellpumpe 210. In diesem Fall gelten die oben genannten Überlegungen, aber jeder der hydrostatischen Motoren 250 und 300 wäre auch in der Lage, die von der hydrostatischen Verstellpumpe 210 gelieferte Hydraulikflüssigkeit allein aufzunehmen.In order to match the maximum displacements of the first and second hydrostatic
In der Ausführungsform gemäß
Zusätzlich kann eine (dritte) Kupplung 60 vorgesehen werden, die die Drehung der zweiten Achse 40 mit der Drehung der ersten Achse 20 koppelt (Erläuterungen zur ersten Kupplung 124 und zur zweiten Kupplung 128 siehe
Es gibt Fahrsituationen, in denen ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe in einem Fahrzeug eingesetzt wird, das unter rutschigen Bedingungen betrieben wird, z.B. auf dem Feld bei feuchtem Wetter. Wenn z.B. die erste Achse 20 des Fahrzeugs durchrutscht, wird das Drehmoment, das auf diese Achse übertragen wird, nicht mehr unterstützt. Da der Kraftfluss immer den Weg des geringsten Widerstandes nimmt, würde der gesamte Kraftfluss über die durchrutschende Achse 20 abfließen. Ist die Kupplung 60 jedoch geschlossen, wird eine mechanische Verbindung zwischen der durchrutschenden ersten Achse 20 und der zweiten Achse 40, die noch Zugkraft hat, hergestellt. Daher wird die Kraft, die sonst auf die durchdrehende Achse 20 übertragen würde, auf die Achse 40 mit Zugkraft umgeleitet, und das Fahrzeug wird weiterhin angetrieben.There are driving situations in which a power-split transmission according to the invention is used in a vehicle which is operated in slippery conditions, for example in the field in wet weather. For example, if the vehicle's
Eine vierte Kupplung 62 kann vorgesehen werden, um die Möglichkeit zu schaffen, den zweiten hydrostatischen Verstellmotor 300 von der zweiten Achse 40 zu entkoppeln. Wenn beispielsweise eine hohe Geschwindigkeit des Fahrzeugs erforderlich ist, wird die gesamte Leistung des Antriebsmotors über den mechanischen Zweig 100 auf die erste Achse 20 übertragen. In diesem Fall wird der zweite hydrostatische Motor 300 nicht aktiv durch hydrostatische Leistung in Drehung versetzt. Gemäß der dargestellten Ausführungsform weist die Verbindung des zweiten hydrostatischen Verstellmotors 300 mit der zweiten Achse 40 eine höhere Übersetzung auf als die Verbindung zwischen dem ersten hydrostatischen Verstellmotor 250 und der ersten Achse 20. Dies hat zur Folge, dass der zweite hydrostatische Motor 300 seine maximale Drehgeschwindigkeit früher erreicht als der erste hydrostatische Motor 250. Daher würden Schleppverluste durch Überdrehzahl des zweiten hydrostatischen Verstellmotors 300 auftreten, wenn der zweite hydrostatische Verstellmotor 300 noch mit der zweiten Achse 40 gekoppelt wäre. Durch Öffnen der vierten Kupplung 62 wird der zweite hydrostatische Verstellmotor 300 von der zweiten Achse 40 getrennt, und Schleppverluste können vermieden werden.A fourth clutch 62 may be provided to provide the ability to decouple the second variable displacement
Zusätzlich zu den Merkmalen der in den
Mit einem Reversiergetriebe 120 kann die Drehrichtung der ersten Antriebswelle 25 beibehalten werden, unabhängig von der Richtung der ersten Achse 20. Dreht sich die erste Antriebswelle 25 in Bezug auf die erste Achse 20 mit, kann die Leistung durch Einrücken der ersten Kupplung 124 und Ausrücken der zweiten Kupplung 128 direkt übertragen werden. Umgekehrt kann, wenn die erste Antriebswelle 25 in Bezug auf die erste Achse 20 gegenläufig rotieren soll, der Leistungsfluss über den ersten Zahnradsatz 122 übertragen werden, um die Drehrichtung der ersten Antriebswelle 25 durch Ausrücken der ersten Kupplung 124 und Einrücken der zweiten Kupplung 128 umzukehren. Da die Drehrichtung der ersten Antriebswelle 25 konstant gehalten wird, unabhängig davon, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt, ist der erste hydrostatische Verstellmotor 250 nicht gezwungen, seine Drehrichtung zu ändern, wenn die Fahrtrichtung des Fahrzeugs geändert wird. Dadurch wird keine Leistung aus dem hydrostatischen