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Die Erfindung betrifft ein Getriebesystem für einen Kettenfahrzeugantriebsstrang, umfassend eine Antriebswelle, eine Nullwelle sowie eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle, wobei die Antriebswelle mit einer Anschlusswelle gekoppelt oder koppelbar ist, die für eine Verbindung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen ist, wobei die Antriebswelle, die Nullwelle und die erste Abtriebswelle über eine erste Summierstufe miteinander gekoppelt sind, während eine Koppelung der Antriebswelle, der Nullwelle und der zweiten Abtriebswelle über eine zweite Summierstufe vollzogen ist, wobei eine Lenksummierstufe vorgesehen ist, über welche eine erste Welle, eine zweite Welle und eine dritte Welle miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Welle mit einer ersten Teileinheit eines Variators gekoppelt ist, welcher zudem eine zweite Teileinheit aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kettenfahrzeugantriebsstrang, ein Kettenfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebesystem.
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Kettenfahrzeuge verfügen über Ketten- bzw. Raupenfahrwerke, wobei sich ein Ketten- bzw. Raupenfahrwerk dabei üblicherweise aus mindestens einem linken und mindestens einem rechten Ketten- bzw. Raupenlaufwerk zusammensetzt. Bei dem einzelnen Laufwerk wird eine Antriebsbewegung der jeweiligen Antriebskette zumeist über ein Kettenantriebsrad realisiert. Wird das mindestens eine linke Laufwerk mit derselben Drehzahl betrieben, wie das mindestens eine rechte Laufwerk, so wird bei gleichen Bodenverhältnissen an beiden Laufwerken eine Geradeausfahrt des jeweiligen Kettenfahrzeuges verwirklicht. Werden die Laufwerke dagegen mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben, so kann eine Kurvenfahrt des jeweiligen Kettenfahrzeuges dargestellt werden, indem die kurveninnenliegende Kette langsamer angetrieben wird, als die kurvenaußenliegende Kette. Bei gegensinniger Drehrichtung der Ketten bei gleicher Drehzahl kann außerdem ein Wenden des Kettenfahrzeuges auf der Stelle realisiert werden.
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Getriebesysteme von Kettenfahrzeugen sind häufig als Überlagerungslenkgetriebe gestaltet, bei welchen an Summierstufen eine Überlagerung einer Antriebsbewegung mit einer Lenkbewegung vorgenommen wird. Dabei besteht üblicherweise eine mechanische Kopplung zwischen dem mindestens einen linken und dem mindestens einen rechten Laufwerk über eine sogenannte Nullwelle, die bei Geradeausfahrt des jeweiligen Kettenfahrzeuges und gleichen Bodenverhältnissen an beiden Laufwerken im Wesentlichen stillsteht.
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Aus der
DE 10 2020 204 217 A1 geht ein Getriebesystem hervor, welches als Überlagerungslenkgetriebe ausgestaltet und für die Anwendung bei einem Kettenfahrzeug vorgesehen ist. Bei dem Überlagerungslenkgetriebe sind dabei zwei Abtriebswellen vorgesehen, die jeweils an je einer zugehörigen Summierstufe mit einer Antriebswelle und einer Nullwelle gekoppelt sind. Die Antriebswelle kann dabei über ein zwischenliegendes Schaltgetriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen mit einer Teileinheit eines Variators und einer Anschlusswelle gekoppelt werden, an welcher im verbauten Zustand des Getriebesystems eine Antriebsmaschine in Form einer Brennkraftmaschine angebunden ist. Die Teileinheit des Variators ist dabei permanent mit der Anschlusswelle gekoppelt. Ferner ist eine Lenksummierstufe vorgesehen, über welche die Nullwelle und zwei weitere Wellen miteinander gekoppelt sind, wobei von den zwei weiteren Wellen die eine Welle permanent mit einer weiteren Teileinheit des Variators gekoppelt ist, während die andere Welle unter Betätigung je eines zugehörigen Schaltelements und unter Darstellung unterschiedlicher Drehrichtungen mit der Anschlusswelle und der einen Teileinheit gekoppelt werden kann. Über die Lenksummierstufe kann somit bei Betätigung eines der Schaltelemente ein Überlagern von einer über die eine Teileinheit und die Antriebsmaschine aufgebrachten Antriebsbewegung mit einer Antriebsbewegung der anderen Teileinheit des Variators dargestellt werden. Die beiden Teileinheiten des Variators sind dabei jeweils als Elektromaschinen ausgestaltet.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebesystem für einen Kettenfahrzeugantriebsstrang zu schaffen, wobei sich dieses Getriebesystem durch einen möglichst hohen Wirkungsgrad auszeichnen soll.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kettenfahrzeugantriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem ist zudem Gegenstand der Ansprüche 14 und 15. Ferner betrifft Anspruch 16 ein Kettenfahrzeug mit einem vorgenannten Kettenfahrzeugantriebsstrang. Schließlich haben noch die Ansprüche 17 bis 20 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebesystems zum Gegenstand.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebesystem eine Antriebswelle, eine Nullwelle sowie eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle, wobei die Antriebswelle mit einer Anschlusswelle gekoppelt ist oder mit dieser Anschlusswelle gekoppelt werden kann, die für eine Verbindung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen ist. Dabei sind die Antriebswelle, die Nullwelle und die erste Abtriebswelle über eine erste Summierstufe miteinander gekoppelt, während eine Koppelung der Antriebswelle, der Nullwelle und der zweiten Abtriebswelle über eine zweite Summierstufe vollzogen ist. Ferner ist eine Lenksummierstufe vorgesehen, über welche eine erste Welle, eine zweite Welle und eine dritte Welle miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Welle mit einer ersten Teileinheit eines Variators gekoppelt ist, welcher zudem eine zweite Teileinheit aufweist.
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Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebesystems zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten vorgenommen werden kann. Die jeweilige Welle kann Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches lediglich eine radiale Verbindung verwirklicht ist.
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Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung jeweils eine Orientierung entlang einer jeweiligen Längs- bzw. Rotationsachse einer jeweiligen Komponente des Getriebesystems gemeint. Unter „radial“ ist dann jeweils eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Komponente des Getriebesystems zu verstehen.
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Die Antriebswelle ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebesystem entweder permanent mit einer Anschlusswelle gekoppelt oder kann mit dieser Anschlusswelle gekoppelt werden. Dabei ist die Anschlusswelle dafür vorgesehen, im verbauten Zustand des Getriebesystems in einem Antriebsstrang eine antriebsseitige Koppelung zu einer Antriebsmaschine herzustellen. Zu diesem Zweck ist die Anschlusswelle insbesondere mit einer Anschlussstelle ausgestattet, an welcher eine Koppelung der Antriebswelle mit der Antriebsmaschine ausgebildet werden kann. Dabei liegt diese Koppelung zwischen der Antriebsmaschine und der Anschlusswelle insbesondere in der Form vor, dass im verbauten Zustand des Getriebesystems zwischen einer Drehzahl der Anschlusswelle und einer Drehzahl der Antriebsmaschine stets ein festes Verhältnis vorherrscht. Im Rahmen der Erfindung kann dabei zwischen der Anschlusswelle und der Antriebsmaschine ggf. noch mindestens eine weitere Übersetzungsstufe, wie beispielsweise eine Stirnradstufe und/oder eine Planetenstufe, vorgesehen sein, über welche eine Vorübersetzung einer Drehbewegung der Antriebsmaschine auf die Anschlusswelle darstellbar ist. Besonders bevorzugt erfolgt aber an der Anschlusswelle eine drehfeste Anbindung der Antriebsmaschine, so dass die Anschlusswelle und die Antriebsmaschine im Betrieb unter derselben Drehzahl laufen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebesystem sind zwei Summierstufen vorgesehen, an welchen jeweils die mit der Anschlusswelle gekoppelte oder koppelbare Antriebswelle, eine Nullwelle und je eine Abtriebswelle miteinander gekoppelt sind. Dabei findet an der einzelnen Summierstufe eine Überlagerung einer Drehbewegung der Antriebswelle mit einer Drehbewegung der Nullwelle statt und wird in eine entsprechende Drehbewegung der jeweiligen Abtriebswelle umgesetzt. Dementsprechend ist das erfindungsgemäße Getriebesystem nach Art eines Überlagerungslenkgetriebes konzipiert, bei welchem Lenkfunktionen durch Überlagerung einer Antriebsbewegung der Antriebswelle mit einer Lenkbewegung der Nullwelle dargestellt werden können. Die einzelne Summierstufe ist hierbei bevorzugt als Umlaufrädergetriebe und hierbei insbesondere als Planetengetriebe ausgeführt.
