DE102022204881A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe - Google Patents

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Abstract

Ein Leistungsverzweigungsgetriebe weist eine erste Elektromaschine (2) und eine zweite Elektromaschine (3) auf, welche den stufenlosen Zweig des Leistungsverzweigungsgetriebes bilden. Die erste Elektromaschine (2) ist im Durchmesser größer als der Durchmesser der zweiten Elektromaschine (3). Die erste Elektromaschine (2) ist zwischen dem Antriebsmotor (1) und dem Summierungsgetriebe (5) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsverzweigungsgetriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Gattungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe werden in Arbeitsmaschinen wie beispielsweise landwirtschaftliche Maschinen wie Traktoren oder Baumaschinen wie beispielsweise Radlader eingesetzt. Die Leistungsverzweigungsgetriebe weisen einen mechanischen und einen stufenlos verstellbaren Leistungszweig auf, welche über ein Summierungsgetriebe aufsummiert werden.
  • Die DE 10 2019 204 909 A1 offenbart ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Antriebsmotor, welcher einen elektrischen Leistungszweig mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine antreibt und welcher gleichzeitig einen mechanischen Leistungszweig antreibt, wobei beide Leistungszweige in einem Summierungsgetriebe aufsummiert werden.
  • Insbesondere bei landwirtschaftlichen Anwendungen wie beispielsweise Traktoren ist der Bauraum und auch insbesondere die Baulänge des Getriebes sehr beschränkt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Leistungsverzweigungsgetriebe zu schaffen, welches sich insbesondere durch die kompakte Bauweise auszeichnet.
  • Die Aufgabe wird mit einem auf die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe gelöst.
  • Erfindungsgemäß weist das Leistungsverzweigungsgetriebe eine erste elektrische Maschine auf, welche mit dem Antriebsmotor und dem Summierungsgetriebe in Wirkverbindung steht. Der Antriebsmotor kann ein Verbrennungsmotor sein, es ist aber auch möglich, dass der Antriebsmotor ein elektrischer Motor ist. Die erste elektrische Maschine ist elektrisch verbunden mit der zweiten elektrischen Maschine, wobei die zweite elektrische Maschine ebenfalls mit dem Summierungsgetriebe in Wirkverbindung steht. Dadurch entsteht ein primär gekoppeltes Getriebe.
  • Die erste elektrische Maschine weist einen größeren Durchmesser auf als die zweite elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine weist eine größere Baulänge auf als die erste elektrische Maschine. Dadurch ist es möglich, die erste elektrische Maschine koaxial zur Getriebeeingangswelle in axialer Richtung zwischen dem Summierungsgetriebe und dem Antriebsmotor anzuordnen und die zweite elektrische Maschine radial außerhalb des Summierungsgetriebes jedoch im Bereich des Summierungsgetriebes anzuordnen.
  • Dadurch entsteht ein Leistungsverzweigungsgetriebe, welches eine geringe Gesamtlänge aufweist. Bedingt durch den geringen Durchmesser der zweiten elektrischen Maschine weist diese eine geringe Massenträgheit auf, wodurch eine hohe Verstellgeschwindigkeit der Übersetzung möglich ist. Auch die radiale Erstreckung des Leistungsverzweigungsgetriebes bleibt gering, da die zweite elektrische Maschine einen geringen Durchmesser aufweist. Dadurch besteht die Möglichkeit, neben dem Summierungsgetriebe, welches mit der Schaltwalze verbunden ist, noch weitere Komponenten wie beispielsweise eine hydraulische Getriebesteuerung oder die zu den elektrischen Maschinen gehörenden Wechselrichter direkt am Getriebe anzuordnen. Da die erste elektrische Maschine drehfest mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist, besteht die Möglichkeit, die erste elektrische Maschine koaxial am Getriebeeingang anzuordnen. Die erste elektrische Maschine hat einen größeren Durchmesser und eine geringere axiale Baulänge, wodurch die Gesamtbaulänge des Getriebes sich nicht wesentlich vergrößert.
