DE10257413A1

DE10257413A1 - Variables Differentialantriebssystem

Info

Publication number: DE10257413A1
Application number: DE10257413A
Authority: DE
Inventors: Stephen E Schuster; Michael E Vanderham; Edward L Zwilling
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2003-07-24
Also published as: JP2003207023A; US20030119620A1

Abstract

Antriebssystem, wobei die Fähigkeit vorgesehen ist, kontinuierlich variable und unterschiedliche Ausgangsgrößen zu schaffen. Das Antriebssystem kann ein Leistungsquellensystem sowie erste, zweite und dritte variable Antriebseinheiten umfassen, die an das Leistungsquellensystem gekuppelt sind. Das Antriebssystem kann auch erste und zweite Planetengetriebeanordnungen umfassen, deren jede ein Sonnenrad, ein Ringrad, einen Träger bzw. Planetenradträger und eine Vielzahl von Planetenelememten bzw. Planetenrädern aufweist. Die erste variable Antriebseinheit kann mechanisch an die erste Planetengetriebeanordnung gekuppelt werden. Die zweite variable Antriebseinheit kann mechanisch an die zweite Planetengetriebeanordnung gekuppelt werden. Die dritte variable Antriebseinheit kann mechanisch an die erste und an die zweite Planetengetriebeanordnung gekuppelt werden. Das Antriebssystem kann auch erste und zweite Abtriebswellen umfassen, die jeweils an die ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt sind.

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Antriebssystem mit der Fähigkeit, eine kontinuierlich variable und differentielle Ausgangsgröße vorzusehen, und insbesondere auf ein Antriebssystem, das drei Antriebseinheiten und zwei Planetengetriebesätze verwendet.

Hintergrund

Viele Maschinen, einschließlich Ackerbau- oder industrielle Traktoren, Erdbewegungsmaschinen bzw. Erdbewegungsausrüstungen und Lastkraftwagen weisen unabhängige oder quasi-unabhängige Rad- (und/oder Ketten-) Antriebssysteme auf. Diese Antriebssysteme können unterschiedliche Ausgangsgrößen aufweisen, und zwar ansprechend auf unterschiedliche Antriebszustände bzw. Antriebsbedingungen. Wenn beispielsweise ein Antrieb in einer Kurve erfolgt, kann ein individuelles Radantriebssystem das äußere Rad mit einer unterschiedlichen Drehzahl gegenüber dem inneren Rad antreiben, wodurch das Schlupfrisiko reduziert wird.
Auch können es beispielsweise unterschiedliche Drehmomentausgangsgrößen zulassen, dass eine Traktion unter beiden Rädern aufrechterhalten bleibt, und zwar selbst unter stark variierenden Traktionsbedingungen. Ein bekannter Weg, unterschiedliche oder ungleiche Drehmomente zwischen den Antriebsrädern vorzusehen, besteht darin, sich jeder Drehzahldifferenz zwischen den Antriebsrädern zu widersetzen, typischerweise durch Bremsen eines der Räder. Dies führt jedoch zu einem Wirkungsgrad- bzw. Leistungsverlust.
Antriebssysteme, die individuelle Elektromotore verwenden, die an die individuellen Abtriebswellen gekuppelt sind, sind bekannt. Beispielsweise wurden an jede Abtriebswelle gekuppelte und durch eine Steuervorrichtung gesteuerte Elektromotore verwendet, um kontinuierlich variable Antriebssysteme vorzusehen. Kontinuierlich variable Antriebssysteme sehen eine stufenlose Einstellung der Raddrehzahl vor. Diese individuellen Elektromotore müssen so ausgelegt sein, dass sie das gesamte Maximaldrehmoment vorsehen, wenn ein Rad schlupft, infolge unvorteilhafter Traktionsbedingungen, während das andere Rad und sein korrespondierender Elektromotor das gesamte Drehmoment liefern muss. Dieses Erfordernis, dass jeder Motor ausgelegt werden muss, um das gesamte Maximaldrehmoment vorzusehen, führt zu einer Minderleistung und macht es schwierig, eine Baugrößenreduzierung zu erreichen.

