DE102022204061A1

DE102022204061A1 - Antriebsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102022204061A1
Application number: DE102022204061.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Sagmeister; Gerhard Grömmer; Martin Krompaß
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2042-04-28
Also published as: DE102022204061B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Arbeitsmaschinemit einer ersten und einer zweiten Elektromaschine (E2) mit jeweils einer Motorwelle (10, 12). Die Antriebsvorrichtung weist zudem einen Variator (14), eine erste Abtriebswelle (16), eine zweite Abtriebswelle (18) und eine Zapfwelle (20) auf. Die Antriebsvorrichtung ist dazu ausgebildet, eine erste und eine zweite Antriebsleistung jeweils von der ersten bzw. zweiten Motorwelle (10, 12) wahlweise an die erste Abtriebswelle (16), die zweite Abtriebswelle (18), die Zapfwelle (20) sowie an eine Kombination von zwei oder drei dieser Wellen zu übertragen. Der Variator (14) ist dazu ausgebildet, wenigstens eine Übersetzung bei der Übertragung der ersten Antriebsleistung von der ersten Motorwelle (10) an die erste Abtriebswelle (16) stufenlos zu verändern. Die Antriebsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die zweite Abtriebswelle (18) mit einem Vorlauf zu der ersten Abtriebswelle (16) anzutreiben. Zudem betrifft die Erfindung eine Arbeitsmaschine.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, welche zwei Elektromaschinen aufweist.
Stand der Technik
Antriebsvorrichtungen für Arbeitsmaschinen müssen bei verschiedenen Bodenbeschaffenheiten und Arbeitszyklen ein effizientes und zuverlässiges Betreiben der Arbeitsmaschine ermöglichen. Beispielsweise stellt eine Antriebsvorrichtung dafür wahlweise nur einen Hinterradantrieb oder einen Allradantrieb und alternativ oder zusätzlich eine Zapfleistung an einer Zapfwelle bereit.
Darstellung der Erfindung
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine. Eine Antriebsvorrichtung kann beispielsweise einen Teil eines Antriebsstrangs bilden. Die Arbeitsmaschine kann als Landmaschine, z. B. als Traktor, als Baumaschine oder auch als ein Spezialfahrzeug ausgebildet sein. Beispiele für eine Arbeitsmaschine sind ein Radlader und ein Traktor, bei dem jeweilige Räder durch eine Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung antreibbar sind.
Die Antriebsvorrichtung weist eine erste Elektromaschine mit einer ersten Motorwelle auf. Die erste Elektromaschine ist dazu ausgebildet, eine Antriebsleistung an der ersten Motorwelle bereitzustellen. Die Antriebsvorrichtung weist eine zweite Elektromaschine mit einer zweiten Motorwelle auf. Die zweite Elektromaschine ist dazu ausgebildet, eine Antriebsleistung an der zweiten Motorwelle bereitzustellen. Jede der Elektromaschinen weist beispielsweise nur eine Motorwelle auf. Die Bezeichnung als zweite Motorwelle dient der Zuordnung zu der zweiten Elektromaschine.
Die Elektromaschinen können dazu ausgebildet sein, eine elektrische Energie in eine mechanische Energie zu wandeln. Optional können die Elektromaschinen jeweils zur Rekuperation ausgebildet sein. Eine Elektromaschine kann beispielsweise als Asynchronmotor oder Synchronmotor ausgebildet sein. Beispielsweise weist die Antriebsvorrichtung eine Energiequelle, wie eine wiederaufladbare Batterie, auf. Mit der Energiequelle können die beiden Elektromaschinen mit Strom zu deren Betrieb versorgt werden. Die Antriebsvorrichtung kann für jede Elektromaschine einen zugeordneten Inverter aufweisen, welcher eine Antriebsleistungsabgabe der Elektromaschine steuert.
Die Antriebsvorrichtung weist einen Variator auf. Der Variator kann dazu ausgebildet sein, eine Übersetzung von einer oder beiden der Motorwellen zu jeweiligen Abtriebswellen der Antriebsvorrichtung, beispielsweise innerhalb eines Fahrbereichs eines Getriebes, stufenlos zu variieren. Der Variator ist dazu ausgebildet, wenigstens eine Übersetzung bei der Übertragung der ersten Antriebsleistung von der ersten Motorwelle an die erste Abtriebswelle stufenlos zu verändern. Aufgrund des Variators kann die Arbeitsmaschine sehr effizient betrieben werden. Unter einem Fahrbereich des Getriebes kann ein Zustand verstanden werden, bei dem ein festes mechanisches Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb des Getriebes vorliegt, wobei die Übersetzung des Getriebes innerhalb des Fahrbereichs durch den Variator stufenlos variiert werden kann. Der Variator kann zwei Energiewandler aufweisen, die miteinander gekoppelt und beispielsweise als Hydrostat ausgebildet sind. Die Energiewandler des Variators können aber beispielsweise auch als elektrische Maschinen ausgebildet sein. Beispielsweise kann der erste Energiewandler eine hydraulische Maschine mit festem Schluckvolumen und der zweite Energiewandler eine hydraulische Maschine mit verstellbarem Schluckvolumen sein. Die Antriebsvorrichtung kann ein leistungsverzweigtes stufenloses Getriebe aufweisen.
Die Antriebsvorrichtung weist eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle auf. An der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle kann beispielsweise jeweils ein Teil der von den Elektromotoren erzeugten Antriebsleistung ausgegeben werden, beispielsweise an eine jeweils zugeordnete Antriebsachse der Arbeitsmaschine. Die beiden Abtriebswellen sind beispielsweise jeweils mechanisch über ein Achsdifferential mit der zugeordneten Antriebsachse mechanisch wirkverbunden. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise auch eine mechanische Wirkverbindung über jeweilige Kegelräder möglich. Die beiden Abtriebswellen können jeweils eine Ausgangswelle der Antriebsvorrichtung bilden. Beispielsweise weist die Antriebsvorrichtung nur zwei Ausgangswellen auf. Die Antriebsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Antriebsleistung von den Motorwellen auf die beiden Abtriebswellen zu übertragen. Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, zwischen den beiden Abtriebswellen eine schaltbare mechanische Wirkverbindung bereitzustellen. Dadurch kann ein starrer Allradantrieb bereitgestellt werden. Die Antriebsvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, die beiden Abtriebswellen separat voneinander mit Antriebsleistung zu versorgen. Dadurch kann ein variabler Allradantrieb bereitgestellt werden, bei welchem eine Drehzahldifferenz zwischen einer vorderen angetriebenen Achse der Arbeitsmaschine und einer hinteren angetriebenen Achse der Arbeitsmaschine variiert werden kann. Beispielsweise kann bei dem variablen Allradantrieb jede Abtriebswelle von einem zugeordneten der beiden Elektromaschinen getrennt angetrieben wird. Die Antriebsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Antriebsleistungsübertragung von den Motorwellen zu den Abtriebswellen zu trennen.