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Die Abtriebswellen des Getriebesystems sind insbesondere jeweils für die Anbindung je eines Kettenantriebsrades vorgesehen, bei welchem es sich bevorzugt jeweils um ein Gleiskettenantriebsrad handelt. Dabei wird die jeweilige Abtriebswelle weiter bevorzugt im verbauten Zustand des Getriebesystems direkt drehfest mit dem zugehörigen Kettenantriebsrad verbunden.
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Innerhalb des erfindungsgemäßen Getriebesystems ist neben der Antriebswelle auch die Nullwelle permanent mit beiden Summierstufen gekoppelt. Während die Antriebswelle dabei einer Einleitung einer Antriebsbewegung in die Summierstufen dient, ist die Nullwelle für eine Einleitung einer Lenkbewegung vorgesehen, mit welcher die Antriebsbewegung der Antriebswelle an der einzelnen Summierstufe überlagert wird. Wird eine Geradeausfahrt eines das Getriebesystem aufweisenden Kettenfahrzeugs dargestellt, so steht die Nullwelle still und ist aufgrund der beiderseitigen Koppelung mit den Summierstufen drehmomentfrei. Besonders bevorzugt wird die Nullwelle bei Geradeausfahrt dabei gezielt festgesetzt, um auch bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen an Antriebsketten ungewollte Drehbewegungen der Nullwelle und damit auch Bewegungen des Kettenfahrzeugs um die Hochachse zu verhindern. Um hingegen eine Kurvenfahrt des Kettenfahrzeugs oder sogar ein Wenden auf der Stelle zu realisieren, wird die Nullwelle mit einer entsprechenden Drehrichtung in Drehbewegung versetzt und dadurch eine Überlagerung der Antriebsbewegung der Antriebswelle an beiden Summierstufen bewirkt. Je nach Drehzahl der Nullwelle kommt es hierdurch zu entsprechend starken Drehzahlunterschieden zwischen den Abtriebswellen, was in einer Kurvenfahrt des Kettenfahrzeugs resultiert. Bei stehender Antriebswelle rotieren die Antriebsketten mit gleicher Drehzahl gegensinnig, so dass das Kettenfahrzeug um die Hochachse auf der Stelle wendet (Pivot).
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Darüber hinaus ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebesystems eine Lenksummierstufe vorgesehen, die eine erste Welle, eine zweite Welle und eine dritte Welle miteinander koppelt. Diese Lenksummierstufe ist dabei für eine Leistungsverzweigung bei der Übertragung einer Drehbewegung auf die Nullwelle vorgesehen. Von den über die Lenksummierstufe gekoppelten Wellen ist die erste Welle dabei mit einer ersten Teileinheit eines Variators des Getriebesystems gekoppelt, so dass zwischen der ersten Teileinheit des Variators und der ersten Welle ein festes Drehzahlverhältnis vorherrscht.
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Teil des erfindungsgemäßen Getriebesystems ist zudem ein Variator, welcher sich aus einer ersten Teileinheit und einer zweiten Teileinheit zusammensetzt. Dabei ist im Sinne der Erfindung unter einem „Variator“ eine Einheit zu verstehen, welche durch die beiden Teileinheiten gebildet ist. Die einzelne Teileinheit des Variators kann dabei durch entsprechende Regelung als in den mechanischen Teil des Getriebesystems Leistung abgebende Komponente und/oder als aus dem mechanischen Teil des Getriebesystems Leistung entnehmende Komponente betrieben werden kann. Dabei kann eine Leistungsabgabe bzw. Leistungsaufnahme bei einem der Teileinheiten bevorzugt aber bei beiden Teileinheiten stufenlos verstellt werden.
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Besonders bevorzugt können die beiden Teileinheiten jeweils in beiden Betriebsarten betrieben werden, nämlich einerseits in der ersten Betriebsart, in welcher durch die jeweilige Teileinheit des Variators eine Leistung abgegeben wird, sowie andererseits in der zweiten Betriebsart, in der durch die jeweilige Teileinheit des Variators Leistung aufgenommen wird. Die beiden Teileinheiten sind insbesondere zudem unmittelbar oder mittelbar miteinander gekoppelt, um die über die eine Teileinheit aus dem mechanischen Teil des Getriebesystems entnommene Leistung seitens der anderen Teileinheit ganz oder teilweise wieder in den mechanischen Teil des Getriebesystems einspeisen zu können. Je nach konkreter Ausführung der Teileinheiten, können diese auch als Wandler vorliegen, bei welchen in Abhängigkeit der Betriebsart mechanische Energie in eine anderweitige Energie (z.B. hydraulisch, elektrisch) oder umgekehrt umgesetzt wird.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die zweite Welle mit der Anschlusswelle in Verbindung steht und die dritte Welle mit der zweiten Teileinheit gekoppelt ist. Des Weiteren kann die dritte Welle über eine erste Schaltkupplung unter Darstellung einer gleichen Drehrichtung sowie mittels einer zweiten Schaltkupplung unter Darstellung einer entgegengesetzten Drehrichtung jeweils mit der Nullwelle gekoppelt werden. Mit anderen Worten ist also von den dreien, über die Lenksummierstufe gekoppelten Wellen die zweite Welle permanent mit der Anschlusswelle gekoppelt, die innerhalb eines Kettenfahrzeugantriebsstranges der Verbindung mit der Antriebsmaschine dient. Die noch verbleibende, dritte Welle ist hingegen ständig mit der zweiten Teileinheit des Variators gekoppelt, wobei die dritte Welle zudem über zwei Schaltkupplungen unterschiedlich mit der Nullwelle koppelbar ist. Dabei wird bei Betätigung der ersten Schaltkupplung eine gleiche Drehrichtung der dritten Welle und der Nullwelle herbeigeführt, während eine Betätigung der zweiten Schaltkupplung eine entgegengesetzte Drehrichtung von Nullwelle und dritter Welle zur Folge hat.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Getriebesystems hat dabei den Vorteil, dass durch die Koppelung der zweiten Teileinheit des Variators mit der dritten Welle und damit ausgangsseitig der Lenksummierstufe bei Übertragung einer Drehbewegung auf die Nullwelle der Variator mit einer niedrigeren Leistung ausgeführt werden kann. Denn durch diese ausgangsseitige Anbindung der zweiten Teileinheit des Variators sind bei der Darstellung von Drehbewegungen an der Nullwelle niedrigere Antriebsleistungen der Teileinheiten des Variators notwendig, so dass die Teileinheiten und damit auch der Variator insgesamt kleiner bauend ausgeführt werden kann. Dies reduziert zum einen den Herstellungsaufwand und steigert zum anderen auch den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Getriebesystems. Aufgrund der Einbindung der Wellen an der Lenksummierstufe und die unterschiedlichen Koppelungsmöglichkeiten der dritten Welle über die beiden Schaltkupplungen mit der Nullwelle können Kurvenfahrten dabei zuverlässig realisiert werden. Insgesamt lässt sich also ein Getriebesystem als Überlagerungslenkgetriebe mit einem guten Wirkungsgrad verwirklichen.
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Hingegen ist die eine Teileinheit des Variators bei dem Getriebesystem der
DE 10 2020 204 217 A1 eingangsseitig der Lenksummierstufe angeordnet, indem die Teileinheit permanent mit der Anschlusswelle und damit im verbauten Zustand des Getriebesystems auch mit der hier angeordneten Antriebsmaschine gekoppelt ist. Dies erfordert bei der Darstellung von Antriebsbewegungen der Nullwelle eine höhere Leistung der Teileinheiten und damit auch des Variators insgesamt.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung verbindet die erste Schaltkupplung bei Betätigung die dritte Welle und die Nullwelle drehfest miteinander, wobei die zweite Schaltkupplung bei Betätigung die Koppelung der dritten Welle mit der Nullwelle herbeiführt. In diesem Fall sorgt also die erste Schaltkupplung unmittelbar bei Betätigung für eine gleiche Drehrichtung der dritten Welle und der Nullwelle, indem die erste Schaltkupplung im betätigten Zustand die dritte Welle und die Nullwelle drehfest miteinander verbindet. Hingegen sorgt die zweite Schaltkupplung bei Betätigung für die Koppelung der dritten Welle mit der Nullwelle unter Darstellung einer entgegengesetzten Drehrichtung von Nullwelle und dritter Welle.