Darüber hinaus sind Hybridsysteme bekannt, die sowohl einen Motor, als auch einen elektrischen Generator verwendet, um die Abtriebswellen anzutreiben. In Serienhybridsystemen treibt der Motor den elektrischen Generator an, der wiederum eine gemeinsame Antriebswelle oder unabhängige Abtriebswellen antreibt. In parallelen Hybridsystemen werden die Antriebswelle oder die Abtriebswellen alternativ durch den Motor über ein mechanisches Getriebe oder durch den elektrischen Generator (oder Brennstoffzellen) über die Elektromotoren angetrieben. In einem anderen bekannten Hybridsystem, wie beispielsweise beim Gegenstand der US-PS 5,947,855, wird jedes Rad durch eine mechanische Kraft eines Motor angetrieben, kombiniert (über ein "Summiergetriebe") mit einer Kraft eines mit dem Rad assoziierten bzw. verbundenen Elektromotors. Dies ist ein unbequemes System, das separate Summiergetriebe für jedes angetriebene Rad erfordert, in Verbindung mit einer mechanischen Übertragung und Wechseldrehzahlgetriebebox.

Somit ergibt sich die Notwendigkeit in der Antriebssystemindustrie, insbesondere in Hinblick auf mit Ketten angetriebene Maschinen für kompakte und wirksame Antriebssysteme kontinuierlich variable Ausgangsdrehmomente und/oder Drehzahlen, in Verbindung mit der Schaffung unterschiedlicher Ausgangsgrößen vorzusehen. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der Probleme oder Nachteile in Zusammenhang mit Systemen des Standes der Technik zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

In einem Aspekt der Erfindung ist ein Antriebssystem vorgesehen, das kontinuierlich variable und unterschiedliche Ausgangsgrößen schaffen kann. Das Antriebssystem kann ein Leistungsquellensystem, und erste, zweite und dritte variable Antriebseinheiten umfassen, die an das Leistungsquellensystem gekuppelt sind. Das Antriebssystem kann auch erste und zweite Planetengetriebeanordnungen umfassen, deren jedes ein Sonnenrad bzw. Sonnenzahnrad, ein Ringrad bzw. Ringzahnrad bzw. Hohlrad, einen Träger bzw. Planetenradträger und eine Vielzahl von Planetenelementen bzw. Planetenrädern aufweist. Die erste variable Antriebseinheit kann an die erste Planetengetriebeanordnung mechanisch gekuppelt bzw. gekuppelt sein. Die zweite variable Antriebseinheit kann mechanisch an die zweite Planetengetriebeanordnung gekuppelt sein. Die dritte variable Antriebseinheit kann an die erste Planetengetriebeanordnung und die zweite Planetengetriebeanordnung mechanisch gekuppelt sein. Das Antriebssystem kann auch erste und zweite Abtriebswellen aufweisen, die jeweils an die ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt sind.

In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Antriebssystem, das kontinuierliche variable und unterschiedliche Ausgangsgrößen vorsehen kann, ein Leistungsquellensystem, das einen Verbrennungsmotor umfassen kann, der an einen elektrischen Generator gekuppelt ist. Das Antriebssystem kann auch erste, zweite und dritte an den elektrischen Generator gekuppelte elektrische Antriebseinheiten sowie erste und zweite Planetengetriebeanordnungen umfassen, wobei jede Planetengetriebeanordnung ein Sonnenrad, ein Ringrad, einen Träger und eine Vielzahl von Planetenelementen aufweist. Die erste elektrische Antriebseinheit kann mechanisch über ein erstes Zahnrad an das Ringrad der ersten Planetengetriebeanordnung gekuppelt sein. Die zweite elektrische Antriebseinheit kann mechanisch über ein zweites Zahnrad an das Ringrad der zweiten Planetengetriebeanordnung gekuppelt sein. Die dritte elektrische Antriebseinheit kann mechanisch an das Sonnenrad der ersten Planetengetriebeanordnung und an das Sonnenrad der zweiten Planetengetriebeanordnung gekuppelt sein. Das Antriebssystem kann ferner erste und zweite Abtriebswellen umfassen, die jeweils an den Träger der ersten Planetengetriebeanordnung und an den Träger der zweiten Planetengetriebeanordnung gekuppelt sind.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Schaffung variabler und differentieller Ausgangsgrößen zu den ersten und zweiten Abtriebswellen vorgesehen. Die ersten und zweiten Abtriebswellen können jeweils an die ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt sein. Das Verfahren kann folgende Schritte umfassen: Vorsehen einer ersten variablen Antriebseinheit, die an die erste Planetengetriebeanordnung gekuppelt ist; Vorsehen einer zweiten variablen Antriebseinheit, die an die zweite Planetengetriebeanordnung gekuppelt ist; und Vorsehen einer dritten variablen Antriebseinheit, die sowohl an die erste, als auch an die zweite Planetengetriebeanordnung gekuppelt ist. Das Verfahren kann auch folgende weitere Schritte umfassen: Betätigen der ersten Antriebseinheit, um die erste Abtriebswelle anzutreiben; Betätigen der zweiten Antriebseinheit, um die zweite Abtriebswelle anzutreiben; und Betätigen der dritten Antriebseinheit, um die ersten und zweiten Abtriebswellen anzutreiben;