Die Antriebsvorrichtung weist eine Zapfwelle auf. An der Zapfwelle kann eine Zapfleistung bereitgestellt werden. An der Zapfwelle können beispielsweise Anbaugeräte von der Arbeitsmaschine mit einer mechanischen Leistung versorgt werden. Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, die Zapfwelle mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl, beispielsweise einer von zwei vorgegebenen Zapfwellendrehzahlen, anzutreiben. Die Antriebsvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich beispielsweise dazu ausgebildet sein, die Zapfwelle mit einem oder beiden der Elektromaschinen drehzahlvariabel anzutreiben. Beispielsweise kann die Zapfwelle mechanisch an einer oder beide der Abtriebswellen schaltbar gekoppelt werden, um eine Wegzapfwellenfunktion bereitzustellen. Die Antriebsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Antriebsleistungsübertragung von den Motorwellen zu der Zapfwelle zu trennen.
Die Antriebsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die erste Antriebsleistung von der ersten Motorwelle wahlweise an die erste Abtriebswelle, die zweite Abtriebswelle, die Zapfwelle sowie an eine Kombination von zwei oder drei dieser Wellen zu übertragen. Die Antriebsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die zweite Antriebsleistung von der zweiten Motorwelle wahlweise an die erste Abtriebswelle, die zweite Abtriebswelle die Zapfwelle sowie an eine Kombination von zwei oder drei dieser Wellen zu übertragen. In einem Betriebsmodus kann die Antriebsvorrichtung die erste Antriebsleistung beispielsweise nur an die erste Abtriebswelle oder nur an die zweite Abtriebswelle oder nur an die Zapfwelle übertragen. In einem anderen Betriebsmodus kann die Antriebsvorrichtung die erste Antriebsleistung beispielsweise nur an die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle oder nur an die erste Abtriebswelle und die Zapfwelle oder nur an die zweite Abtriebswelle und die Zapfwelle übertragen, wobei die erste Antriebsleistung auf die zwei dieser Wellen aufgeteilt wird. Es kann weitere Betriebsmodi geben, so dass eine Übertragung der ersten Antriebsleistung an jedes der vorgenannten Paare von zwei Wellen gewählt werden kann. In einem weiteren Betriebsmodus kann die Antriebsvorrichtung die erste Antriebsleistung an die erste Abtriebswelle, die zweite Abtriebswelle und die Zapfwelle übertragen, wobei die erste Antriebsleistung auf die drei Wellen aufgeteilt wird. Für die Übertragung der zweiten Abtriebswelle an die jeweiligen Wellen ergeben sich analoge Betriebsmodi. In einem Betriebsmodus kann die Antriebsvorrichtung die zweite Antriebsleistung beispielsweise nur an die erste Abtriebswelle oder nur an die zweite Abtriebswelle oder nur an die Zapfwelle übertragen. In einem anderen Betriebsmodus kann die Antriebsvorrichtung die zweite Antriebsleistung beispielsweise nur an die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle oder nur an die erste Abtriebswelle und die Zapfwelle oder nur an die zweite Abtriebswelle und die Zapfwelle übertragen, wobei die zweite Antriebsleistung auf die zwei dieser Wellen aufgeteilt wird. Es kann weitere Betriebsmodi geben, so dass eine Übertragung der zweiten Antriebsleistung an jedes der vorgenannten Paare von zwei Wellen gewählt werden kann. In einem weiteren Betriebsmodus kann die Antriebsvorrichtung die zweite Antriebsleistung an die erste Abtriebswelle, die zweite Abtriebswelle und die Zapfwelle übertragen, wobei die zweite Antriebsleistung auf die drei Wellen aufgeteilt wird.
So kann ein einfacher mechanischer Antriebsstrang mit zusätzlichen Funktionen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein variabler Allradantrieb, ein stufenloses variieren einer Zapfwellendrehzahl und eine Wegzapfwellenfunktion einfach realisiert werden. Dabei ist die Beibehaltung von Getriebegrundkonzepten von Arbeitsmaschinen, welche mit einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, möglich.
Die Antriebsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die zweite Abtriebswelle mit einem Vorlauf zu der ersten Abtriebswelle anzutreiben. Dadurch kann ein Schieben einer Hinterachse gegen eine Vorderachse bei Allradfahrt, beispielsweise im Gelände, vermieden werden. Dafür können beispielsweise die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle ohne mechanische Wirkverbindung miteinander angetrieben werden. Durch den Vorlauf kann die Arbeitsmaschine beispielsweise effizienter Fahren. Zudem kann so eine Beschädigung des Untergrunds, beispielsweise ein Aufreißen einer Grasnarbe, zuverlässig vermieden werden. Ein Vorlauf kann bedeuten, dass die zweite Abtriebswelle mit einer schnelleren Drehgeschwindigkeit angetrieben wird als die erste Abtriebswelle. Die relative Drehgeschwindigkeit kann auch achsabhängig und alternativ oder zusätzlich abhängig von einem Durchmesser jeweiliger Räder und alternativ oder zusätzlich einer Radgetriebeübersetzung sein. Der Vorlauf kann eine geringfügig schnellere Abtriebsgeschwindigkeit an einer Vorderachse zu einer Hinterachse bedeuten. Die zweite Abtriebswelle kann beispielsweise in Vorwärtsfahrtrichtung vor der ersten Abtriebswelle angeordnet sein. Die zweite Abtriebswelle kann beispielsweise an eine Vorderachse die Antriebsleistung übertragen und die erste Antriebswelle an eine Hinterachse.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die erste Motorwelle mit einer Zapfzwischenwelle mechanisch wirkverbindbar ist. Die erste Motorwelle und der Variator können über ein Summiergetriebe mit einer ersten Zwischenwelle mechanisch wirkverbunden sein. Der Variator kann mit der ersten Motorwelle mechanisch wirkverbinden sein.
Ein Summiergetriebe kann beispielsweise mehrere Eingangswellen aufweisen und eine Ausgangswelle, an welcher eine an den Eingangswellen zugeführte Antriebsleistung gemeinsam bereitgestellt wird. Das Summiergetriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein. Eine Zwischenwelle kann beispielsweise als eine Vollwelle oder eine Hohlwelle ausgebildet sein. Durch Zwischenwellen kann eine Antriebsleistung übertragen werden und weitere Möglichkeiten für mechanische Wirkverbindungen bereitgestellt werden. Durch jeweilige Zwischenwellen kann die Antriebsvorrichtung besonders kompakt sein.
Die erste Zwischenwelle kann mittels eines ersten Schaltelements mit der ersten Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar sein. Dadurch kann die erste Elektromaschine von der ersten Zwischenwelle entkoppelt werden.
Die zweite Motorwelle kann mittels eines zweiten Schaltelements mit einer Zapfzwischenwelle mechanisch wirkverbindbar sein. Die Zapfzwischenwelle kann beispielsweise eine Einspeisung auch der ersten Antriebsleistung auf die Zapfwelle ermöglichen und alternativ oder zusätzlich eine Entkopplung von der Zapfwelle.
Die zweite Motorwelle kann mittels des zweiten Schaltelements mit einer zweiten Zwischenwelle mechanisch wirkverbindbar sein. Dadurch kann beispielsweise eine Kopplung zwischen der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle erleichtert werden.
Die zweite Zwischenwelle kann mit der ersten Abtriebswelle mittels eines Motorkoppelschaltelements mechanisch wirkverbindbar sein. Dadurch kann ein starrer Allradantrieb einfach bereitgestellt werden. So können beispielsweise die beiden Elektromaschinen gekoppelt werden.