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Dabei kann das entsprechend der vorgenannten Ausführungsform ausgestaltete Getriebesystem im verbauten Zustand im Rahmen von Lenkfunktionen zur Darstellung von Kurvenfahrten eines Kettenfahrzeugs herangezogen werden. Hierbei wird eine Lenkfunktion in eine erste Richtung dadurch verwirklicht, dass die beiden Teileinheiten des Variators betrieben und die erste Schaltkupplung betätigt wird, wobei eine Lenkfunktion in eine zur ersten Richtung entgegengesetzten, zweiten Richtung durch Betrieb der beiden Teileinheiten und Betätigen der zweiten Schaltkupplung dargestellt wird. Von den Teileinheiten des Variators wird dabei bevorzugt eine Teileinheit als Leistungsaufnehmende Teileinheit und eine Teileinheit als Leistungsabgebende Teileinheit betrieben.
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Es ist eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Getriebesystems, dass zudem eine dritte Schaltkupplung vorgesehen ist, welche bei Betätigung die dritte Welle drehfest mit einer vierten Welle verbindet. Dabei kann die vierte Welle über die erste Schaltkupplung unter Darstellung der gleichen Drehrichtung sowie mittels der zweiten Schaltkupplung unter Darstellung der entgegengesetzten Drehrichtung jeweils mit der Nullwelle in Verbindung gebracht werden. Bei dieser Variante der Erfindung wird also bei Betätigung der ersten Schaltkupplung oder der zweiten Schaltkupplung nicht unmittelbar eine Koppelung der dritten Welle mit der Nullwelle herbeigeführt, sondern zwischen der dritten Welle und der Nullwelle ist noch eine vierte Welle vorgesehen, die einerseits über die dritte Schaltkupplung drehfest mit der dritten Welle verbunden werden kann sowie andererseits zum einen durch Betätigen der ersten Schaltkupplung sowie zum anderen durch Betätigen der zweiten Schaltkupplung jeweils mit der Nullwelle koppelbar ist. In vorteilhafter Weise kann bei diesem Aufbau des Getriebesystems der Variator neben der Realisierung von Kurvenfahrten des Kettenfahrzeugs auch gezielt für die Darstellung anderer Funktionen genutzt werden.
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Kurvenfahrten eines Kettenfahrzeugs können bei der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit dabei durch einen entsprechenden Betrieb des Getriebesystems dargestellt werden, wobei zur Darstellung einer Lenkfunktion in eine erste Richtung die beiden Teileinheiten des Variators betrieben sowie die erste Schaltkupplung und die dritte Schaltkupplung betätigt werden. Eine Lenkfunktion in eine hierzu entgegengesetzte, zweite Richtung wird hingegen dadurch realisiert, dass die beiden Teileinheiten des Variators betrieben sowie die zweite Schaltkupplung und die dritte Schaltkupplung betätigt werden.
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Die Schaltkupplungen des erfindungsgemäßen Getriebesystems sind bevorzugt im Einzelnen als kraftschlüssige Schaltkupplungen ausgebildet, wobei die einzelne Schaltkupplung hierbei insbesondere als Reibkupplung vorliegt. Weiter bevorzugt ist die jeweilige Reibkupplung dabei als nasslaufende Reibkupplung ausgeführt, wobei alternativ dazu auch eine Ausgestaltung als trockenlaufende Reibkupplung prinzipiell möglich wäre. Eine Ausführung der Schaltkupplungen als kraftschlüssige Kupplungen hat dabei den Vorteil, dass diese im Einzelnen auch unter Last sowie schlupfend betätigt werden können. Die erste Schaltkupplung und die zweite Schaltkupplung sowie die ggf. vorgesehene, dritte Schaltkupplung könnten im Rahmen der Erfindung aber auch jeweils als formschlüssige Kupplung ausgeführt und hierbei als unsynchronisierte Klauenkupplung oder als Sperrsynchronisation vorliegen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Wendestufe vorgesehen, über welche eine Kraftflussführung bei Darstellung der entgegengesetzten Drehrichtung bei Betätigung der zweiten Schaltkupplung stattfindet. In vorteilhafter Weise kann hierdurch die entgegengesetzte Drehrichtung der dritten Welle und der Nullwelle bei Betätigung der zweiten Schaltkupplung auf einfache Art und Weise verwirklicht werden. Gemäß einer ersten Variante ist die Wendestufe hierbei als Kegelradgetriebe ausgeführt, bei welchem mehrere Zwischenkegelräder vorgesehen sind, die im Einzelnen an einem stillstehenden Bauelement drehbar gelagert sind und jeweils mit zwei Kegelrädern im Zahneingriff stehen. Von den Kegelrädern ist dabei ein Kegelrad drehfest mit der Nullwelle verbunden, während das andere Kegelrad über die zweite Schaltkupplung mit der dritten Welle bzw. der vierten Welle gekoppelt werden kann.
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Entsprechend einer zweiten Variante der vorgenannten Weiterbildung ist die Wendestufe hingegen als Planetenradsatz ausgebildet, welcher ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element in Form eines Sonnenrades, eines Planetenstegs und eines Hohlrades aufweist. Von diesen Elementen ist hierbei das dritte Element ständig drehfest mit der Nullwelle verbunden und das zweite Element permanent festgesetzt, während das erste Element über die zweite Schaltkupplung mit der dritten Welle bzw. der vierten Welle gekoppelt werden kann. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem dritten Element dabei um den Planetensteg, in welchem mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert ist. Von den Planetenrädern des mindestens einen Planetenradpaares steht dabei ein Planetenrad mit dem ersten Element in Form des Sonnenrades und ein Planetenrad mit dem zweiten Element in Form des Hohlrades jeweils im Zahneingriff, wobei die Planetenräder des mindestens einen Planetenradpaares zudem untereinander kämmen. Insofern ist der Planetenradsatz in diesem Fall als Plusplanetensatz ausgeführt.
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Alternativ dazu könnte jedoch auch ein die Wendestufe bildender Planetenradsatz als Minusplanetensatz ausgestaltet sein, wobei dann im Vergleich zu der Ausführung als Plusplanetensatz die Planetensteg- und Hohlradanbindung miteinander zu tauschen sowie eine Standübersetzung um 1 zu reduzieren ist. Insofern würde in diesem Fall das zweite Element der Wendestufe durch den Planetensteg und das dritte Element der Wendestufe durch das Hohlrad gebildet. In dem Planetensteg wäre in diesem Fall zudem mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert, welches sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass die zweite Teileinheit des Variators mit der dritten Welle über mindestens eine Übersetzungsstufe gekoppelt ist. Insofern können die dritte Welle und ein rotierbarer Teil der zweiten Teileinheit nicht unabhängig voneinander rotieren, sondern eine Rotation der dritten Welle und des rotierbaren Teils der zweiten Teileinheit findet mit einem festen Drehzahlverhältnis statt. Besonders bevorzugt ist diese Koppelung dabei über eine Planetenstufe verwirklicht, die sich aus einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element in Form eines Sonnenrades, eines Hohlrades und eines Planetenstegs zusammensetzt.
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Insbesondere ist das erste Element dabei drehfest mit der zweiten Teileinheit verbunden, das zweite Element drehfest mit der dritten Welle verbunden sowie das dritte Element permanent festgesetzt. Weiter bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Element dabei um das Sonnenrad, bei dem zweiten Element um den Planetensteg und bei dem dritten Element um das Hohlrad, wobei in dem Planetensteg mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert ist, welches sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht. Dementsprechend ist die Planetenstufe in diesem Fall als Minusplanetensatz ausgeführt, wobei im Rahmen der Erfindung prinzipiell auch eine Ausgestaltung als Plus-Planetensatz denkbar wäre, wobei in diesem Fall die Hohlrad- und Planetensteganbindung zu tauschen sowie eine Standübersetzung um 1 zu erhöhen wäre. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist bei einem Plus-Planetensatz im Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von denen ein Planetenrad mit dem Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht, wobei die Planetenräder des mindestens einen Planetenradpaares zudem untereinander kämmen. Des Weiteren könnte prinzipiell auch eine drehfeste Verbindung zwischen der dritten Welle und der zweiten Teileinheit des Variators vorliegen. Zudem könnte es sich bei der mindestens einen Übersetzungsstufe auch um eine Stirnradstufe handeln, die hierbei ggf. auch mit einer vorgenannten Planetenstufe kombiniert sein kann.