Kurze Beschreibung der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems gemäß der Erfindung; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems gemäß der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems, das kontinuierlich variable und Differential- bzw. unterschiedliche Ausgangsgrößen vorsehen kann. Das Antriebssystem gemäß Fig. 1 umfasst drei variable Antriebseinheiten 30, 40, 50 und zwei Planetengetriebeanordnungen 60,70.
Das Antriebssystem 10 umfasst ein Leistungsquellensystem 20 und am Leistungsquellensystem 20 gekuppelte erste, zweite und dritte variable Antriebseinheiten 30,40,50. In einem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst ein Leistungsquellensystem 20 einen Verbrennungsmotor 22, der an einen elektrischen Generator 24 gekuppelt ist. Der Verbrennungsmotor 22 kann durch Benzin, Dieselöl oder andere alternative Kraftstoffe mit Kraftstoff versorgt werden. Der elektrische Generator 24 kann irgendein geeigneter elektrischer Generator sein, wie ihn der Fachmann kennt. Alternativ kann, wie in Fig. 3 gezeigt, das Leistungsquellensystem 20 eine Gasturbine 25 umfassen, die an den elektrischen Generator 24 gekuppelt ist. Das Leistungsquellensystem 20 kann, wie in Fig. 4 gezeigt, auch eine Brennstoffzelle 26 umfassen, wie beispielsweise eine Batterie, die wiederaufladbar sein kann. Die Brennstoffzelle 26 kann oder kann nicht an den elektrischen Generator 24 gekuppelt sein. Das Leistungsquellensystem 20 kann mit den variablen Antriebseinheiten 30,40,50 elektrisch verbunden sein. Ferner kann das Leistungsquellensystem 20, wie in Fig. 5 gezeigt, auch eine hydraulische Pumpe 27 umfassen, wie sie beispielsweise dem Fachmann bekannt sind. Die hydraulische Pumpe 27 kann mit den variablen Antriebseinheiten 30,40,50 hydraulisch verbunden sein.
Die variablen Antriebseinheiten 30,40,50 können variable elektrische Antriebseinheiten 32,42,52 sein (wie in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt) oder variable hydraulische Antriebseinheiten 34, 44, 54 sein (wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt) oder eine Kombination der beiden sein. Geeignete variable Antriebseinheiten können standardisierte lagerübliche oder speziell für diese besondere Anwendung konstruierte Antriebseinheiten sein. Variable elektrische Antriebseinheiten können effizienter sein, als variable hydraulische Antriebseinheiten, während variable hydraulische Antriebseinheiten kompakter sein können, als variable elektrische Antriebseinheiten. Ferner könnten in allen offenbarten Ausführungsbeispielen eine oder mehrere elektrische Antriebseinheiten 32, 42, 52 substituiert bzw. ersetzt werden für eine oder mehrere hydraulische Antriebseinheiten 34, 44, 54, und umgekehrt.
Das Antriebssystem 10 umfasst ferner erste und zweite Planetengetriebeanordnungen 60, 70. Wie in den Fig. 1-7 gezeigt, umfasst jede Planetengetriebeanordnung 60, 70 ein Sonnenrad bzw. Sonnenzahnrad 62, 72, ein Ringrad bzw. Hohlrad 64, 74, einen Träger bzw. Planetenradträger 66, 76 bzw. eine Vielzahl von Planetenelementen bzw. Planetenrädern 68, 78.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die erste variable Antriebseinheit 30 an die erste Planetengetriebeanordnung 60 gekuppelt, und die zweite variable Antriebseinheit 40 ist an die zweite Planetengetriebeanordnung 70 gekuppelt. Die dritte variable Antriebseinheit 50 ist eine gemeinsame Antriebseinheit, das heißt, sie ist sowohl an die erste Planetengetriebeanordnung 60, als auch an die zweite Planetengetriebeanordnung 70 gekuppelt.