Die zweite Zwischenwelle kann mittels eines dritten Schaltelements mit der Zapfzwischenwelle drehfest verbindbar sein. Dadurch kann beispielsweise eine Wegzapfwellenfunktion einfach bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die erste Elektromaschine so die Zapfwelle und die erste Abtriebswelle gemeinsam antreiben, wobei das Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Wellen fest vorgegeben sein kann.
Die zweite Zwischenwelle kann mittels des dritten Schaltelements mit einer dritten Zwischenwelle drehfest verbindbar sein. Die dritte Zwischenwelle kann mit der zweiten Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar sein. So kann mit einer mechanisch einfachen Konstruktion wahlweise die zweite Abtriebswelle von der ersten Elektromaschine oder der zweiten Elektromaschine oder beiden Elektromaschinen gemeinsam angetrieben werden.
Die Zapfzwischenwelle kann mittels eines Zapfmodusschaltelements mit der Zapfwelle drehfest verbindbar sein. So kann die Zapfwelle entkoppelt werden, beispielsweise durch ein Öffnen des Zapfmodusschaltelements. So kann ein Anfahren in manchen Betriebsmodi vereinfacht werden. Die dritte Zwischenwelle kann mittels des Zapfmodusschaltelements mit der Zapfwelle drehfest verbindbar sein. So kann je nach Betriebsmodus einfach eine Wegzapfwellenfunktion bereitgestellt werden.
Insgesamt kann mit dieser Bauweise der Antriebsvorrichtung konstruktiv einfach und bauraumsparend die zuvor beschriebenen Funktionen der Antriebsvorrichtung bereitgestellt werden.
Ein Schaltelement kann beispielsweise reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Ein Beispiel für ein reibschlüssiges Schaltelement ist eine Lamellenkupplung. Ein Beispiel für ein formschlüssiges Schaltelement ist eine Klauenkupplung. Ein Schaltelement kann durch Betätigung geschlossen werden. Beispielsweise kann ein Schaltelement mit einem Öldruck betätigt werden, um die Drehmomentübertragung zwischen zwei Elementen zu ermöglichen. Ein Schaltelement kann dazu ausgebildet sein, in einem Zustand eine mechanische Wirkverbindung zwischen zwei Elementen zu trennen. Ein Schaltelement kann auch als Doppelschaltelement ausgebildet sein, welches ein Element wahlweise mit einem zweiten oder dritten Element verbindet. Optional kann ein Doppelschaltelement eine Neutralstellung aufweisen. Das Zapfmodusschaltelement kann beispielsweise ein Schaltelement sein, welches lediglich zur Zuordnung so bezeichnet wird. Das Motorkoppelschaltelement kann beispielsweise ein Schaltelement sein, welches lediglich zur Zuordnung so bezeichnet wird.
Das erste Schaltelement ist beispielsweise als reibschlüssige Kupplung ausgebildet. Dadurch kann ein Anfahren vereinfacht sein. Das zweite Schaltelement ist beispielsweise als formschlüssiges Doppelschaltelement mit Neutralstellung ausgebildet. Dadurch kann ein Schleppen der zweiten Elektromaschine vermieden werden, wenn diese keine Antriebsleistung zur Verfügung stellt. Das dritte Schaltelement ist beispielsweise als formschlüssiges Doppelschaltelement mit Neutralstellung ausgebildet. Dadurch kann ebenfalls ein unerwünschtes Schleppen vermieden werden. Das Motorkoppelschaltelement ist beispielsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Das Zapfmodusschaltelement ist beispielsweise als formschlüssiges Doppelschaltelement mit Neutralstellung ausgebildet. Durch den Formschluss ist die Antriebsvorrichtung jeweils besonders effizient. Durch die Nutzung eines Doppelschaltelements ist die Antriebsvorrichtung jeweils besonders kompakt. Die zweite Zwischenwelle und die dritte Zwischenwelle sind beispielsweise als Hohlwelle ausgebildet und die erste Zwischenwelle und die Zapfzwischenwelle als Welle, durch die sich keine weitere Welle erstreckt.
Die Antriebsvorrichtung kann eine Steuervorrichtung zum Steuern der Schaltelemente und damit Schalten jeweiliger Betriebsmodi aufweisen. Die Antriebsvorrichtung kann eine Ölpumpe, beispielsweise ausgebildet als Konstantpumpe, aufweisen. Damit kann der Öldruck zum Betätigen jeweiliger Schaltelemente bereitgestellt werden. Die Ölpumpe kann beispielsweise dauerhaft durch eine der beiden Elektromaschinen angetrieben werden, wenn die Arbeitsmaschine im Betrieb ist. Die Antriebsvorrichtung kann eine weitere Ölpumpe, beispielsweise ausgebildet als Verstellpumpe, aufweisen. Damit kann ein Öldruck für eine Arbeitshydraulik bereitgestellt werden.
Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Beispielsweise kann eine mechanische Wirkverbindung durch eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung bereitgestellt werden. Bei einer mechanischen Wirkverbindung können eine oder mehrere Stirnradstufen bei der Antriebsleistungsübertragung beteiligt sein. Beispielsweise kann die mechanische Wirkverbindung einem Kämmen von korrespondierenden Verzahnungen von zwei Elementen entsprechen. Zwischen den Elementen können weitere Elemente, beispielsweise eine oder mehrere Stirnradstufen, vorgesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen im Wesentlichen starr miteinander gekoppelt sind. Hierunter fällt auch eine reibschlüssige Verbindung, bei welcher es zu einem gewollten oder ungewollten Schlupf kommen kann. Permanent drehfest verbundene Elemente können als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Eine Verbindung zweier Elemente über ein weiteres Element kann bedeuten, dass dieses weitere Element an einer mittelbaren Wirkverbindung der beiden Elemente beteiligt ist. Beispielsweise kann dieses Element im Kraftfluss zwischen diesen beiden Elementen angeordnet sein. Eine Verbindung zweier Elemente über zwei oder mehr Elemente kann bedeuten, dass diese weiteren Elemente alle an einer mittelbaren Wirkverbindung der beiden Elemente beteiligt sind. Eine schaltbare Verbindung kann in einem Zustand eine Drehmomentübertragung zwischen zwei Elementen ermöglichen, beispielsweise durch eine starre Kopplung, und in einem anderen Zustand diese Drehmomentübertragung im Wesentlichen unterbrechen. Dafür kann zwischen den zwei Elementen ein entsprechendes Schaltelement vorgesehen sein.