  • Indem die erste elektrische Maschine einen großen Durchmesser aufweist, besteht die Möglichkeit, ein Untersetzungsgetriebe in Planetenbauweise innerhalb der ersten elektrischen Maschine anzuordnen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine gegenüber der Getriebeeingangsdrehzahl zu erhöhen. Somit kann der Antriebsmotor mit einer geringeren Drehzahl betrieben werden, ohne dass die erste elektrische Maschine ebenfalls diese geringe Drehzahl aufweisen muss. Durch die Verwendung dieses zusätzlichen Planetenuntersetzungsgetriebes vergrößert sich auch die Baulänge des Leistungsverzweigungsgetriebes nicht.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform besteht die Möglichkeit, zwischen der Getriebeeingangswelle und dem Antriebsmotor eine Kupplung anzuordnen, mittels welcher der Kraftfluss vom Antriebsmotor zur Getriebeeingangswelle unterbrochen werden kann.
  • Weist das Leistungsverzweigungsgetriebe zusätzlich eine elektrische Speichereinrichtung auf, besteht die Möglichkeit auch bei stillstehendem Antriebsmotor das Fahrzeug über die erste elektrische Maschine anzutreiben. Auch diese Kupplung mit welcher der Antriebsmotor getrennt werden kann, kann innerhalb der ersten elektrischen Maschine angeordnet werden, wodurch sich die Baulänge des Leistungsverzweigungsgetriebes nicht vergrößert.
  • Eine elektronische Steuereinrichtung kann die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine so ansteuern, dass die erste elektrische Maschine mehr elektrische Energie bereitstellt als die zweite elektrische Maschine benötigt. Dadurch besteht die Möglichkeit, sowohl eine elektrische Speichereinrichtung, beispielsweise eine Batterie zu laden oder weitere elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen. Des Weiteren gibt es Betriebspunkte, bei denen beide elektrische Maschinen gleichzeitig genutzt werden können, um elektrische Energie weiteren elektrischen Verbrauchern bereitzustellen oder eine Batterie zu laden. Dies wird auch cogeneratorischer Betrieb genannt.
  • Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
  • Es zeigen:
    • 1 ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe;
    • 2 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Untersetzungsgetriebe zwischen der Getriebeeingangswelle und der ersten elektrischen Maschine;
    • 3 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Untersetzungsgetriebe zwischen der ersten elektrischen Maschine und der Getriebeeingangswelle;
    • 4 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Untersetzungsgetriebe zwischen der ersten elektrischen Maschine und der Getriebeeingangswelle und 5 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einer Kupplung zwischen der Getriebeeingangswelle und dem Antriebsmotor.
    • 6 ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Untersetzungsgetriebe zwischen der ersten elektrischen Maschine und der Getriebeeingangswelle, wobei die Getriebeeingangswelle nicht koaxial zum Summierungsgetriebe angeordnet ist.
  • Figur 1:
  • Ein Antriebsmotor 1 treibt über einen Torsionsdämpfer 12 eine Getriebeeingangswelle 4 an. Die Getriebeeingangswelle 4 ist einerseits mit einer ersten elektrischen Maschine 2 verbunden. Die Getriebeeingangswelle 4 ist ebenso mit einem Hohlrad des Summierungsgetriebes 5, welches als Planetengetriebe ausgebildet ist, verbunden. Die Getriebeeingangswelle 4 ist ebenso mit dem Nebenabtrieb 9 verbunden. Die erste elektrische Maschine 2 ist koaxial zur Getriebeeingangswelle 4 angeordnet. Das Summierungsgetriebe ist koaxial zur ersten elektrischen Maschine 2 angeordnet. Die erste elektrische Maschine 2 ist zwischen dem Antriebsmotor 1 und dem Summierungsgetriebe 5 angeordnet. Die zweite elektrische Maschine 3 treibt über ein Stirnradgetriebe das Sonnenrad des Summierungsgetriebes 5 an. Der Durchmesser der ersten elektrischen Maschine 2 ist größer als der