Auch sind, wie in Fig. 1 gezeigt, die ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen 60, 70 jeweils an die ersten und zweiten Abtriebswellen bzw. Ausgangswellen 80, 82 gekuppelt. Die ersten und zweiten Abtriebswellen 80, 82 können direkt oder indirekt an den Antriebsketten oder Rädern angebracht werden. Beispielsweise können die Abtriebswellen 80, 82 jeweils an die Endantriebe 85, 87 gekuppelt werden, wie in Fig. 2 gezeigt, die wiederum an Ketten 90 gekuppelt sind. Die Endantriebe 85, 87 können Drehzahl vermindernde Endantriebe sein, wie beispielsweise zweifach reduzierende Endantriebe. Die Endantriebe können auch Drehzahl erhöhende Endantriebe sein.
Die Verwendung der drei Antriebseinheiten, einschließlich der gemeinsamen variablen Antriebseinheit 50, gestattet es, dass die Übertragung der Drehmomentfähigkeit der Antriebseinheiten effizienter erfolgt, verglichen mit einem Antriebssystem, das eine einzige unabhängige Antriebseinheit aufweist, die mit jeder Abtriebswelle assoziiert ist. Darüber hinaus, wie nachfolgend beschrieben, wenn die Abtriebsdrehmomentwerte der Abtriebswellen 80,82 entgegengesetzte Vorzeichen haben, so kann dieses Antriebssystem die mechanische Regeneration von einer Ausgangsgröße zur anderen Ausgangsgröße vorsehen. Zusätzlich, auch wie nachfolgend beschrieben, können unter bestimmten Betriebsbedingungen die ersten und zweiten variablen Antriebseinheiten 30, 40 Leistung zum Leistungsquellensystem 20 zurückführen.
Die variablen Antriebseinheiten 30, 40, 50 und die Abtriebswellen 80, 82 können mit den Elementen der Planetengetriebeanordnungen 60, 70 in irgendeiner der verschiedenen Konfigurationen gekuppelt werden. Während eine Anzahl dieser Konfigurationen in der Zeichnung wiedergegeben sind, ist dem Fachmann klar, dass auch andere Konfigurationen möglich sind. Die spezifische Konfiguration hängt von der Anwendung ab und zieht beispielsweise die Nenngrößen (ratings) der Antriebseinheiten, die physikalischen Parameter der Planetengetriebeanordnungen und die Ausgangsgrößenbetriebserfordernisse in Betracht.
Beispielsweise ist in einem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 2 gezeigt, die elektrische Antriebseinheit 32 an das Ringrad 64 mechanisch gekuppelt. Diese mechanische Kopplung kann beispielsweise ein Zahnrad 83, wie in Fig. 2 gezeigt, oder andere Kopplungsmittelsysteme umfassen. In ähnlicher Weise ist die elektrische Antriebseinheit 42 an das Ringrad 74 auch über ein Zahnrad 84 oder andere Mittel mechanisch gekuppelt. Somit können die elektrischen Antriebseinheiten 32, 42 die Ringräder 64, 74 in Drehung versetzen, und zwar innerhalb der Drehzahl- und Drehmomentkapazitäten der Antriebseinheit. Auch ist, wie in Fig. 2 gezeigt, die elektrische Antriebseinheit 52, die gemeinsame Antriebseinheit, sowohl an das Sonnenrad 62 als auch an das Sonnenrad 72 gekuppelt. Die elektrische Antriebseinheit 52 kann beispielsweise über eine direkte Verbindung, wie beispielsweise die Wellen 86, an die Sonnenräder 62, 72 gekuppelt sein. Alternativ kann ein (hier nicht dargestelltes) Getriebesystem die elektrische Antriebseinheit 52 mit den Sonnenrädern 62, 72 verbinden. Die Abtriebswellen 80,82 sind jeweils an die Träger 66, 76 gekuppelt. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel sieht typischerweise eine Drehzahlreduzierungsfähigkeit vor, die an den Abtriebswellen mit einer relativ hohen Drehmomentfähigkeit gekuppelt ist. Darüber hinaus kann das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 relativ leicht zusammengebaut werden.