Eine Stirnradstufe kann beispielsweise einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein. Eine einstufige Stirnradstufe kann beispielsweise zwei miteinander kämmende Zahnräder aufweisen. Eine zweistufige Stirnradstufe kann beispielsweise drei miteinander jeweils paarweise kämmende Zahnräder aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung ein Zapfgetriebe aufweist. Die erste Motorwelle kann mit der Zapfzwischenwelle mittels des Zapfgetriebes mechanisch wirkverbindbar sein. Das Zapfgetriebe kann beispielsweise eine oder mehrere unterschiedliche Übersetzungen zwischen der ersten Elektromaschine und der Zapfwelle bereitstellen. Das Zapfgetriebe kann eine Eingangswelle, ein erstes reibschlüssiges Zapfgetriebeschaltelement, ein zweites formschlüssiges Zapfgetriebeschaltelement, eine erste Zapfstirnradstufe und eine zweite Zapfstirnradstufe aufweisen. Die erste Motorwelle kann mittels des ersten Zapfgetriebeschaltelements drehfest mit der Eingangswelle verbindbar sein. Die Eingangswelle des Zapfgetriebes kann wahlweise über die erste Zapfstirnradstufe oder die zweite Zapfstirnradstufe mittels des zweiten Zapfgetriebeschaltelements mit der Zapfzwischenwelle mechanisch wirkverbindbar sein. Die Zapfzwischenwelle kann die Ausgangswelle des Zapfgetriebes bilden oder mit dieser permanent drehfest verbunden sein. Es ergibt sich ein einfaches, kompaktes und kostengünstiges Zapfgetriebe. Beispielsweise kann das Zapfgetriebe frei von weiteren Stirnradstufen sein. Das Zapfgetriebe kann dazu ausgebildet sein, zwei Übersetzungen bereitzustellen. Dadurch kann die erste Elektromaschine bei den zwei üblichen Drehzahlen von Zapfwellen bei Arbeitsmaschinen jeweils in einem sehr effizienten Arbeitspunkt betrieben werden. Zusätzlich kann das Zapfgetriebe eine Zapfbremse aufweisen, welche beispielsweise ein Zahnrad der ersten Zapfstirnradstufe festsetzen kann. Dadurch kann das Zapfgetriebe blockiert werden, um ein unerwünschtes Schleppen zu vermeiden. Auch aus Sicherheitsgründen kann dieses Festsetzen gewünscht sein. Das reibschlüssige erste Zapfgetriebeschaltelement kann ein Anfahren zusammen mit angetriebener Zapfwelle ermöglichen und alternativ oder zusätzlich ein Zuschalten der Zapfwelle während eines Fahrens der Arbeitsmaschine.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das erste Schaltelement reibschlüssig ausgebildet ist. Dies kann für ein Anfahren und einen Betriebsmoduswechsel hilfreich sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das zweite Schaltelement formschlüssig ausgebildet ist. Das zweite Schaltelement kann eine erste Schaltstellung, in welcher die zweite Motorwelle mit der Zapfzwischenwelle mechanisch wirkverbunden ist, aufweisen. Das zweite Schaltelement kann eine zweite Schaltstellung, in welcher die zweite Motorwelle mit der zweiten Zwischenwelle mechanisch wirkverbunden ist, aufweisen. Das zweite Schaltelement kann eine Neutralstellung aufweisen. In der Neutralstellung kann die zweite Motorwelle von der Zapfzwischenwelle und von der zweiten Zwischenwelle entkoppelt sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das Motorkoppelschaltelement formschlüssig ausgebildet ist. Dadurch kann die Antriebsvorrichtung kompakt und kostengünstig sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das dritte Schaltelement formschlüssig ausgebildet ist. Das dritte Schaltelement kann eine erste Schaltstellung, in welcher die zweite Zwischenwelle mit der Zapfzwischenwelle drehfest verbunden ist, aufweisen. Das dritte Schaltelement kann eine zweite Schaltstellung, in welcher die zweite Zwischenwelle mit der dritten Zwischenwelle drehfest verbunden ist, aufweisen. Das dritte Schaltelement kann eine Neutralstellung aufweisen. In der Neutralstellung kann die zweite Zwischenwelle von der Zapfzwischenwelle und von der dritten Zwischenwelle entkoppelt sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das Zapfmodusschaltelement formschlüssig ausgebildet ist. Das Zapfmodusschaltelement kann eine erste Schaltstellung, in welcher die Zapfzwischenwelle mit der Zapfwelle drehfest verbunden ist, aufweisen. Das Zapfmodusschaltelement kann eine zweite Schaltstellung, in welcher die dritte Zwischenwelle mit der Zapfwelle drehfest verbunden ist, aufweisen. Das Zapfmodusschaltelement kann eine Neutralstellung aufweisen. In der Neutralstellung kann die Zapfwelle von der Zapfzwischenwelle und von der dritten Zwischenwelle entkoppelt sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das Summiergetriebe einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger und einem Hohlrad aufweist. An dem Planetenträger können ein oder mehrere Planetenräder drehbar gelagert sein. Der Planetenradsatz ist beispielsweise als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Jedes Planetenrad kämmt in diesem Fall sowohl mit dem Hohlrad als auch dem Sonnenrad. Die erste Fahrantriebszwischenwelle kann permanent drehfest mit dem Hohlrad verbunden sein. Der Variator kann mit dem Sonnenrad mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise über eine Stirnradstufe. Die erste Motorwelle kann mit dem Planetenträger mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise über eine Stirnradstufe.
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung ein viertes Schaltelement aufweist. Die dritte Zwischenwelle kann mittels des vierten Schaltelements mit der zweiten Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar sein. Dadurch kann ein unerwünschtes Schleppen der dritten Zwischenwelle vermieden werden, wenn die Antriebsvorrichtung in einem Betriebsmodus ohne Allradfunktion, bei welchem beispielsweise nur die erste Abtriebswelle angetrieben wird, betrieben wird. Das vierte Schaltelement ist beispielsweise als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Dadurch wird ein Anfahren auch bei Allradantrieb und ein Zuschalten eines Allradantriebs während einer Fahrt der Arbeitsmaschine erleichtert.
Ein zweiter Aspekt betrifft eine Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine weist eine Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt auf. Jeweilige Vorteile und weitere Merkmale sind der Beschreibung des ersten Aspekts zu entnehmen, wobei Ausgestaltungen des ersten Aspekts auch Ausgestaltungen des zweiten Aspekts und umgekehrt bilden.
Die Arbeitsmaschine weist eine erste Antriebsachse und eine zweite Antriebsachse auf. Die erste Antriebsachse ist beispielsweise als Hinterachse der Arbeitsmaschine ausgebildet. Die zweite Antriebsachse ist beispielsweise als Vorderachse der Arbeitsmaschine ausgebildet. An jeder Antriebsachse sind beispielsweise an gegenüberliegenden Enden Räder angeordnet. Jede Antriebsachse kann ein Achsdifferential aufweisen und alternativ oder zusätzlich ein Radgetriebe pro Rad aufweisen. Die erste Antriebsachse ist mit der ersten Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar. Die Arbeitsmaschine kann eine Fahrbremse aufweisen, welche beispielsweise an der Hinterachse angeordnet ist. Die Arbeitsmaschine kann auch für jede Antriebsachse eine Fahrbremse aufweisen. Die erste Antriebsachse kann mit der ersten Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar sein. Die zweite Antriebsachse kann mit der zweiten Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar sein.
Kurze Beschreibung der Figuren

1 veranschaulicht schematisch eine Antriebsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine mit zwei Elektromaschinen.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 veranschaulicht schematisch eine Antriebsvorrichtung einer Arbeitsmaschine. Die Antriebsvorrichtung weist eine erste Elektromaschine E1 mit einer ersten Motorwelle 10 auf. Die erste Elektromaschine E1 ist dazu ausgebildet, eine erste Antriebsleistung an der ersten Motorwelle 10 bereitzustellen. Die Antriebsvorrichtung weist eine zweite Elektromaschine E2 mit einer zweiten Motorwelle 12 auf. Die zweite Elektromaschine E2 ist dazu ausgebildet, eine zweite Antriebsleistung an der zweiten Motorwelle 12 bereitzustellen. Ferner weist die Antriebsvorrichtung einen Variator 14, eine erste Abtriebswelle 16, eine zweite Abtriebswelle 18 und eine Zapfwelle 20 auf. An der Zapfwelle ist ein Drehzahlsensor 21 angeordnet. Der Variator 14 ist dazu ausgebildet, wenigstens eine Übersetzung bei der Übertragung der ersten Antriebsleistung von der ersten Motorwelle 10 an die erste Abtriebswelle 16 stufenlos zu verändern. In dem gezeigten Beispiel ist der Variator 14 als Hydrostat mit einer Konstantpumpe und einer Verstellpumpe ausgebildet.