Zweig 200 über den mechanischen Zweig 100 an das Planetenverteilergetriebe 10 zurückgeführt. Infolgedessen sind in dem erfindungsgemäßen hydrostatischen Zweig 200 hydrostatische Verstelleinheiten, d.h. hydrostatische Verstellmotoren und hydrostatische Verstellpumpen, mit reduzierter Nennleistung einsetzbar. Durch die Verwendung reduzierter Nennleistungen für die (Verstell-)Einheiten des hydrostatischen Zweiges 200 wird der Bauraum für das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe 1 im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Leistungsverzweigungsgetriebe reduziert, da hydrostatische Einheiten mit reduzierter Größe eingesetzt werden können.With a
Erfindungsgemäß ist bevorzugt ein Ventilsegment 260 vorgesehen, um das Verdrängungsvolumen zumindest eines der Verstellmotoren 250 & 300 einzustellen. Die bevorzugte Ausgestaltung des Ventilsegments 260 wird anhand von
Aus der obigen Beschreibung und den beigefügten Figuren sowie den Patentansprüchen wird ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe 1 viele Möglichkeiten und Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bietet. Es ist dem Fachmann weiterhin ersichtlich, dass weitere Modifikationen und Änderungen an einem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe 1 vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Daher fallen alle diese Modifikationen und Änderungen in den Schutzbereich der Patentansprüche und werden von diesen umfasst. Weiterhin soll verstanden werden, dass die oben beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und dass verschiedene Modifikationen, Änderungen oder Kombinationen von Ausführungsformen, die von einem Fachmann auf dem entsprechenden Gebiet vorgeschlagen werden, in den Geist und den Anwendungsbereich der vorliegenden Anmeldung fallen.From the above description and the attached figures as well as the claims, it is clear that the power-
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Leistungsverzweigungsgetriebepower split transmission
- 55
- Antriebsmotordrive motor
- 1010
- Planetenradsatzplanetary gear set
- 1212
- Planetenträgerplanet carrier
- 1414
- Hohlradring gear
- 1616
- Sonnenradsun gear
- 2020
- Erste Achsefirst axis
- 2525
- Erste AntriebswelleFirst driveshaft
- 4040
- Zweite Achsesecond axis
- 4545
- Zweite AntriebswelleSecond drive shaft
- 6060
- Dritte KupplungThird clutch
- 6262
- Vierte KupplungFourth clutch
- 100100
- Mechanischer Zweigmechanical branch
- 110110
- ZapfwellePTO shaft
- 120120
- Reversiergetriebereverse gear
- 122122
- Erster ZahnradsatzFirst gear set
- 124124
- Erste KupplungFirst clutch
- 128128
- Zweite KupplungSecond clutch
- 200200
- Hydrostatischer Zweighydrostatic branch
- 202202
- Hochdruckleitunghigh pressure line
- 204204
- Niederdruckleitung low pressure line
- 210210
- Hydrostatische VerstellpumpeHydrostatic variable displacement pump
- 250250
- Erster hydrostatischer VerstellmotorFirst hydrostatic variable displacement motor
- 252252
- Zylinderblockcylinder block
- 253253
- Arbeitskolbenworking piston
- 254254
- Abtriebswelleoutput shaft
- 255255
- Rotationsachseaxis of rotation
- 256256
- Zylinderbohrungencylinder bores
- 258258
- StiftPen
- 259259
- Verstellstiftadjustment pin
- 260260
- Ventilsegmentvalve segment
- 262262
- Erster und zweiter AnschlussFirst and second connection
- 264264
- Hydrostatische LageraussparungenHydrostatic bearing recesses
- 266266
- Radial äußere KantenRadial outer edges
- 268268
- Gleitflächesliding surface
- 269269
- Führungsflächeguide surface
- 270270
- Verstellelementadjustment element
- 280280
- GehäuseHousing
- 300300
- Zweiter hydrostatischer VerstellmotorSecond hydrostatic variable displacement motor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 6257119 B1 [0004]US6257119B1 [0004]
Claims (17)
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-
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- 2021-12-15 DE DE102021133256.7A patent/DE102021133256A1/en active Pending
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