Durchmesser der zweiten elektrischen Maschine 3. Die Baulänge der ersten elektrischen Maschine 2 ist kleiner als die Baulänge der zweiten elektrischen Maschine 3. Das Summierungsgetriebe 5 ist in Wirkverbindung mit weiteren Planetengetrieben, welche über die Kupplungen K1, K2, K3, K4 und die Bremse B vier Fahrbereiche schalten können. Das Summierungsgetriebe 5 mit den weiteren Planetengetrieben wird auch als Schaltwalze bezeichnet. Radial außerhalb der Schaltwalze, jedoch im axialen Bereich der Schaltwalze, ist die zweite elektrische Maschine 3 angeordnet. Durch den geringen Durchmesser der zweiten elektrischen Maschine 3 verbreitert sich das Getriebe nur unwesentlich. Über die Kupplung für Vorwärtsfahrt KV und die Kupplung für Rückwärtsfahrt KR besteht die Möglichkeit, die Fahrbereiche in Vorwärts- und Rückwärtsfahrt zu verwenden. Über den Anschluss zur Hinterachse 10 und den Anschluss zur Vorderachse 11 werden die Antriebsräder der Hinterachse und Vorderachse angetrieben. In der Tabelle sind die Kupplungen angeführt, welche zum Schalten der Fahrbereiche in Vorwärtsfahrtrichtung und der Fahrbereiche in Rückwärtsfahrtrichtung notwendig sind. In der ersten Zeile ist der erste Fahrbereich in Vorwärtsfahrtrichtung dargestellt, in der zweiten Zeile ist der zweite Fahrbereich in Vorwärtsfahrtrichtung dargestellt, in der dritten Zeile ist der dritte Fahrbereich in Vorwärtsfahrtrichtung dargestellt, und in der vierten Zeile ist der vierte Fahrbereich in Vorwärtsfahrtrichtung dargestellt. In der fünften Zeile ist der erste Fahrbereich in Rückwärtsfahrtrichtung dargestellt, in der sechsten Zeile ist der zweite Fahrbereich in Rückwärtsfahrtrichtung dargestellt, in der siebten Zeile ist der dritte Fahrbereich in Rückwärtsfahrtrichtung dargestellt, und in der achten Zeile ist der vierte Fahrbereich in Rückwärtsfahrtrichtung dargestellt.
  • Figur 2:
  • Die 2 unterscheidet sich von der 1 dadurch, dass innerhalb der ersten elektrischen Maschine 2 ein Planetengetriebe 13 angeordnet ist, welches die Drehzahl zwischen der Getriebeeingangswelle 4 und der ersten elektrischen Maschine 2 erhöht. Bei diesem Planetengetriebe 13 ist das Sonnenrad mit der ersten elektrischen Maschine 2 wirkverbunden und der Planetenträger mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden. Das Hohlrad ist ortsfest gehalten.
  • Figur 3:
  • Die 3 unterscheidet sich von der 2 dadurch, dass beim Planetengetriebe 13 das Sonnenrad mit der ersten elektrischen Maschine 2 wirkverbunden ist und das Hohlrad mit der Getriebeeingangswelle 4 wirkverbunden ist. Der Planetenträger ist ortsfest gehalten.
  • Figur 4:
  • Die 4 unterscheidet sich von der 3 dadurch, dass beim Planetengetriebe 13 das Hohlrad mit der ersten elektrischen Maschine 2 wirkverbunden ist und das Sonnenrad ortsfest gehalten ist. Der Planetenträger ist mit der Getriebeeingangswelle 4 wirkverbunden.
  • Figur 5:
  • Die 5 unterscheidet sich von der 1 dadurch, dass innerhalb der ersten elektrischen Maschine 2 eine Kupplung 14 angeordnet ist, mittels welcher der Kraftfluss vom Antriebsmotor 1 zur Getriebeeingangswelle 4 unterbrochen werden kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, elektrische Energie von der elektrischen Speichereinrichtung 6 bei stillstehendem Antriebsmotor 1 und geöffneter Kupplung 14 zur ersten elektrischen Maschine 2 zu führen, um die Getriebeeingangswelle 4 durch die elektrische Maschine 2 anzutreiben. Dadurch kann rein elektrisch gefahren werden.
  • Figur 6:
  • Die 6 unterscheidet sich von der 4 dadurch, dass die Getriebeeingangswelle 4 beabstandet zur Drehachse des Summierungsgetriebes 5 angeordnet ist. Das Planetengetriebe 13 kann wie in der 4 ausgebildet sein, es besteht aber auch die Möglichkeit das Planetengetriebe 13 wie in den 2 oder 3 auszubilden oder vollends wie in der 1 entfallen zu lassen oder eine Kupplung 14 wie in der 5 anzuordnen.