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Alternativ oder ergänzend dazu ist die erste Teileinheit des Variators drehfest mit der ersten Welle verbunden. In diesem Fall besteht also zwischen der ersten Teileinheiten des Variators und der ersten Welle eine permanent drehfeste Verbindung, so dass die erste Welle und ein rotierbarer Teil der ersten Teileinheit stets mit derselben Drehzahl rotieren. Im Sinne der Erfindung könnte allerdings auch zwischen der ersten Teileinheit des Variators und der ersten Welle mindestens eine Übersetzungsstufe vorgesehen sein welche dabei als Planetenstufe und/oder als Stirnradstufe vorliegen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist die jeweilige Summierstufe und/oder die Lenksummierstufe als je ein Planetenradsatz ausgeführt, welcher je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades aufweist.
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Besonders bevorzugt sind dabei sowohl die beiden Summierstufen als auch die Lenksummierstufe jeweils als ein derartiger Planetenradsatz ausgestaltet. Insbesondere liegt der jeweilige Planetenradsatz dabei als Minusplanetensatz vor, bei welchem in dem jeweiligen Planetensteg mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert ist, wobei das mindestens eine Planetenrad dann sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht. In diesem Fall handelt es sich dann bei dem jeweiligen ersten Element um das jeweilige Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element um den jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element das jeweilige Hohlrad.
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Ebenso gut könnte der jeweilige Planetenradsatz aber auch als Plusplanetensatz vorliegen, bei welchem in dem jeweiligen Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert ist. Von den Planetenrädern des mindestens einen Planetenradpaares steht dabei ein Planetenrad mit dem jeweiligen Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff, wobei die Planetenräder des mindestens einen Planetenradpaares zudem untereinander kämmen. Bei Ausführung als Plusplanetensatz handelt es sich dann bei dem jeweiligen ersten Element um das jeweilige Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element um das jeweilige Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element um den jeweiligen Planetensteg.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit ist bei den Summierstufen das jeweilige erste Element mit der Nullwelle, das jeweilige zweite Element mit der je zugehörigen Abtriebswelle sowie das jeweilige dritte Element mit der Antriebswelle gekoppelt. Besonders bevorzugt ist dabei die Antriebswelle drehfest mit dem jeweiligen dritten Element verbunden. Alternativ, bevorzugt aber ergänzend dazu steht auch die jeweilige Abtriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes in Verbindung.
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Gemäß einer alternativen, bevorzugt aber ergänzenden Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit ist bei der Lenksummierstufe das erste Element drehfest mit der ersten Welle, das zweite Element drehfest mit der zweiten Welle und das dritte Element drehfest mit der dritten Welle verbunden. Dementsprechend rotieren das erste Element und die erste Welle, das zweite Element und die zweite Welle sowie das dritte Element und die dritte Welle stets jeweils gemeinsam. Im Rahmen der Erfindung wäre es aber prinzipiell auch denkbar, zwischen der jeweiligen Welle und dem je zugehörigen Element der Lenksummierstufe mindestens je eine zugehörige Übersetzungsstufe vorzusehen.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die Koppelung der Nullwelle mit der zweiten Summierstufe mit einem Zahneingriff mehr vorgenommen, als die Koppelung der Nullwelle mit der ersten Summierstufe. Hierdurch kann eine an der Nullwelle eingeleitete Antriebsbewegung zu den Summierstufen hin in zueinander entgegengesetzte Drehbewegungen umgesetzt werden, so dass eine zentral an der Nullwelle eingeleitete Lenkbewegung auch zueinander entgegengesetzte Drehbewegungen der Abtriebswellen nach sich zieht. Bevorzugt ist die Nullwelle dabei auf Seiten der einen Summierstufe an einer Verzahnung über ein Zwischenrad mit einer Verzahnung der Summierstufe gekoppelt, während auf Seiten der anderen Summierstufe zwei Zwischenräder zwischen einer Verzahnung der Nullwelle und einer Verzahnung dieser Summierstufe vorgesehen sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind die beiden Teileinheiten des Variators als Elektromaschinen ausgeführt, wobei die Elektromaschinen jeweils zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden können. Bevorzugt sind die beiden Elektromaschinen dabei in einem Stromkreis miteinander gekoppelt, in welchem insbesondere auch ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen ist.
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Bei Ausführung der Teileinheiten des Variators als Elektromaschinen in Kombination mit der Ausgestaltung, bei welcher die dritte Welle über die erste Schaltkupplung direkt drehfest mit der Nullwelle verbunden werden kann, kann eine Startfunktion einer Antriebsmaschine des Kettenfahrzeugs durchgeführt werden, indem die die erste Teileinheit des Variators bildende Elektromaschine als Elektromotor betrieben und zudem die erste Schaltkupplung und die zweite Schaltkupplung betätigt werden. Hierdurch kann eine Antriebsbewegung der Elektromaschine über die erste Welle bei festgesetzter, dritter Welle auf die zweite Welle und damit zu der Anschlusswelle übertragen werden, wodurch auch die hieran angebundene Antriebsmaschine angetrieben wird. Dies wird insbesondere dann realisiert, wenn diese Antriebsmaschine als Brennkraftmaschine ausgeführt ist. In gleicher Weise kann hierdurch auch ein Unterstützen der Antriebsmaschine bei Antrieb des Kettenfahrzeugs vorgenommen werden, indem eine entsprechende Antriebsleistung von der die erste Teileinheit des Variators bildenden Elektromaschine zu der Anschlusswelle geleitet wird. Hierbei kann die Antriebsmaschine neben einer Ausführung als Brennkraftmaschine auch als anderweitig gestaltete Antriebsmaschine vorliegen. Diese beiden Funktionen sind dabei stets realisierbar, sobald die dritte Welle festgesetzt ist. Letzteres kann hierbei theoretisch auch über die die zweite Teileinheit des Variators bildende Elektromaschine ohne Betätigen der ersten und der zweiten Schaltkupplung herbeigeführt werden.
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Bei der Ausführung des Getriebesystems, bei welcher die dritte Welle über eine dritte Schaltkupplung mit der vierten Welle verbunden werden kann, kann ebenfalls eine Startfunktion zum Starten einer Antriebsmaschine des Kettenfahrzeugs verwirklicht werden. Dazu wird die die erste Teileinheit des Variators bildende Elektromaschine als Elektromotor betrieben und zudem die erste Schaltkupplung, die zweite Schaltkupplung und die dritte Schaltkupplung betätigt. Auch hierdurch kann eine Antriebsbewegung der ersten Teileinheit über die erste Welle bei festgesetzter, dritter Welle auf die zweite Welle und damit zu der Anschlusswelle übertragen werden, wodurch die hieran angebundene Antriebsmaschine angetrieben wird, bei welcher es sich insbesondere um eine Brennkraftmaschine handelt. Alternativ dazu werden beide Teileinheiten des Variators in Form beider Elektromaschinen als Elektromotoren betrieben und die erste Schaltkupplung und die zweite Schaltkupplung betätigt, wobei weiter alternativ dazu ebenfalls eine Startfunktion realisierbar ist, indem beide, die Teileinheiten des Variators bildende Elektromaschinen als Elektromotoren im geöffneten Zustand der Schaltkupplungen betrieben werden. In beiden vorgenannten Fällen findet jeweils eine Leistungssummierung der Antriebsbewegungen der Elektromotoren an der Lenksummierstufe statt, was eine Drehbewegung der ersten Welle und damit auch einen Antrieb der Anschlusswelle und der hier angebundenen Antriebsmaschine zur Folge hat. Bei Betrieb der Antriebsmaschine können die vorgenannten Varianten im Einzelnen auch jeweils dazu genutzt werden, die Antriebsmaschine bei Antrieb des Kettenfahrzeugs zu unterstützen, indem über die die erste Teileinheit des Variators bildende Elektromaschine bzw. beide Elektromaschinen eine zusätzliche Antriebsleistung eingespeist wird. Erneut kann die Antriebsmaschine hierbei alternativ zu einer Ausführung als Brennkraftmaschine auch als anderweitig gestaltete Antriebsmaschine vorliegen.