Die erste Abtriebswelle 16 ist mittels einer Kegelradstufe 22 mit einem Achsdifferentialgetriebe 24 einer Hinterachse 26 mechanisch wirkverbunden. An einem Hohlrad des Achsdiffentials 24 ist ein Drehzahlsensor 27 angeordnet. Das Achsdifferential 24 ist sperrbar ausgebildet. Die Hinterachse 26 weist eine Fahrbremse 28 auf. Zudem weist die Hinterachse 26 ein Radgetriebe 30 für jedes Rad 32 auf, welches eine Antriebsleistung an das jeweilige Rad 32 übersetzt. In 1 ist dabei nur ein Rad 32 und ein Radgetriebe 30 dargestellt. Die zweite Abtriebswelle 18 ist mit einer nicht dargestellten Vorderachse verbunden. Die Vorderachse ist in der gezeigten Ausführungsform wie die Hinterachse ausgebildet, jedoch ohne eine Fahrbremse und mit einem kleineren Raddurchmesser.
Die Antriebsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die erste Antriebsleistung von der ersten Motorwelle 10 wahlweise an die erste Abtriebswelle 16, die zweite Abtriebswelle 18, die Zapfwelle 20 sowie an eine Kombination von zwei oder drei dieser Wellen zu übertragen. Die Antriebsvorrichtung ist zudem dazu ausgebildet, die zweite Antriebsleistung von der zweiten Motorwelle 12 wahlweise an die erste Abtriebswelle 16, die zweite Abtriebswelle 18, die Zapfwelle 20 sowie an eine Kombination von zwei oder drei dieser Wellen zu übertragen. Die Antriebsvorrichtung ist außerdem dazu ausgebildet, die zweite Abtriebswelle 18 mit einem Vorlauf zu der ersten Abtriebswelle 16 anzutreiben.
Die Antriebsvorrichtung weist eine Konstantpumpe 34 auf, welche über eine Stirnradstufe 36 mit der ersten Motorwelle 10 mechanisch wirkverbunden ist. Im Betrieb der Arbeitsmaschine wird die erste Elektromaschine immer mit einer Mindestdrehzahl betrieben, um jeweilige Schaltelemente der Antriebsvorrichtung über die Konstantpumpe 34 mit einem Öldruck zu deren Betätigung versorgen zu können. Weiterhin weist die Antriebsvorrichtung eine Verstellpumpe 38 auf, welche über die Stirnradstufe 36 und eine weitere damit verbundene Stirnradstufe 40 mit der ersten Motorwelle 10 mechanisch wirkverbunden ist. Mit der Verstellpumpe 38 ist eine Arbeitshydraulik der Arbeitsmaschine mit Druck versorgbar. Mittels der Stirnradstufe 36 ist der Variator 14 zudem mit der ersten Motorwelle 10 mechanisch wirkverbunden. Insgesamt weist die Antriebsvorrichtung so wenige Stirnradstufen auf und ist sehr kompakt.
Die Antriebsvorrichtung weist ein Summiergetriebe 44 auf, welches als Minus-Planetenradsatz ausgebildet ist. Das Summiergetriebe 44 weist ein Sonnenrad 46 als erste Eingangswelle und einen Planetenträger 48 als zweite Eingangswelle auf. Zudem weist das Summiergetriebe 44 ein Hohlrad 50 als Ausgangswelle auf. An dem Planetenträger 48 ist ein Satz von Planetenrädern drehbar gelagert, welche jeweils mit dem Sonnenrad 46 und dem Hohlrad 50 kämmen. Der Variator 14 ist über eine Stirnradstufe 42 mit dem Sonnenrad 46 mechanisch wirkverbunden. Die erste Motorwelle 10 ist mittels einer Stirnradstufe 52 mit dem Planetenträger 48 mechanisch wirkverbunden. An der Stirnradstufe 42 und der Stirnradstufe 52 ist jeweils ein Drehzahlsensor 54 bzw. 56 angeordnet. Das Hohlrad 50 ist permanent drehfest mit einer ersten Zwischenwelle 58 verbunden. Die erste Zwischenwelle 58 ist mittels eines reibschlüssigen ersten Schaltelements S1 über eine Stirnradstufe 60 mit der ersten Abtriebswelle 16 mechanisch wirkverbindbar.
Die Antriebsvorrichtung weist ein Zapfgetriebe 62 auf, welches zwei unterschiedliche Übersetzungen bereitstellen kann. Das Zapfgetriebe 62 weist eine Eingangswelle auf. Zudem weist das Zapfgetriebe 62 ein erstes reibschlüssiges Zapfgetriebeschaltelement ZS1, ein zweites formschlüssiges Zapfgetriebeschaltelement ZS2, eine erste Zapfstirnradstufe 64 und eine zweite Zapfstirnradstufe 66 auf. Mittels des ersten Zapfgetriebeschaltelement ZS1 ist die erste Motorwelle drehfest mit der Eingangswelle des Zapfgetriebes 62 verbindbar ist. Die Eingangswelle ist wahlweise über die erste Zapfstirnradstufe 64 oder die zweite Zapfstirnradstufe 66 des Zapfgetriebes 62 mittels des zweiten Zapfgetriebeschaltelements ZS2 mit einer Zapfzwischenwelle 70 mechanisch wirkverbindbar. Zudem weist das zweite Zapfgetriebeschaltelement ZS2 eine Neutralstellung als dritte Schaltstellung auf. Zudem weist das Zapfgetriebe 62 in der gezeigten Ausführungsform eine Bremse 68 auf, mittels welchem die erste Stirnradstufe 64 an einem stationären Bauteil festlegbar ist.
Die zweite Motorwelle 12 ist über eine Stirnradstufe 72 mittels eines formschlüssigen zweiten Schaltelements S2 mit einer zweiten Zwischenwelle 74 mechanisch wirkverbindbar. Die Zapfzwischenwelle 70 erstreckt sich durch die zweite Zwischenwelle 74 hindurch. Zudem ist die zweite Motorwelle 12 über die Stirnradstufe 72 mittels des zweiten Schaltelements S2 mit der Zapfzwischenwelle 70 mechanisch wirkverbindbar. Zudem weist das zweite Schaltelement S2 eine Neutralstellung als dritte Schaltstellung auf.
Die erste Abtriebswelle 16 ist mittels eines formschlüssigen Motorkoppelschaltelements MS über eine Stirnradstufe 76 mit der zweiten Zwischenwelle 74 mechanisch wirkverbindbar. Die zweite Zwischenwelle 74 ist mittels eines formschlüssigen dritten Schaltelements S3 mit einer dritten Zwischenwelle 78 drehfest verbindbar. Die Zapfzwischenwelle 70 erstreckt sich durch die dritte Zwischenwelle 78 hindurch. Die zweite Zwischenwelle 74 ist mittels des dritten Schaltelements S3 mit der Zapfzwischenwelle 70 drehfest verbindbar. Zudem weist das dritte Schaltelement S3 eine Neutralstellung als dritte Schaltstellung auf.