  • Die Getriebeeingangswelle 4 kann radial gegenüber dem Antrieb zur Hinterachse 10 und die elektrische Maschine 3 kann gegenüber dem Summierungsgetriebe 5 angeordnet werden. Dadurch entsteht in radialer Richtung ein kompaktes Getriebe. Dadurch dass das Summierungsgetriebe 5 nicht koaxial zur Getriebeeingangswelle 4 angeordnet ist, kann die elektrische Maschine 3 vergleichsweise nah an die Welle des Nebenabriebs 9 herangeführt werden und das Gesamtgetriebe baut insgesamt schmaler.
  • Bezugszeichen
    • 1
    Antriebsmotor
    2
    elektrische Maschine
    3
    elektrische Maschine
    4
    Getriebeeingangswelle
    5
    Summierungsgetriebe
    6
    elektrische Speichereinrichtung
    7
    elektronische Steuerung
    8
    elektrische Verbraucher
    9
    Nebenabtrieb
    10
    Hinterachse
    11
    Antrieb zur Vorderachse
    12
    Torsionsdämpfer
    13
    Planetengetriebe
    14
    Kupplung
    K1
    Kupplung
    K2
    Kupplung
    K3
    Kupplung
    K4
    Kupplung
    KV
    Kupplung für Vorwärtsfahrt
    KR
    Kupplung für Rückwärtsfahrt
    B
    Bremse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019204909 A1 [0003]

Claims (11)

  1. Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem ersten Leistungszweig und einem zweiten Leistungszweig, welche mittels eines Summierungsgetriebes (5) summiert werden, wobei der erste Leistungszweig eine erste Elektromaschine (2) und eine zweite Elektromaschine (3) aufweist, wobei die erste Elektromaschine (2) mit einer von einem Antriebsmotor (1) antreibbarer Getriebeeingangswelle (4) und dem Summierungsgetriebe (5) in Wirkverbindung steht und die zweite Elektromaschine (3) mit dem Summierungsgetriebe (5) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (2) zwischen dem Antriebsmotor (1) und dem Summierungsgetriebe (5), koaxial zur Getriebeeingangswelle (4) angeordnet ist und die zweite Elektromaschine (3) radial außerhalb des Summierungsgetriebes (5) angeordnet ist und die erste Elektromaschine (2) einen größeren Durchmesser aufweist als die zweite Elektromaschine (3).
  2. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (2) kürzer ist als die zweite Elektromaschine (3).
  3. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsgetriebe (5) als Planetengetriebe ausgebildet ist.
  4. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsgetriebe (5) mit weiteren Planetengetrieben zusammenwirkt und eine Schaltwalze bildet.
  5. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektromaschine (3) im axialen Bereich der Schaltwalze angeordnet ist.
  6. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (2) elektrisch mit der zweiten Elektromaschine (3) verbunden ist und die erste Elektromaschine (2) mehr elektrische Leistung erzeugen kann, als die zweite elektrische Maschine (3) benötigt und diese überschüssige Leistung weiteren elektrischen Verbrauchern zur Verfügung gestellt wird.
  7. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Getriebeeingangswelle (4) und der ersten elektrischen Maschine (2) eine Kupplung (14) angeordnet ist, mittels welcher der Kraftfluss der Antriebsmaschine (1) von der Getriebeeingangswelle (4) unterbrochen werden kann.
  8. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Getriebeeingangswelle (4) und der ersten elektrischen Maschine (2) ein Planetengetriebe (13) wirkverbunden angeordnet ist, wobei die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (4) sich von der Drehzahl der ersten Elektromaschine (2) unterscheidet.
  9. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der ersten Elektromaschine (2) verbundene Planetengetriebe (13) innerhalb der axialen Erstreckung der ersten Elektromaschine (2) angeordnet ist.
  10. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (2) mit der elektrischen Speichereinrichtung (6) wirkverbunden ist.
  11. Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Speichereinrichtung (6) die erste Elektromaschine (2) mit elektrischer Energie speist.
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