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Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch alternativ zu einer Ausführung der beiden Teileinheiten des Variators als Elektromaschinen ebenfalls denkbar, die beiden Teileinheiten als Hydrostaten auszuführen. Diese Hydrostaten sind dabei hydraulisch miteinander verbunden, wobei insbesondere eine Teileinheit hierbei als Hydraulikpumpe und die andere Teileinheiten als Hydraulikmotor betrieben wird. Bevorzugt kann hierbei bei zumindest einer der Teileinheiten das Schluckvolumen verändert werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass beide Teileinheiten jeweils zum einen als Hydraulikpumpe sowie zum anderen als Hydraulikmotor mit jeweils veränderlichen Schluckvolumen betreibbar sind.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebswelle mit einem Getriebeausgang eines Übersetzungsgetriebes verbunden, dessen Getriebeeingang mit der Anschlusswelle gekoppelt ist oder gekoppelt werden kann. Hierdurch kann eine an der Anschlusswelle eingeleitete Antriebsbewegung mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen auf die Antriebswelle übertragen werden. Besonders bevorzugt ist das Übersetzungsgetriebe hierbei als Stufengetriebe ausgeführt, bei welchem unterschiedliche Gänge gezielt geschaltet werden können. Weiter bevorzugt ist der Getriebeeingang des Übersetzungsgetriebes dabei als Getriebeeingangswelle ausgeführt und über eine Anfahreinrichtung mit der Anschlusswelle koppelbar, wobei diese Anfahreinrichtung hierbei bevorzugt als hydrodynamischer Drehmomentwandler vorliegt.
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Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Kettenfahrzeugantriebsstrang, in welchem eine Antriebsmaschine und ein Getriebesystem nach einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten vorgesehen ist. Hierdurch kann ein Kettenfahrzeugantriebsstrang mit einem kompakten Aufbau und einem guten Wirkungsgrad verwirklicht werden. Bevorzugt ist an einer Anschlussstelle der Anschlusswelle als Antriebsmaschine dabei als Antriebsmaschine eine Brennkraftmaschine angeschlossen.
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Ein vorgenannte Kettenfahrzeugantriebsstrang ist hierbei bevorzugt bei einem Kettenfahrzeug vorgesehen, bei welchem es sich insbesondere um ein militärisches Kettenfahrzeug, wie beispielsweise einen Panzer, handelt. Alternativ dazu kann es sich bei dem Kettenfahrzeug aber auch um eine Baumaschine handeln.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht eines Kettenfahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kettenfahrzeugantriebsstranges entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Betriebsmodi des Kettenfahrzeugantriebsstranges aus 2;
- 4 eine schematische Ansicht eines Kettenfahrzeugantriebsstranges gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
- 5 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Betriebsmodi des Kettenfahrzeugantriebsstranges aus 4.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kettenfahrzeugs 1, bei welchem es sich um ein Arbeitsfahrzeug, wie eine Baumaschine, oder auch um ein Militärfahrzeug handeln kann. Das Kettenfahrzeug 1 umfasst einen Fahrzeugaufbau 2 sowie zwei Kettenlaufwerke 3 und 4, von welchen das Kettenlaufwerk 3 in Frontrichtung des Kettenfahrzeugs 1 auf einer rechten Seite des Fahrzeugaufbaus 2 und das Kettenlaufwerk 4 auf einer linken Seite des Fahrzeugaufbaus 2 vorgesehen sind. Die beiden Kettenlaufwerk 3 und 4 umfassen dabei jeweils je eine - vorliegend nur jeweils angedeutete - Antriebskette 5 bzw. 6. Dabei können die Antriebsketten 5 und 6 jeweils über je ein zugehöriges Antriebskettenrad 7 bzw. 8 angetrieben werden, wobei die Antriebskettenräder 7 und 8 Teil eines Kettenfahrzeugantriebsstranges 9 sind, welcher in 1 lediglich angedeutet ist.
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Aus 2 geht eine schematische Ansicht des Kettenfahrzeugantriebsstranges 9 hervor, welcher hierbei entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Dabei umfasst der Kettenfahrzeugantriebsstrang 9 eine Antriebsmaschine 10 in Form einer Brennkraftmaschine, einen Variator 11 sowie ein Getriebesystems 12, welches gemäß einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ausgebildet ist. Der Variator 11 ist hierbei durch eine erste Teileinheit 13 und eine zweite Teileinheit 14 gebildet, die jeweils als je eine Elektromaschine 15 bzw. 16 ausgestaltet sind. Dabei setzt sich die jeweilige Elektromaschine 15 bzw. 16 aus je einem Stator 17 bzw. 18 und je einem Rotor 19 bzw. 20 zusammen und kann zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden.
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Das Getriebesystem 12 ist nach Art eines Überlagerungslenkgetriebes konzipiert und umfasst eine Antriebswelle 21, welche drehfest mit einem Getriebeausgang 22 eines Übersetzungsgetriebes 23 verbunden ist. Das Übersetzungsgetriebe 23 ist hierbei vorliegend nur schematisch dargestellt und bevorzugt als Stufengetriebe ausgebildet, in welchem unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen dem Getriebeausgang 22 und einer Getriebeeingangswelle 24 des Übersetzungsgetriebes 23 geschaltet werden können. Die Getriebeeingangswelle 24 bildet einen Getriebeeingang des Übersetzungsgetriebes 23 und kann über eine zwischenliegende Anfahreinrichtung 25 mit einer Anschlusswelle 26 gekoppelt werden, an welcher eine drehfeste Verbindung zu der Antriebsmaschine 10 hergestellt ist.
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Wie in 2 zu erkennen ist, ist die Anfahreinrichtung 25 vorliegend als hydrodynamischer Drehmomentwandler 27 ausgestaltet, welcher sich aus einem Pumpenrad 28, einem Turbinenrad 29 und einem Leitrad 30 zusammensetzt. Der hydrodynamische Drehmomentwandler 27 ist im vorliegenden Fall als Trilok-Wandler ausgebildet, indem das Leitrad 30 über einen Freilauf 31 mit einem permanent festgesetzten Bauelement 32 verbunden ist, bei welchem es sich insbesondere um ein Getriebegehäuse des Getriebesystems 12 oder einen Teil eines derartigen Getriebegehäuses handelt. Während das Turbinenrad 29 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 24 verbunden ist, steht das Pumpenrad 28 drehfest mit einer Zwischenwelle 33 in Verbindung. Dabei kann dieser Zwischenwelle 33 über eine Wandlerüberbrückungskupplung 34 drehfest und unter Umgehung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 27 mit der Getriebeeingangswelle 24 verbunden werden.
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Ferner trägt die Zwischenwelle 33 unter anderem ein Kegelrad 35 einer Kegelradstufe 36, in welcher das Kegelrad 35 mit einem Kegelrad 37 kämmt. Das Kegelrad 37 ist dabei drehfest auf einer weiteren Zwischenwelle 38 angeordnet, auf welcher neben dem Kegelrad 37 auch noch ein Kegelrad 39 einer Kegelradstufe 40 drehfest platziert ist. Die Kegelradstufe 40 umfasst dabei neben dem Kegelrad 39 noch ein weiteres Kegelrad 41, welches mit dem Kegelrad 39 im Zahneingriff steht und drehfest auf der Anschlusswelle 26 platziert ist. Insofern ist die Zwischenwelle 33 permanent mit der Anschlusswelle 26 und damit auch mit der Antriebsmaschine 10 gekoppelt.
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Neben dem Getriebeausgang 22 steht die Antriebswelle 21 noch mit zwei Summierstufen 42 und 43 in Verbindung, wobei die Antriebswelle 21 an der Summierstufe 42 mit dem Antriebskettenrad 7 und einer Nullwelle 44 sowie an der Summierstufe 43 mit dem Antriebskettenrad 8 und der Nullwelle 44 jeweils gekoppelt ist. An der einzelnen Summierstufe 42 bzw. 43 kann dabei eine Drehbewegung der Antriebswelle 21 mit einer Drehbewegung der Nullwelle 44 überlagert werden. Dabei ist die einzelne Summierstufe 42 bzw. 43 als ein jeweiliger Planetenradsatz ausgestaltet, welcher sich aus je einem ersten Element 45 bzw. 46, je einem zweiten Element 47 bzw. 48 und je einem dritten Element 49 bzw. 50 zusammensetzt.
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Vorliegend handelt es sich dabei bei dem jeweiligen ersten Element 45 bzw. 46 der jeweiligen Summierstufen 42 bzw. 43 um ein jeweiliges Sonnenrad, während das jeweilige zweite Element 47 bzw. 48 der jeweiligen Summierstufen 42 bzw. 43 als ein jeweiliger Planetensteg und das jeweilige dritte Element 49 bzw. 50 der jeweiligen Summierstufen 42 bzw. 43 als ein jeweiliges Hohlrad ausgestaltet ist. Der jeweilige Planetensteg führt dabei jeweils mehrere Planetenräder, die im Einzelnen sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff stehen. Insofern sind die die Summierstufen 42 und 43 bildenden Planetenradsätze vorliegend als Minus-Planetensätze ausgeführt.