Die Antriebseinheiten 30, 40 und 50 können mit den Komponenten der Planetengetriebeanordnungen 60, 70 in jedweder Vielzahl von Wegen gekuppelt werden. Beispielsweise kann, und zwar nur mittels eines Beispiels und in Abhängigkeit von der Konfiguration des Antriebssystems 10, die Antriebseinheit 30 an das Ringrad 64 oder an das Sonnenrad 62 oder an den Träger 66 gekuppelt werden über ein Zahnrad 83, wie beispielsweise ein Stirnzahnrad, ein Schneckengetriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe, ein Getriebesystem 88, ein Kettenantrieb 81, ein Reibungsantrieb 89, wie beispielsweise ein Riemenantrieb, oder in jedweder Kombination derselben. In ähnlicher Weise kann die Antriebseinheit 40 an das Ringrad 74, das Sonnenrad 72 oder den Träger 76 gekuppelt sein, und die Antriebseinheit 50 kann an die Ringräder 64, 74, die Sonnenräder 62, 72 oder die Träger 66, 76 über diese gleichen Mechanismen gekuppelt sein. Darüber hinaus brauchen die Kupplungen zwischen den Antriebseinheiten und den Komponenten der Planetengetriebeanordnungen 60, 70 nicht auf irgendein besonderes Drehzahlverhältnis limitiert zu werden, könnte jedoch Reduzierverhältnisse, Vergrößerungsverhältnisse oder sogar ein Eins-Zu-Eins- Verhältnis einschließen. Dies kann ein zusätzliches Maß an Flexibilität vorsehen bzw. schaffen, da die Auswahl des Drehzahlverhältnisses die Bemessung der Antriebseinheiten beeinflussen könnte. Darüber hinaus kann die entfernbare bzw. lösbare Kupplung der Antriebseinheiten an die Komponenten der Planetengetriebeanordnungen eine weitere Flexibilität dadurch schaffen, dass die Drehzahlverhältnisse zwischen den Antriebseinheiten und den Komponenten der Planetengetriebeanordnung durch Ändern des Drehzahlverhältnisses der Kuppelung bzw. Kupplung leicht geändert werden könnte.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 3 gezeigt, sind die elektrischen Antriebseinheiten 32, 42 über ein Getriebesystem 88 jeweils an die Sonnenräder 62, 72 gekuppelt, wodurch die Sonnenräder in Drehung versetzt werden. Natürlich ist es klar, dass auch eine direkte Wellenverbindung möglich ist. Die elektrische Antriebseinheit 52 ist an das Ringrad 64 und an das Ringrad 74gekuppelt. Wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, sind die Abtriebswellen 80, 82 jeweils an die Träger 66, 76 gekuppelt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 4 gezeigt, sind die elektrischen Antriebseinheiten 32,42 jeweils mit den Trägern 66, 76 gekuppelt. Die gemeinsame elektrische Antriebseinheit 52 ist mit den Sonnenrädern 62, 72 gekuppelt. Die Abtriebswellen 80,82 sind jeweils mit den Ringrädern 64, 74 gekuppelt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 5 gezeigt, sind die hydraulischen Antriebseinheiten 34, 44 jeweils an die Sonnenräder 62, 72 gekuppelt. Die gemeinsame hydraulische Antriebseinheit 54 ist an die Träger 66, 76 gekuppelt. Wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, sind die Abtriebswellen 80, 82 jeweils an die Ringräder 64, 74 gekuppelt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 6 gezeigt, sind die hydraulischen Antriebseinheiten 34,44 jeweils an die Träger 66, 76 gekuppelt. Die gemeinsame hydraulische Antriebseinheit 54 ist an die Ringräder 64, 74 gekuppelt. Die Abtriebswellen 80,82 sind jeweils an die Sonnenräder 62, 72 gekuppelt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 7 gezeigt, sind die Antriebseinheiten 30, 40 jeweils an die Ringräder 64, 74 gekuppelt. Die gemeinsame Antriebseinheit 50 ist an die Träger 66, 76 gekuppelt. Wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind die Abtriebswellen 80, 82 jeweils an die Sonnenräder 62, 72 gekuppelt. Die Kupplung der Abtriebswellen an die Sonnenräder führt typischerweise zu einer relativ hohen Drehzahlausgangsgröße.