Die dritte Zwischenwelle 78 ist über eine Stirnradstufe 80 mittels eines reibschlüssigen vierten Schaltelements S4 mit der zweiten Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar. Die dritte Zwischenwelle 78 ist mittels eines Zapfmodusschaltelements ZS mit der Zapfwelle 20 drehfest verbindbar. Die Zapfzwischenwelle 70 ist mittels des Zapfmodusschaltelements ZS mit der Zapfwelle 20 drehfest verbindbar. Zudem weist das Zapfmodusschaltelements ZS eine Neutralstellung als dritte Schaltstellung auf.
Die Antriebsvorrichtung ermöglicht ein Betreiben der Arbeitsmaschine mit verschiedenen Betriebsmodi.
In einem ersten Betriebsmodus ist das erste Schaltelement S1 geschlossen. Entsprechend wird die erste Antriebsleistung an die erste Abtriebswelle 16 übertragen. Die zweite Motorwelle 12 ist über das zweite Schaltelement S2, die zweite Zwischenwelle 74 und das betätigte Motorkoppelschaltelement MS ebenfalls mit der ersten Abtriebswelle 16 mechanisch wirkverbunden, um die zweite Antriebsleistung an die erste Abtriebswelle 16 zu übertragen. So kann eine maximale Antriebsleistung durch beide Elektromaschinen E1, E2 gemeinsam ohne Allradfunktion bereitgestellt werden.
In einem zweiten Betriebsmodus ist das erste Schaltelement S1 geschlossen und nur die erste Elektromaschine E1 stellt eine Antriebsleistung bereit. So kann effizient mit Teillast ohne Allradantrieb gefahren werden. Die zweite Elektromaschine E2 ist abgekoppelt, um ein Schleppen zu vermeiden, und stellt in dem zweiten Betriebsmodus keine Antriebsleistung zur Verfügung.
In einem dritten Betriebsmodus sind die Schaltelemente wie bei dem ersten Betriebsmodus betätigt, wobei zusätzlich die zweite Zwischenwelle 74 mittels des dritten Schaltelements S3 mit der dritten Zwischenwelle 78 drehfest verbunden ist. Zudem ist die zweite Abtriebswelle 18 mittels des vierten Schaltelements S4 mit der dritten Zwischenwelle 78 mechanisch wirkverbunden. Entsprechend werden sowohl die Hinterachse 26 als auch die Vorderachse gemeinsam durch die beiden Elektromaschinen E1, E2 angetrieben.
In einem vierten Betriebsmodus sind das erste Schaltelement S1 und das Motorkoppelschaltelement MS betätigt. Zudem ist die zweite Zwischenwelle 74 mittels des dritten Schaltelements S3 mit der dritten Zwischenwelle 78 drehfest verbunden. Die dritte Zwischenwelle 78 ist mittels des vierten Schaltelements S4 mit der zweiten Abtriebswelle 18 mechanisch wirkverbunden. In dem vierten Betriebsmodus stellt nur die erste Elektromaschine E1 eine Antriebsleistung zur Verfügung. Die zweite Elektromaschine E2 ist nicht im Betrieb und durch das in Neutralstellung befindliche zweite Schaltelement S2 entkoppelt. So ist ein effizienter Allradantrieb mit Teillast möglich, bei welchem nur die erste Elektromaschine E1 beide Abtriebswellen 16, 18 der Arbeitsmaschine antreibt.
Bei einem fünften Betriebsmodus entsprechen die Schaltzustände denen oben bei dem dritten Betriebsmodus genannten, sodass die erste Abtriebswelle 16 und die zweite Abtriebswelle 18 gemeinsam durch die beiden Elektromaschinen E1, E2 mit Allradantrieb angetrieben werden. Zusätzlich ist die erste Motorwelle 10 über das Zapfgetriebe 62 mit der Zapfzwischenwelle 70 mechanisch wirkverbunden. Dazu ist das erste Zapfgetriebeschaltelement ZS1 betätigt und das zweite Zapfgetriebeschaltelement ZS2 befindet sich nicht in seiner Neutralstellung. Außerdem ist die Zapfzwischenwelle 70 mittels des Zapfmodusschaltelements ZS drehfest mit der Zapfwelle 20 verbunden. Die erste Elektromaschine E1 treibt so zusätzlich die Zapfwelle 20 an. Eine Drehzahl der Zapfwelle 20 kann dabei fest durch das Zapfgetriebe 62 und die erste Elektromaschine E1 vorgegeben werden. Aufgrund des Variators 14 kann die erste Elektromaschine E1 in dem fünften Betriebsmodus mit einer konstanten Drehzahl betrieben werden und dennoch eine Drehzahl an den Abtriebswellen 16, 18 variiert werden.
In einem sechsten Betriebsmodus ist das erste Schaltelement S1 betätigt, um die erste Antriebsleistung von der ersten Elektromaschine E1 an die erste Abtriebswelle 16 zu übertragen. Die zweite Elektromaschine E2 ist dagegen außer Betrieb und jeweilige weitere Schaltelemente sind beispielsweise geöffnet bzw. in deren Neutralstellung. So kann die Arbeitsmaschine effizient in Teillast ohne Allradfunktion fahren.
In einem siebten Betriebsmodus wird ein variabler Allradantrieb ermöglicht. Die erste Elektromaschine E1 ist nur mit der ersten Abtriebswelle 16 mechanisch wirkverbunden, jedoch nicht mit der Zapfwelle 20 und der zweiten Abtriebswelle 18. Zu diesem Zweck ist das erste Schaltelement S1 betätigt und das Motorkoppelschaltelement MS geöffnet. Die zweite Elektromaschine E1 ist nur mit der zweiten Abtriebswelle 18 mechanisch wirkverbunden, jedoch nicht mit der Zapfwelle 20 und der zweiten Abtriebswelle 18. Zu diesem Zweck ist die zweite Motorwelle 12 mittels des zweiten Schaltelements S2 mit der zweiten Zwischenwelle 74 mechanisch wirkverbunden, die zweite Zwischenwelle 74 mittels des dritten Schaltelements S3 mit der dritten Zwischenwelle 78 drehfest verbunden und die dritte Zwischenwelle 78 mittels des vierten Schaltelements S4 mit der zweiten Abtriebswelle 18 mechanisch wirkverbunden. Die zweite Abtriebswelle 18 wird in dem siebten Betriebsmodus mit einem Vorlauf zu der ersten Abtriebswelle 16 angetrieben, sodass die Hinterachse 26 nicht gegen die Vorderachse schiebt.
Bei einem achten Betriebsmodus entsprechen die Schaltzustände denen oben bei dem siebten Betriebsmodus genannten. Zusätzlich wird die Zapfwelle 20 nur von der ersten Elektromaschine angetrieben, wozu das erste Zapfgetriebeschaltelement ZS1, das zweite Zapfgetriebeschaltelement ZS2 und das Zapfmodusschaltelement ZS wie in dem fünften Betriebsmodus geschaltet sind.