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Wie in 2 zu erkennen ist, ist die Antriebswelle 21 sowohl drehfest mit dem dritten Element 49 der Summierstufe 42, als auch drehfest mit dem dritten Element 50 der Summierstufe 43 verbunden, wozu die Antriebswelle 21 axial zwischen den beiden Summierstufen 42 und 43 verläuft und hierbei als Vollwelle axial sowie radial innenliegend durch das Übersetzungsgetriebe 23, die Zwischenwelle 33 und den hydrodynamischen Drehmomentwandler 27 hindurchgeführt ist. Bei der Summierstufe 42 ist das zweite Element 47 über eine Abtriebswelle 51 drehfest mit dem Antriebskettenrad 7 verbunden, während bei der Summierstufe 43 das zweite Element 48 über eine Abtriebswelle 52 drehfest mit dem Antriebskettenrad 8 in Verbindung steht. Ferner ist das jeweils noch verbleibende, erste Element 45 bzw. 46 der jeweiligen Summierstufe 42 bzw. 43 jeweils permanent mit der Nullwelle 44 gekoppelt.
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Dabei ist bei der Summierstufe 42 das erste Element 45 drehfest mit einem Stirnrad 53 verbunden, welches mit einem Zwischenrad 54 im Zahneingriff steht. Das Zwischenrad 54 ist hierbei ortsfest drehbar gelagert und kämmt neben dem Zahneingriff mit dem Stirnrad 53 zudem permanent mit einem Stirnrad 55, welches drehfest auf der Nullwelle 44 angeordnet ist. Auch bei der Summierstufe 43 steht das erste Element 46 ständig drehfest mit einem Stirnrad 56 in Verbindung, wobei dieses Stirnrad 56 mit einem Zwischenrad 57 kämmt, welches ortsfest drehbar gelagert ist. Hierbei steht mit dem Zwischenrad 57 neben dem Stirnrad 56 noch ein weiteres Zwischenrad 58 ständig im Zahneingriff, welches ebenfalls ortsfest drehbar gelagert ist und zusätzlich mit einem Stirnrad 59 kämmt. Das Stirnrad 59 ist drehfest auf der Nullwelle 44 angeordnet.
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Eine Koppelung der Nullwelle 44 mit der Summierstufe 43 ist somit mit einem Zahneingriff mehr realisiert, als dies bei der Koppelung der Nullwelle 44 mit der Summierstufe 42 der Fall ist. Dies hat zur Folge, dass eine Drehbewegung der Nullwelle 44 bei der Summierstufe 42 in eine gleichgerichtete Drehbewegung des ersten Elements 45 umgesetzt wird, während dies bei der Summierstufe 43 eine entgegengesetzte Drehbewegung des ersten Elements 46 der Summierstufe 43 nach sich zieht.
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Dabei wird die Drehbewegung der Nullwelle 44 mit einander entsprechenden Übersetzungsverhältnissen auf die Elemente 45 und 46 der Summierstufen 42 und 43 übertragen. Insgesamt bewirkt dementsprechend eine Drehbewegung der Nullwelle 44 Drehbewegungen der ersten Elemente 45 und 46, wobei die Drehbewegungen der ersten Elemente 45 und 46 hierbei entgegengesetzt orientiert zueinander ausgeführt werden. Dies hat dementsprechend je nach Drehrichtung der Nullwelle 44 und im Zuge einer Überlagerung einer Drehbewegung der Antriebswelle 21 an der einen Summierstufe 42 oder 43 eine Verstärkung der Drehbewegung der Antriebswelle 21 sowie an der anderen Summierstufe 43 oder 42 eine Verminderung der Drehbewegung der Antriebswelle 21 zur Folge. Dies resultiert insgesamt in unterschiedlichen Drehbewegungen der Antriebskettenräder 7 und 8 und damit auch in unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Antriebsketten 5 und 6. Somit kann durch Drehbewegung der Nullwelle 44 eine entsprechende Kurvenfahrt des Kettenfahrzeugs 1 bzw. bei stehender Antriebswelle 21 auch ein Wenden auf der Stelle (Pivot) verwirklicht werden.
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Für die Einleitung einer Drehbewegung der Nullwelle 44 ist bei dem Getriebesystem 12 des Kettenfahrzeugantriebsstranges 9 zudem eine Lenksummierstufe 60 vorgesehen. Auch die Lenksummierstufe 60 ist dabei als Planetenradsatz gestaltet, welcher ein erstes Element 61, ein zweites Element 62 und ein drittes Element 63 in Form eines Sonnenrades, eines Planetenstegs und eines Hohlrades aufweist. Dabei handelt es sich bei dem zweiten Element 62 um den Planetensteg, welche mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt. Die Planetenräder stehen dabei im Einzelnen sowohl mit dem ersten Element 61 in Form des Sonnenrades, als auch mit dem dritten Element 63 in Form des Hohlrades im Zahneingriff. Dementsprechend ist die Lenksummierstufe 60 vorliegend als Minus-Planetensatz ausgestaltet.
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An der Lenksummierstufe 60 sind drei Wellen 64, 65 und 66 miteinander gekoppelt, die als Hohlwellen jeweils koaxial zu der radial innenliegenden Nullwelle 44 angeordnet sind. Dabei ist die erste Welle 64 drehfest mit dem ersten Element 61 der Lenksummierstufe 60 verbunden, wohingegen die zweite Welle 65 ständig drehfest mit dem zweiten Element 62 und die dritte Welle 66 ständig drehfest mit dem dritten Element 63 in Verbindung steht. Die erste Welle 64 ist dabei neben dem ersten Element 61 auch ständig drehfest mit dem Rotor 19 der Elektromaschine 15 verbunden, so dass auch das erste Element 61 der Lenksummierstufe 60 und der Rotor 19 stets mit derselben Drehzahl rotieren.
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Wie in 2 zu erkennen ist, ist auf der zweiten Welle 65 ein Stirnrad 67 drehfest angeordnet, welches in einer Stirnradstufe 68 ständig mit einem Zwischenrad 69 im Zahneingriff steht. Das Zwischenrad 69 ist dabei zudem auch Teil einer Stirnradstufe 70, in welcher das Zwischenrad 69 mit einem Stirnrad 71 kämmt. Dieses Stirnrad 71 ist hierbei drehfest auf der Zwischenwelle 33 angeordnet, so dass die zweite Welle 65 über die Stirnradstufen 68 und 70 permanent mit der Zwischenwelle 33 und damit im Weiteren auch über die Kegelradstufen 36 und 40 ständig mit der Antriebsmaschine 10 gekoppelt ist.
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Die dritte Welle 66 ist permanent mit der Elektromaschine 16 gekoppelt, wobei diese Koppelung hierbei über eine zwischenliegende Übersetzungsstufe 72 in Form einer Planetenstufe 73 vollzogen ist. Dabei setzt sich die Planetenstufe 73 aus einem Sonnenrad 74, einem Planetensteg 75 und einem Hohlrad 76 zusammen, von welchen das Sonnenrad 74 drehfest mit dem Rotor 20 der Elektromaschine 16 verbunden ist und der Planetensteg 75 drehfest mit der dritten Welle 66 in Verbindung steht, während das Hohlrad 76 permanent an dem Bauelement 32 festgesetzt ist. Dementsprechend koppelt die Planetenstufe 73 den Rotor 20 der Elektromaschine 16 permanent mit der dritten Welle 64 unter Darstellung eines festen Übersetzungsverhältnisses.
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Wie zudem in 2 zu erkennen ist, kann die dritte Welle 66 über eine Schaltkupplung KR drehfest mit der Nullwelle 44 verbunden werden, wobei die Schaltkupplung KR hierbei als kraftschlüssige Schaltkupplung in Form einer nasslaufenden Lamellenkupplung ausgestaltet ist. Ferner ist noch eine Schaltkupplung KL vorgesehen, welche in einem betätigten Zustand die dritte Welle 66 drehfest mit einer Zwischenwelle 77 verbindet, die stirnseitig der dritten Welle 66 angeordnet ist und als Hohlwelle koaxial zu der Nullwelle 44 und der dritten Welle 66 verläuft. Auch die Schaltkupplung KL ist hierbei als kraftschlüssige Schaltkupplung in Form einer nasslaufenden Lamellenkupplung ausgeführt.