Industrielle Anwendbarkeit

Das Antriebssystem gemäß Fig. 1 kann angepasst bzw. angewandt werden an die Verwendung an mit Rädern oder Kettentrieb versehenen Maschinen. Insbesondere kann das Antriebssystem gemäß Fig. 1 besonders geeignet sein zum Gebrauch bei landwirtschaftlichen Traktoren oder Erdbewegungsbulldozern.
Eine beispielhafte Anwendung der Erfindung könnte bei einem landwirtschaftlichen Traktor erfolgen, der mit einem Verbrennungsmotor 22 versehen ist, der an den elektrischen Generator 24 gekuppelt ist. Gemäß Fig. 2 können die erste, zweite und dritte variable elektrische Antriebseinheit 32, 42, 52 elektrisch an den elektrischen Generator 24 und an die erste und zweite Planetengetriebeanordnung 60, 70 gekuppelt sein. Das Stirnrad 83 kann verwendet werden, um die erste variable elektrische Antriebseinheit 32 an das Ringrad 64 der ersten Planetengetriebeanordnung 60 zu kuppeln. In ähnlicher Weise kann ein anderes Stirnrad 84 verwendet werden, um die zweite variable elektrische Antriebseinheit 42 an das Ringrad 74 der zweiten Planetengetriebeanordnung 70 zu kuppeln. Eine Antriebswelle 86 kann die dritte variable elektrische Antriebseinheit 52 mechanisch an die Sonnenräder 62, 72 sowohl von der ersten als auch von der zweiten Planetengetriebeanordnung 60, 70 kuppeln. Die ersten und zweiten Abtriebswellen 80,82 können jeweils mit ihren ersten Enden an die Träger 66,76 der ersten und zweiten Planetengetriebeanordnung 60, 70 gekuppelt werden und mit ihren zweiten Enden an die Endantriebe 85, 87 gekuppelt werden. Die Endantriebe 85, 87 können wiederum an die linksseitigen und rechtsseitigen Ketten 90 des landwirtschaftlichen Traktors gekuppelt werden.
Der Gebrauch der drei Antriebseinheiten verteilt die Kraft bzw. die Leistungsfähigkeit des Traktors. Dieses Konzept wird in folgendem Beispiel dargestellt. Es wird angenommen, dass die Spitzenleistungsanforderung 100 PS beträgt bzw. betragen soll. Um diese Anforderung Zu erfüllen, würde ein Traktor, der nur ein Eine-Antriebseinheit-Für-Jedes-Abtriebswellen-System aufweist, benötigt werden, dessen jede Antriebseinheit so ausgelegt ist, dass sie die volle 100 PS- Leistung vorsieht bzw. erbringt, und zwar für den Fall, wo eine der Ketten rutscht und dadurch ausfällt bzw. versagt, Leistung zu übertragen. Somit beträgt die Gesamtleistung, die durch die beiden Antriebseinheiten erbracht werden muss, 200 PS, wenn die Spitzenleistungsanforderung nur halb so groß ist, wie dieser Betrag. In der vorliegenden Erfindung könnten die ersten und zweiten Antriebseinheiten ausgelegt werden, beispielsweise jeweils 40 PS zu erbringen, und die dritte Antriebseinheit, das heißt die gemeinsame Antriebseinheit, könnte ausgelegt werden, eine Leistung von 60 PS zu erbringen. Dann, wenn eine der Ketten rutscht, könnte die gemeinsame Antriebseinheit ihre gesamte 60 PS-Leistung an die nicht-rutschende Kette liefern, die bereits mit der 40 PS- Leistung von der nicht-gemeinsamen Antriebseinheit der nichtrutschenden Kette beliefert wird. Die Spitzenleistungsanforderung von 100 PS wird zur nichtrutschenden Kette übertragen, und die gesamte im Antriebssystem vorgesehene PS-Leistung ist eine wirksamere 140 PS-Leistung.
Wieder auf Fig. 2 zurück kommend, unter gewissen Betriebsbedingungen, das heißt, wenn die Drehmomente der Sonnenräder 62, 72 entgegen gesetzte Vorzeichen aufweisen, kann die Verwendung der gemeinsamen elektrischen Antriebseinheit 52 für eine mechanische Leistungsregeneration sorgen von einer Ausgangsgröße zur anderen Ausgangsgröße. Dies geschieht deswegen, weil die gemeinsame elektrische Antriebseinheit 52 ein Drehmoment auf jedes Sonnenrad überträgt, oder anders ausgedrückt, das durch die elektrische Antriebseinheit 52 geschaffene Drehmoment die Summe aus dem Ausgangsdrehmoment des Sonnenrades 62 und aus dem Ausgangsdrehmoment des Sonnenrades 72 ist. Somit, wenn das Ausgangsdrehmoment beider Sonnenräder das gleiche Vorzeichen aufweisen, heißt dies beispielsweise, dass das Sonnenrad 62 ein Ausgangsdrehmoment von 10 foot-pounds (i. e. 1,383 mkp) aufweist, das Sonnenrad ein Ausgangsdrehmoment