In einem neunten Betriebsmodus wird nur die erste Abtriebswelle 16 von beiden Elektromaschinen E1, E2 zusammen angetrieben. Dabei wird die zweite Antriebsleistung jedoch nicht über die zweite Zwischenwelle und das Motorkoppelschaltelement MS an die erste Abtriebswelle übertragen. Das Motorkoppelschaltelement MS ist in dem neunten Betriebsmodus geöffnet. Stattdessen ist die zweite Motorwelle 12 mittels des zweiten Schaltelements S2 mit der Zapfzwischenwelle 70 mechanisch wirkverbunden. Zudem ist das erste Zapfgetriebeschaltelemente SZ1 geschlossen und mit dem zweiten Zapfgetriebeschaltelemente SZ2 eine Wirkverbindung zwischen der Zapfzwischenwelle 70 und der ersten Motorwelle über die erste Stirnradstufe 64 des Zapfgetriebes 62 oder die zweite Stirnradstufe 66 des Zapfgetriebes 62 hergestellt. Die zweite Elektromaschine E2 überträgt somit in dem neunten Betriebsmodus deren Antriebsleistung an die erste Abtriebswelle 16 über das Zapfgetriebe 16.
In einem zehnten Betriebsmodus werden beide Abtriebswellen 16, 18 von beiden Elektromaschinen gemeinsam angetrieben. Bei dem zehnten Betriebsmodus entsprechen die Schaltzustände denen oben bei dem neunten Betriebsmodus genannten. Die zweite Antriebsleistung wird also erneut über das zweite Schaltelement S2, die Zapfzwischenwelle 70 und das Zapfgetriebe 62 an die erste Motorwelle übertragen. Zusätzlich ist das Motorkoppelschaltelement MS betätigt, um die von der ersten Elektromaschine E1 und zweiten Elektromaschine E2 kombinierte Antriebsleistung von der ersten Abtriebswelle 16 auch an die zweite Zwischenwelle 74 zu übertragen. Die zweite Zwischenwelle 74 ist mittels des dritten Schaltelements S3 drehfest mit der dritten Zwischenwelle 78 verbunden. Die dritte Zwischenwelle 78 ist mittels des vierten Schaltelements S4 mechanisch mit der zweiten Abtriebswelle 18 wirkverbunden. Es ergibt sich ein starrer Allradantrieb, welcher mit Volllast sehr effizient betrieben werden kann.
Bei dem elften Betriebsmodus entsprechen die Schaltzustände denen oben bei dem zehnten Betriebsmodus genannten. Zusätzlich wird aber auch die Zapfwelle 20 gemeinsam von den beiden Elektromaschinen E1, E2 angetrieben. Dazu ist die Zapfzwischenwelle 70 mittels des Zapfmodusschaltelements ZS mit der Zapfwelle 20 drehfest verbunden. Es ergibt sich ein starrer Allradantrieb mit motorabhängiger Zapfunktion.
Bei einem zwölften Betriebsmodus entsprechen die Schaltzustände denen oben bei dem zehnten Betriebsmodus genannten. Zusätzlich wird auch die Zapfwelle 20 gemeinsam von den beiden Elektromaschinen E1, E2 angetrieben, allerdings wegabhängig statt wie bei dem elften Betriebsmodus motorabhängig. Dazu ist nun die dritte Zwischenwelle 78 statt die Zapfzwischenwelle 70 mittels des Zapfmodusschaltelements ZS mit der Zapfwelle 20 drehfest verbunden. Es ergibt sich ein starrer Allradantrieb mit Wegzapfwellenfunktion.
Bei einem dreizehnten Betriebsmodus kann die Arbeitsmaschine mit Volllast und starrem Allradantrieb angetrieben werden. Dazu ist die erste Motorwelle 10 mittels des ersten Schaltelements S1 mit der ersten Abtriebswelle 16 verbunden. Zudem sind die zweite Zwischenwelle 74 und die erste Abtriebswelle 16 mittels des Motorkoppelschaltelements MS miteinander mechanisch wirkverbunden. Die zweite Abtriebswelle 12 ist mittels des zweiten Schaltelements S2 mit der zweiten Zwischenwelle mechanisch wirkverbunden. Die zweite Zwischenwelle 74 und die dritte Zwischenwelle 78 sind mittels des dritten Schaltelements S3 drehfest miteinander verbunden. Das Zapfmodusschaltelement ZS befindet sich in seiner Neutralstellung. Die dritte Zwischenwelle 78 ist mittels des vierten Schaltelements S4 mit der zweiten Abtriebswelle 18 mechanisch wirkverbunden.
Bei einem vierzehnten Betriebsmodus kann die Arbeitsmaschine mit Volllast bei starrem Allradantrieb und nur von der ersten Elektromaschine E1 angetriebener Zapfwelle 20 betrieben werden. Dazu ist erneut die erste Motorwelle 10 mittels des ersten Schaltelements S1 mit der ersten Abtriebswelle 16 verbunden. Zudem sind erneut die zweite Zwischenwelle 74 und die erste Abtriebswelle 16 mittels des Motorkoppelschaltelements MS miteinander mechanisch wirkverbunden. Die zweite Abtriebswelle 12 ist mittels des zweiten Schaltelements S2 mit der zweiten Zwischenwelle mechanisch wirkverbunden. Die zweite Zwischenwelle 74 und die dritte Zwischenwelle 78 sind mittels des dritten Schaltelements S3 drehfest miteinander verbunden. Das Zapfmodusschaltelement ZS befindet sich in seiner Neutralstellung. Die dritte Zwischenwelle 78 ist mittels des vierten Schaltelements S4 mit der zweiten Abtriebswelle 18 mechanisch wirkverbunden. Zusätzlich zu dem dreizehnten Betriebsmodus ist zudem das erste Zapfgetriebeschaltelement ZS1 betätigt und das zweite Zapfgetriebeschaltelement ZS2 befindet sich nicht in seiner Neutralstellung, sondern verbindet die Zapfzwischenwelle 70 entweder über die erste Stirnradstufe 64 oder die zweite Stirnradstufe 66 des Zapfgetriebes 62 mit der ersten Motorwelle 10. Das Zapfmodusschaltelement ZS verbindet in dem vierzehnten Betriebsmodus die Zapfzwischenwelle 70 drehfest mit der Zapfwelle 20.
Bei einem fünfzehnten Betriebsmodus wird lediglich die Zapfwelle 20 von beiden Elektromaschinen E1, E2 angetrieben. Die beiden Abtriebswellen 16, 18 werden dagegen nicht mit Antriebsleistung versorgt. Zu diesem Zweck ist das erste Schaltelement S1 offen. Das zweite Schaltelement S2 befindet sich in einer Schaltstellung, in welcher die zweite Motorwelle 12 mit der Zapfzwischenwelle 70 mechanisch wirkverbunden ist. Zudem ist das erste Zapfgetriebeschaltelement ZS1 betätigt und das zweite Zapfgetriebeschaltelement ZS2 befindet sich nicht in seiner Neutralstellung, sondern verbindet die Zapfzwischenwelle 70 entweder über die erste Stirnradstufe 64 oder die zweite Stirnradstufe 66 des Zapfgetriebes 62 mit der ersten Motorwelle 10. Das Zapfmodusschaltelement ZS verbindet in dem fünfzehnten Betriebsmodus die Zapfzwischenwelle 70 drehfest mit der Zapfwelle 20.