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Die Zwischenwelle 77 ist mit der Nullwelle 44 dabei permanent über eine Wendestufe 78 gekoppelt, welche vorliegend als Kegelradgetriebe ausgestaltet ist. So setzt sich die Wendestufe 78 aus zwei Kegelrädern 79 und 80 sowie mehreren Zwischenkegelrädern 81 zusammen, wobei das eine Kegelrad 79 drehfest auf der Zwischenwelle 77 und das andere Kegelrad 80 drehfest auf der Nullwelle 44 platziert ist. Die Zwischenkegelräder 81 sind ortsfest drehbar an dem Bauelement 33 gelagert und stehen im Einzelnen mit beiden Kegelrädern 79 und 80 im Zahneingriff, wobei eine Drehbewegung der Zwischenwelle 77 dabei in eine entgegengerichtete Drehbewegung der Nullwelle 44 umgesetzt wird. Insofern wird bei Betätigung der Schaltkupplung KL eine zur Drehrichtung der dritten Welle 66 entgegengesetzte Drehrichtung der Nullwelle 44 hervorgerufen.
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In 3 sind des Weiteren unterschiedliche Betriebsmodi I bis IV des Kettenfahrzeugantriebsstranges 9 aus 2 tabellarisch dargestellt. Dabei ist in der Tabelle in 3 für den einzelnen Betriebsmodus jeweils gekennzeichnet, welche der Schaltkupplungen KR und KL betätigt und welche der Elektromaschinen 15 und 16 betrieben werden.
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In einem ersten Betriebsmodus I wird eine Geradeausfahrt des Kettenfahrzeugs 1 realisiert, indem von der Antriebsmaschine 10 eine Antriebsleistung auf die Antriebskettenräder 7 und 8 übertragen wird. Zu diesem Zweck ist die Antriebsmaschine 10 über den hydrodynamischen Drehmomentwandler 27 mit der Getriebeeingangswelle 24 gekoppelt, wobei innerhalb des Übersetzungsgetriebes 23 ein jeweiliger Gang geschaltet und damit eine Übersetzung von der Getriebeeingangswelle 24 auf die Antriebswelle 21 stattfindet. Die Nullwelle 44 steht still, was dementsprechend auch einen Stillstand der Elemente 45 und 46 der Summierstufen 42 und 43 zur Folge hat. Der Stillstand der Nullwelle 44 wird vorliegend durch das gleichzeitige Betätigen der beiden Schaltkupplungen KR und KL bewirkt.
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Hingegen kann in einem zweiten Betriebsmodus II zum einen ein Starten der Antriebsmaschine 10 über die Elektromaschine 15 vorgenommen werden, indem erneut die beiden Schaltkupplungen KR und KL betätigt und die Elektromaschine 15 als Elektromotor betrieben wird. Dadurch ist neben der Nullwelle 44 auch die dritte Welle 66 festgesetzt, so dass eine über die Elektromaschine 15 an der ersten Welle 64 hervorgerufene Antriebsbewegung über die Lenksummierstufe 60 auf die zweite Welle 65 übersetzt und im Weiteren dann auch zur Zwischenwelle 33 sowie der hiermit permanent gekoppelten Antriebsmaschine 10 übertragen wird. Hierdurch kann die als Brennkraftmaschine ausgeführte Antriebsmaschine 10 gestartet werden. Zum anderen kann hierdurch auch ein Unterstützen der Antriebsmaschine 10 in ihrer Antriebsbewegung vorgenommen werden, indem sowohl von der Anschlusswelle 26, als auch von der zweiten Welle 65 her eine Antriebsleistung auf die Zwischenwelle 33 übertragen wird. Dabei muss die Elektromaschine 15 jeweils aus einem - vorliegend nicht weiter gezeigten - elektrischen Energiespeicher versorgt werden.
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In einem dritten Betriebsmodus III kann ein Linkslenken des Kettenfahrzeugs 1 dargestellt werden, wozu die Schaltkupplung KL betätigt und die beiden Elektromaschinen 15 und 16 betrieben werden. Dabei wird eine der Elektromaschinen 15 und 16 als Generator und eine der Elektromaschinen 15 und 16 als Elektromotor betrieben. Die Betätigung der Schaltkupplung KL hat eine Drehbewegung der Nullwelle 44 zur Folge, wodurch über die Summierstufen 42 und 43 unterschiedliche Drehzahlen der Antriebskettenräder 7 und 8 hervorgerufen werden. Wird dabei gleichzeitig über die Antriebswelle 21 eine Antriebsbewegung eingeleitet, so hat dies eine Linkskurve des Kettenfahrzeugs 1 zur Folge. Steht die Antriebswelle 21 hingegen, so vollführt das Kettenfahrzeug 1 auf der Stelle eine Wendung um seine Hochachse nach links (Pivot).
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Stattdessen wird in einem vierten Betriebsmodus IV ein Lenken des Kettenfahrzeugs 1 nach rechts eingeleitet, indem neben einem Betrieb der beiden Elektromaschinen 15 und 16 die Schaltkupplung KR betätigt ist. Erneut wird dabei eine der Elektromaschinen 15 und 16 als Generator und eine der Elektromaschinen 15 und 16 als Elektromotor betrieben. Auch die Betätigung der Schaltkupplung KR hat eine Drehbewegung der Nullwelle 44 zur Folge, wobei diese im Vergleich zu dem Betriebsmodus III nun genau entgegengesetzt ist. Über die Summierstufen 42 und 43 werden dadurch erneute unterschiedliche Drehzahlen der Antriebskettenräder 7 und 8 hervorgerufen, was bei gleichzeitiger Darstellung einer Antriebsbewegung über die Antriebswelle 21 eine Rechtskurve des Kettenfahrzeugs 1 nach sich zieht. Bei Stillstand der Antriebswelle 21 findet hingegen ein Wenden des Kettenfahrzeugs 1 und seine Hochachse nach rechts statt (Pivot).
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Aus 4 geht eine schematische Ansicht eines Kettenfahrzeugantriebsstranges 82 hervor, welcher dabei entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ausgeführt ist und alternativ zu dem Kettenfahrzeugantriebsstrang 9 aus 2 bei dem Kettenfahrzeug 1 aus 1 zur Anwendung kommen kann. Dabei entspricht der Kettenfahrzeugantriebsstrang 82 im Wesentlichen der Variante nach 2, wobei als Unterschied bei einem Getriebesystem 83 des Kettenfahrzeugantriebsstranges 82 neben Schaltkupplungen KR und KL nun noch eine weitere Schaltkupplung KB vorgesehen ist, welche ebenfalls als kraftschlüssige Schaltkupplung in Form einer nasslaufenden Lamellenkupplung ausgestaltet ist.
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Die Schaltkupplung KB ist hierbei axial unmittelbar benachbart zu der Schaltkupplung KR angeordnet und verbindet im betätigten Zustand die dritte Welle 66 drehfest mit einer weiteren Welle 84, welche koaxial zu der Nullwelle 44 und den Wellen 64 bis 66 platziert ist. Die Welle 84 kann zudem über die Schaltkupplung KR drehfest mit der Nullwelle 44 verbunden sowie über die Schaltkupplung KL mittels einer zwischenliegenden Wendestufe 85 mit der Nullwelle 44 gekoppelt werden. Während bei Betätigung der Schaltkupplung KR dabei ein gemeinsames Rotieren der Welle 84 und der Nullwelle 44 stattfindet, hat eine Betätigung der Schaltkupplung KL eine entgegengerichtete Drehbewegung der Welle 84 und der Nullwelle 44 zueinander zur Folge. Insofern ist nun für eine Koppelung der dritten Welle 66 mit der Nullwelle 44 jeweils noch die Schaltkupplung KB zu betätigen.