von 15 foot-pounds (i. e. 2,075 mkp) aufweist, und die elektrische Antriebseinheit 52 muss ein Gesamtdrehmoment von 25 foot-pounds (i. e. 3,458 mkp) liefern. Wenn das Drehmoment der Sonnenräder 62, 72 entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen, beispielsweise wenn das Sonnenrad 62 ein Ausgangsdrehmoment von 15 foot-pounds (i. e. -0,692 mkp) und das Sonnenrad 72 ein Ausgangsdrehmoment von 15 foot-pounds (i. e. 2,075 mkp) aufweisen, so muss die elektrische Antriebseinheit 52 nur ein Drehmoment von 10 foot-pounds (i. e. 1,383 mkp) liefern. Im wesentlichen wird das erforderliche Ausgangsdrehmoment von 15 foot-pounds (i. e. 2,075 mkp) des Sonnenrades 72 teilweise durch die elektrische Antriebseinheit und teilweise durch das negative Drehmoment des Sonnenrades 62 über die mechanischen Verbindungen zwischen den Sonnenrädern 62, 72 geliefert.
Das Antriebssystem 10 kann so gesteuert werden, dass die variablen elektrischen Antriebseinheiten 32, 42, 52 die ersten und zweiten Abtriebswellen 80, 82 mit der gleichen Ausgangsdrehzahl versehen. Das Antriebssystem kann die Abtriebswellen 80, 82 jedoch auch mit unterschiedlichen Ausgangsdrehzahlen versehen. Die Drehzahl jeder Abtriebswelle, beispielsweise der Abtriebswelle 80, ist eine Funktion sowohl der Drehzahl des durch die gemeinsame variable elektrische Antriebseinheit 52 angetriebenen Sonnenrades 62 als auch der Drehzahl des durch die nicht-gemeinsame variable elektrische Antriebseinheit 32 angetriebenen Ringrades 64, das heißt, die Antriebseinheit, die an das Ringrad 64 gekuppelt ist. Somit können die Ausgangsdrehzahlen der Abtriebswellen variiert werden beispielsweise durch Variieren der Drehzahl der gemeinsamen Antriebseinheit 52, die die Drehzahl der beiden Sonnenräder 62, 72 steuern, oder beispielsweise durch Variieren der Drehzahl einer oder beider nichtgemeinsamer Antriebseinheiten 32, 42, die die Drehzahl einer oder beider Ringräder 64, 74 steuern. Durch Laufen des ersten Ringrades 64 mit einer ersten Drehzahl und des zweiten Ringrades 74 mit einer zweiten Drehzahl, die beispielsweise kleiner ist als die erste Drehzahl, wird die Drehzahl der ersten Abtriebswelle 80 größer als die Drehzahl der zweiten Abtriebswelle 82.
Dieser Drehzahlunterschied veranlasst den mit diesem Antriebssystem versehenen Traktor dazu, sich zu der Seite hin zu drehen bzw. zu wenden, wo die Kette mit geringerer Drehzahl bzw. Geschwindigkeit dreht. In dieser Weise kann der Traktor durch Drehen in Gang gesetzt werden. Je größer der Drehzahlunterschied, desto enger die Drehung bzw. Wendung. Darüber hinaus können unter gewissen Betriebsbedingungen die erste oder zweite variable elektrische Antriebseinheit 32, 42 Leistung zurückführen zum elektrischen Generator 24 des Leistungsquellensystems 20. Diese Leistungsregeneration bzw. Leistungsrückgewinnung kann vorkommen, wenn das Sonnenrad 62 mit einem positiven Drehmomentwert und einem positiven Drehzahlwert arbeitet, und wenn das Ringrad 64, das auch mit einem positiven Drehmomentwert arbeitet, mit einem negativen Drehzahlwert arbeitet. In diesem Falle ist die mit dem Sonnenrad 62 assoziierte Leistung positiv, aber die mit dem Ringrad 64 assoziierte Leistung ist negativ. Die negative Leistungsausgangsgröße des Ringrades 64 treibt wiederum die elektrische Antriebseinheit 32 an und verwandelt im wesentlichen die elektrische Antriebseinheit 32 in einen Generator, der Leistung zum elektrischen Generator 24 zurückführt.
Es ist dem Fachmann klar, dass bezüglich vorliegender Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen offensichtlicher Natur vorgenommen werden können, und alle diese Änderungen und Modifikationen werden als in den Rahmen der beigefügten Ansprüche fallend betrachtet. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann offenbar durch Beachtung der Beschreibung und Ausübung der darin offenbarten Erfindung. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft anzusehen sind, wobei ein wahrer Rahmen und der Erfindergeist dieser Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente angezeigt werden. (S-20383)