Bezugszeichen

E1, E2: Elektromaschinen
10, 12: Motorwellen
14: Variator
16, 18: Abtriebswellen
20: Zapfwelle
21, 27, 54, 56: Drehzahlsensor
22: Kegelradstufe
24: Achsdifferentialgetriebe
26: Hinterachse
28: Fahrbremse
30: Radgetriebe
32: Räder
34: Konstantpumpe
36, 40, 42, 52, 60, 72, 76, 80: Stirnradstufe
38: Verstellpumpe
44: Summiergetriebe
46: Sonnenrad
48: Planetenträger
50: Hohlrad
58, 74, 78: Zwischenwellen
62: Zapfgetriebe
64, 66: Stirnradstufen des Zapfgetriebes
68: Bremse
70: Zapfzwischenwelle
MS: Motorkoppelschaltelement
S1, S2, S3, S4: Schaltelemente
ZS1, ZS2: Zapfgetriebeschaltelemente
ZS: Zapfmodusschaltelement

Claims

Antriebsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, wobei die Antriebsvorrichtung eine erste Elektromaschine (E1) mit einer ersten Motorwelle (10), welche dazu ausgebildet ist, eine erste Antriebsleistung an der ersten Motorwelle (10) bereitzustellen, eine zweite Elektromaschine (E2) mit einer zweiten Motorwelle (12), welche dazu ausgebildet ist, eine zweite Antriebsleistung an der zweiten Motorwelle (12) bereitzustellen, einen Variator (14), eine erste Abtriebswelle (16), eine zweite Abtriebswelle (18) und eine Zapfwelle (20) aufweist, wobei die Antriebsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die erste Antriebsleistung von der ersten Motorwelle (10) wahlweise an die erste Abtriebswelle (16), die zweite Abtriebswelle (18), die Zapfwelle (20) sowie an eine Kombination von zwei oder drei dieser Wellen zu übertragen, und die zweite Antriebsleistung von der zweiten Motorwelle (12) wahlweise an die erste Abtriebswelle (16), die zweite Abtriebswelle (18), die Zapfwelle (20) sowie an eine Kombination von zwei oder drei dieser Wellen zu übertragen, wobei der Variator (14) dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Übersetzung bei der Übertragung der ersten Antriebsleistung von der ersten Motorwelle (10) an die erste Abtriebswelle (16) stufenlos zu verändern, und wobei die Antriebsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die zweite Abtriebswelle (18) mit einem Vorlauf zu der ersten Abtriebswelle (16) anzutreiben.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Motorwelle (10) mit einer Zapfzwischenwelle (70) mechanisch wirkverbindbar ist, die erste Motorwelle (10) und der Variator (14) über ein Summiergetriebe (44) mit einer ersten Zwischenwelle (58) mechanisch wirkverbunden sind, die erste Zwischenwelle (58) mittels eines ersten Schaltelements (S1) mit der ersten Abtriebswelle (16) mechanisch wirkverbindbar ist, der Variator (14) mit der ersten Motorwelle (16) mechanisch wirkverbunden ist, die zweite Motorwelle (18) mittels eines zweiten Schaltelements (S2) mit einer Zapfzwischenwelle (70) mechanisch wirkverbindbar ist, die zweite Motorwelle (12) mittels des zweiten Schaltelements (S2) mit einer zweiten Zwischenwelle (74) mechanisch wirkverbindbar ist, die zweite Zwischenwelle (74) mit der ersten Abtriebswelle (16) mittels eines Motorkoppelschaltelements (MS) mechanisch wirkverbindbar ist, die zweite Zwischenwelle (74) mittels eines dritten Schaltelements (S3) mit der Zapfzwischenwelle (70) drehfest verbindbar ist, die zweite Zwischenwelle (74) mittels des dritten Schaltelements (S3) mit einer dritten Zwischenwelle (78) drehfest verbindbar ist, die dritte Zwischenwelle (78) mit der zweiten Abtriebswelle (18) mechanisch wirkverbindbar ist, die Zapfzwischenwelle (70) mittels eines Zapfmodusschaltelements (ZS) mit der Zapfwelle (20) drehfest verbindbar ist und die dritte Zwischenwelle (78) mittels des Zapfmodusschaltelements (ZS) mit der Zapfwelle (20) drehfest verbindbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung ein Zapfgetriebe (62) aufweist, wobei die erste Motorwelle (10) mit der Zapfzwischenwelle (70) mittels des Zapfgetriebes (62) mechanisch wirkverbindbar ist, wobei das Zapfgetriebe (62) eine Eingangswelle, ein erstes reibschlüssiges Zapfgetriebeschaltelement (ZS1), ein zweites formschlüssiges Zapfgetriebeschaltelement (ZS2), eine erste Zapfstirnradstufe (64) und eine zweite Zapfstirnradstufe (66) aufweist, wobei die erste Motorwelle (10) mittels des ersten Zapfgetriebeschaltelements (ZS1) drehfest mit der Eingangswelle verbindbar ist und die Eingangswelle wahlweise über die erste Zapfstirnradstufe (64) oder die zweite Zapfstirnradstufe (66) mittels des zweiten Zapfgetriebeschaltelements (66) mit der Zapfzwischenwelle (70) mechanisch wirkverbindbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (S1) reibschlüssig ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (S2) formschlüssig mit einer ersten Schaltstellung, in welcher die zweite Motorwelle (12) mit der Zapfzwischenwelle (70) mechanisch wirkverbunden ist, mit einer zweiten Schaltstellung, in welcher die zweite Motorwelle (12) mit der zweiten Zwischenwelle (74) mechanisch wirkverbunden ist, und mit einer Neutralstellung ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorkoppelschaltelement (MS) formschlüssig ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (S3) formschlüssig mit einer ersten Schaltstellung, in welcher die zweite Zwischenwelle (74) mit der Zapfzwischenwelle (70) drehfest verbunden ist, einer zweiten Schaltstellung, in welcher die zweite Zwischenwelle (74) mit der dritten Zwischenwelle (78) drehfest verbunden ist, und mit einer Neutralstellung ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zapfmodusschaltelement (ZS) formschlüssig mit einer ersten Schaltstellung, in welcher die Zapfzwischenwelle (70) mit der Zapfwelle (20) drehfest verbunden ist, mit einer zweiten Schaltstellung, in welcher die dritte Zwischenwelle (78) mit der Zapfwelle (20) drehfest verbunden ist, und mit einer Neutralstellung ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Summiergetriebe (44) einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad (46), einem Planetenträger (48) und einem Hohlrad (50) aufweist, wobei die erste Zwischenwelle (58) permanent drehfest mit dem Hohlrad (50) verbunden ist, der Variator (14) mit dem Sonnenrad (46) mechanisch wirkverbunden ist, und die erste Motorwelle (10) mit dem Planetenträger (48) mechanisch wirkverbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung ein viertes Schaltelement (S4) aufweist, wobei die dritte Zwischenwelle (78) mittels des vierten Schaltelements (S4) mit der zweiten Abtriebswelle (18) mechanisch wirkverbindbar ist.
Arbeitsmaschine mit einer ersten Antriebsachse, einer zweiten Antriebsachse und einer Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Antriebsachse (26) mit der ersten Abtriebswelle (16) mechanisch wirkverbindbar ist und wobei die zweite Antriebsachse mit der zweiten Abtriebswelle (18) mechanisch wirkverbindbar ist.