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Als weiterer Unterschied ist die Wendestufe 85 vorliegend als Planetenstufe 86 ausgestaltet, wobei diese Planetenstufe 86 hierbei konkret als Plus-Planetenstufe vorliegt. So umfasst die Planetenstufe 86 ein Sonnenrad 87, einen Planetensteg 88 und ein Hohlrad 89, von welchen das Sonnenrad 87 drehfest mit der Zwischenwelle 77 verbunden ist, während der Planetensteg 88 drehfest mit der Nullwelle 44 in Verbindung steht und das Hohlrad 89 permanent am Bauelement 32 festgesetzt ist. In dem Planetensteg 88 ist mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von dessen Planetenrädern 90 und 91 ein Planetenrad 90 mit dem Hohlrad 89 und ein Planetenrad 91 mit dem Sonnenrad 87 jeweils im Zahneingriff steht. Ferner kämmen die Planetenräder 90 und 91 des mindestens einen Planetenradpaares untereinander. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 4 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Schließlich geht noch aus 5 eine tabellarische Übersicht unterschiedlicher Betriebsmodi I' bis VI' hervor, welche durch den Kettenfahrzeugantriebsstrang 82 aus 4 dargestellt werden können. In der Tabelle in 5 ist dabei für den einzelnen Betriebsmodus jeweils gekennzeichnet, welche der Schaltkupplungen KR, KL und KB jeweils betätigt und welche der Elektromaschinen 15 und 16 betrieben werden.
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In einem ersten Betriebsmodus I' wird, analog zu dem Betriebsmodus I des Kettenfahrzeugantriebsstranges 9 aus 2, eine Geradeausfahrt des Kettenfahrzeugs 1 realisiert, indem von der Antriebsmaschine 10 eine Antriebsleistung auf die Antriebskettenräder 7 und 8 übertragen wird. Zu diesem Zweck ist die Antriebsmaschine 10 über den hydrodynamischen Drehmomentwandler 27 mit der Getriebeeingangswelle 24 gekoppelt, wobei innerhalb des Übersetzungsgetriebes 23 ein jeweiliger Gang geschaltet und damit eine Übersetzung von der Getriebeeingangswelle 24 auf die Antriebswelle 21 stattfindet. Die Nullwelle 44 steht still, was dementsprechend auch einen Stillstand der Elemente 45 und 46 der Summierstufen 42 und 43 zur Folge hat. Der Stillstand der Nullwelle 44 wird vorliegend durch das gleichzeitige Betätigen der beiden Schaltkupplungen KR und KL bewirkt.
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Hingegen kann in den Betriebsmodi II', III' und IV' jeweils einerseits ein Starten der Antriebsmaschine 10 vorgenommen sowie andererseits ein Unterstützen der Antriebsmaschine 10 bei Antrieb des Kettenfahrzeugs 1 dargestellt werden. In dem Betriebsmodus II' werden dabei die beiden Schaltkupplungen KL und KR betätigt und zudem die beiden Elektromaschinen 15 und 16 betrieben, wodurch bei feststehender Nullwelle 44 ein Aufsummieren von Antriebsbewegungen der beiden Elektromaschinen 15 und 16 über die Lenksummierstufe 60 auf die zweite Welle 65 stattfindet. Dadurch findet einen Kraftfluss auf die Zwischenwelle 33 statt. Das Gleiche kann dabei auch in dem Betriebsmodus III` durch Betätigen aller drei Schaltkupplungen KL, KR und KB sowie einem Betrieb der Elektromaschine 15 sowie in dem Betriebsmodus IV' durch den gleichzeitigen Betrieb der Elektromaschinen 15 und 16 erreicht werden.
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In einem Betriebsmodus V' kann wiederum ein Linkslenken des Kettenfahrzeugs 1 dargestellt werden, wozu die Schaltkupplung KL und die Schaltkupplung KB betätigt und die beiden Elektromaschinen 15 und 16 betrieben werden. Dabei wird eine der Elektromaschinen 15 und 16 als Generator und eine der Elektromaschinen 15 und 16 als Elektromotor betrieben. Die Betätigung der Schaltkupplung KL hat eine Drehbewegung der Nullwelle 44 zur Folge, wodurch über die Summierstufen 42 und 43 unterschiedliche Drehzahlen der Antriebskettenräder 7 und 8 hervorgerufen werden. Wird dabei gleichzeitig über die Antriebswelle 21 eine Antriebsbewegung eingeleitet, so hat dies eine Linkskurve des Kettenfahrzeugs 1 zur Folge. Steht die Antriebswelle 21 hingegen, so vollführt das Kettenfahrzeug 1 eine Wendung auf der Stelle um seine Hochachse nach links (Pivot).
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Hingegen wird in einem Betriebsmodus VI' ein Lenken des Kettenfahrzeugs 1 nach rechts eingeleitet, indem neben einem Betrieb der beiden Elektromaschinen 15 und 16 die Schaltkupplung KR und die Schaltkupplung KB betätigt sind. Erneut wird dabei eine der Elektromaschinen 15 und 16 als Generator und eine der Elektromaschinen 15 und 16 als Elektromotor betrieben. Auch die Betätigung der Schaltkupplung KR und der Schaltkupplung KB hat eine Drehbewegung der Nullwelle 44 zur Folge, wobei diese im Vergleich zu dem Betriebsmodus V' nun genau entgegengesetzt ist. Über die Summierstufen 42 und 43 werden dadurch erneut unterschiedliche Drehzahlen der Antriebskettenräder 7 und 8 hervorgerufen, was bei gleichzeitiger Darstellung einer Antriebsbewegung über die Antriebswelle 21 eine Rechtskurve des Kettenfahrzeugs 1 nach sich zieht. Bei Stillstand der Antriebswelle 21 findet hingegen ein Wenden des Kettenfahrzeugs 1 und seine Hochachse nach rechts statt (Pivot).
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann jeweils ein Getriebesystem für einen Kettenfahrzeugantriebsstrang geschaffen werden, wobei sich dieses Getriebesystem durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kettenfahrzeug
- 2
- Fahrzeugaufbau
- 3
- Ketten laufwerk
- 4
- Ketten laufwerk
- 5
- Antriebskette
- 6
- Antriebskette
- 7
- Antriebskettenrad
- 8
- Antriebskettenrad
- 9
- Kettenfahrzeugantriebsstrang
- 10
- Antriebsmaschine
- 11
- Variator
- 12
- Getriebesystem
- 13
- erste Teileinheit
- 14
- zweite Teileinheit
- 15
- Elektromaschine
- 16
- Elektromaschine
- 17
- Stator
- 18
- Stator
- 19
- Rotor
- 20
- Rotor
- 21
- Antriebswelle
- 22
- Getriebeausgang
- 23
- Übersetzungsgetriebe
- 24
- Getriebeeingangswelle
- 25
- Anfahreinrichtung
- 26
- Anschlusswelle
- 27
- hydrodynamischer Drehmomentwandler
- 28
- Pumpenrad
- 29
- Turbinenrad
- 30
- Leitrad
- 31
- Freilauf
- 32
- Bauelement
- 33
- Zwischenwelle
- 34
- Wandlerüberbrückungskupplung
- 35
- Kegelrad
- 36
- Kegelradstufe
- 37
- Kegelrad
- 38
- Zwischenwelle
- 39
- Kegelrad
- 40
- Kegelradstufe
- 41
- Kegelrad
- 42
- Summierstufe
- 43
- Summierstufe
- 44
- Nullwelle
- 45
- erstes Element
- 46
- erstes Element
- 47
- zweites Element
- 48
- zweites Element
- 49
- drittes Element
- 50
- drittes Element
- 51
- Abtriebswelle
- 52
- Abtriebswelle
- 53
- Stirnrad
- 54
- Zwischenrad
- 55
- Stirnrad
- 56
- Stirnrad
- 57
- Zwischenrad
- 58
- Zwischenrad
- 59
- Stirnrad
- 60
- Lenksummierstufe
- 61
- erstes Element
- 62
- zweites Element
- 63
- drittes Element
- 64
- erste Welle
- 65
- zweite Welle
- 66
- dritte Welle
- 67
- Stirnrad
- 68
- Stirnradstufe
- 69
- Zwischenrad
- 70
- Stirnradstufe
- 71
- Stirnrad
- 72
- Übersetzungsstufe
- 73
- Planetenstufe
- 74
- Sonnenrad
- 75
- Planetensteg
- 76
- Hohlrad
- 77
- Zwischenwelle
- 78
- Wendestufe
- 79
- Kegelrad
- 80
- Kegelrad
- 81
- Zwischenkegelräder
- 82
- Kettenfahrzeugantriebsstrang
- 83
- Getriebesystem
- 84
- Welle
- 85
- Wendestufe
- 86
- Planetenstufe
- 87
- Sonnenrad
- 88
- Planetensteg
- 89
- Hohlrad
- 90
- Planetenrad
- 91
- Planetenrad
- KR
- Schaltkupplung
- KL
- Schaltkupplung
- KB
- Schaltkupplung
- I bis IV
- Betriebsmodi
- I' bis VI'
- Betriebsmodi