Claims

1. Antriebsystem mit der Fähigkeit zur Schaffung kontinuierlich variabler unterschiedlicher Ausgangsgrößen, wobei bei dem Antriebssystem folgendes vorgesehen ist:
ein Leistungsquellensystem;
erste, zweite und dritte variable Antriebseinheiten, die an das Leistungsquellensystem gekuppelt sind;
erste, zweite und dritte Planetengetriebeanordnungen, deren jede ein Sonnenrad, einen Träger und eine Vielzahl von Planetenelementen aufweist;
wobei die erste variable Antriebseinheit an die erste Planetengetriebeanordnung mechanisch gekuppelt ist;
wobei die zweite variable Antriebseinheit an die zweite Planetengetriebeanordnung mechanisch gekuppelt ist;
wobei die dritte variable Antriebseinheit an die erste Planetengetriebeanordnung und an die zweite Planetengetriebeanordnung mechanisch gekuppelt ist; und
wobei erste und zweite Abtriebswellen, die jeweils an die ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt sind.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das Leistungsquellensystem eine Brennstoffzelle oder ein an einen elektrischen Generator gekuppelter Verbrennungsmotor oder eine an einen Generator gekuppelte Gasturbine oder ein an eine hydraulische Pumpe gekuppelter Verbrennungsmotor oder eine an eine hydraulische Pumpe gekuppelte Gasturbine ist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei jede der ersten, zweiten und dritten variablen Antriebseinheiten eine elektrische Antriebseinheit oder eine hydraulische Antriebseinheit ist.

4. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die dritte variable Antriebseinheit über eine direkte Welle oder ein Getriebesystem oder einen Kettentrieb oder einen Friktionsantrieb oder eine Kombination derselben an die erste und zweite Planetengetriebeanordnung mechanisch gekuppelt ist.

5. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite variable Antriebseinheit jeweils an die Ringräder der ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt sind.

6. Antriebssystem nach Anspruch 5, wobei dis dritte variable Antriebseinheit entweder an die Sonnenräder oder an die Träger der ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt ist.

7. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite variable Antriebseinheit jeweils an die Sonnenräder der ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt sind.

8. Antriebssystem nach Anspruch 7, wobei die dritte variable Antriebseinheit entweder an die Ringräder oder an die Träger der ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt ist.

9. Maschine mit einem Antriebsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verfahren zum Vorsehen kontinuierlich variabler und unterschiedlicher Ausgangsgrößen zu den ersten und zweiten Abtriebswellen, die jeweils an die ersten und zweiten Planetengetriebeanordnungen gekuppelt sind, wobei folgende Schritte vorgesehen sind:
Vorsehen einer ersten variablen Antriebseinheit, die an die erste Planetengetriebeanordnung gekuppelt ist;
Vorsehen einer zweiten variablen Antriebseinheit, die an die zweite Planetengetriebeanordnung gekuppelt ist;
Vorsehen einer dritten variablen Antriebseinheit, die sowohl an die erste als auch an die zweite Planetengetriebeanordnung gekuppelt ist;
Betätigen der ersten Antriebseinheit, um die erste Abtriebswelle anzutreiben;
Betätigen der zweiten Antriebseinheit, um die zweite Abtriebswelle anzutreiben
; und
Betätigen der dritten Antriebseinheit, um die erste und zweite Abtriebswelle anzutreiben.