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Technisches Gebiet
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Diese Patentoffenbarung betrifft allgemein kontinuierlich variable Getriebe und insbesondere auf hydromechanische Getriebe für den Einsatz in Fahrzeug- oder Maschinenantriebssträngen.
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Hintergrund
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Hydromechanische Mehrbereichsgetriebe sind dafür bekannt, ein weiches Schalten zwischen verschiedenen Übersetzungsverhältnissen in Maschinen und anderen Fahrzeugen bereitzustellen. Das Schalten in einem typischen hydromechanischen Getriebe wird durch die Verwendung von zwei oder mehreren Kupplungen erreicht, die synchron ein Übersetzungsverhältnis ausrücken können, während gleichzeitig ein anderes Übersetzungsverhältnis eingerückt wird. Das Synchronisieren der Kupplungsdrehzahl kann durch die Verwendung von Synchronisieranordnungen erreicht werden, die in verschiedenen Formen ausgeführt sein können. Ein bekannter Aufbau einer Synchronisierungsanordnung beinhaltet Zahnräder, die mit Kupplungen verbunden sind, die konfiguriert sind, wahlweise zwei oder mehrere rotierende Elemente in einem Getriebe so einzurücken, dass ein dem einzurückenden Zahnrad zugeordnetes rotierendes Element dazu gebracht wird, sich mit der gleichen Drehzahl wie ein dem bereits eingerückten Zahnrad zugeordnetes rotierendes Element zu drehen. Auf diese Weise kann die Übertragung von Drehmoment und Leistung zwischen den einzelnen Zahnrädern sanft und ohne abrupte Stufe geschaltet werden.
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Ein Beispiel eines bekannten hydromechanischen Getriebes ist im
US-Patent 7,530,913 (das '913-Patent) ersichtlich, das am 12. Mai 2009 erteilt wurde. Das '913-Patent beschreibt ein „Hydromechanisches Mehrbereichsgetriebe”, das ein Eingangsglied, ein hydrostatisches Getriebe und ein mechanisches Getriebe beinhaltet. Das mechanische Getriebe des '913-Patents beinhaltet erste und zweite Synchronisieranordnungen zum Synchronisieren erster oder zweiter Ausgangsglieder des Getriebes zu einer kombinierten Ausgangsgeschwindigkeit von dem Eingangsglied und dem hydrostatischen Getriebe.
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In einer Ausführungsform des in dem '913-Patent beschriebenen Getriebes rücken erste und zweite Kupplungsanordnungen abwechselnd ein, um Leistung von dem synchronisierten Ausgangsglied zu einem Endantrieb zu übertragen. Obwohl das in dem '913-Patent beschriebene Getriebe effektiv zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgängen schaltet, enthält es drei Synchronisiereinrichtungen und zwei Kupplungen, wenn es in einem Getriebe mit fünf Übersetzungsverhältnissen enthalten ist, beispielsweise drei Vorwärts- und zwei Rückwärtsgängen. Während des Betriebs sind für jedes Übersetzungsverhältnis eine Synchronisiereinrichtung und eine Kupplung eingerückt, was bedeutet, dass die zweite Kupplung und die übrigen zwei Synchronisiereinrichtungen im Leerlauf sind. Somit erfordert jeder Gangwechsel das Einrücken einer der im Leerlauf befindlichen Synchronisiereinrichtungen und das Ausrücken einer anderen. Ein solches Ein- und Ausrücken der Synchronisiereinrichtung bei jeder Gangschaltung kann einen Verschleiß des Reibungsmaterials der Synchronisiereinrichtungen verursachen, vor allem bei drehmomentstarken Anwendungen wie z. B. bei schweren Lkw, Erdbewegungsmaschinen und anderen schweren Maschinen. Darüber hinaus verringert die relative Komplexität der Synchronisiereinrichtungen die Zuverlässigkeit und erhöht die Kosten des Getriebes.
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Kurzdarstellung
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In einem Aspekt beschreibt die Offenbarung einen Maschinenantriebsstrang, der einen mit einem kontinuierlich variablen Getriebe verbundenen Motor beinhaltet. Das kontinuierlich variable Getriebe beinhaltet eine Planetenzahnradanordnung mit einem Eingang und zumindest einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang. Das Getriebe beinhaltet ferner einen Variator einschließlich einer verstellbaren Hydraulikpumpe, die betriebsmäßig einem Hydraulikmotor zugeordnet ist, der zum Antrieb eines Zahnradsatzes der Planetenzahnradanordnung konfiguriert ist. Eine durch den Motor angetriebene Eingangswelle ist konfiguriert, den Variator und den Eingang der Planetenzahnradanordnung anzutreiben. Ein drittes Planetenausgangszahnrad ist über eine erste Kupplung mit dem zweiten Ausgang der Planetenzahnradanordnung verbindbar. Ein zweites Planetenausgangszahnrad ist mit dem zweiten Ausgang der Planetenzahnradanordnung verbunden, und ein erstes Planetenausgangszahnrad ist mit dem ersten Ausgang der Planetenzahnradanordnung verbunden. Das Getriebe beinhaltet ferner ein erstes Ausgangsglied und ein zweites Ausgangsglied. Das erste Ausgangsglied ist mit dem dritten Planetenausgangszahnrad verbunden, und die ersten und zweiten Ausgangsglieder sind miteinander mit einem Getriebeausgang verbunden. Eine zweite Kupplung des Getriebes ist konfiguriert, das erste Ausgangsglied mit dem ersten Planetenausgangszahnrad lösbar zu verbinden. Eine dritte Kupplung ist konfiguriert, das erste Ausgangsglied mit dem zweiten Planetenausgangszahnrad lösbar zu verbinden. Eine vierte Kupplung ist konfiguriert, das zweite Ausgangsglied mit dem ersten Planetenausgangszahnrad lösbar zu verbinden, und eine fünfte Kupplung ist konfiguriert, das zweite Ausgangsglied mit dem zweiten Planetenausgangszahnrad lösbar zu verbinden.
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In einem weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung ein kontinuierlich variables Getriebe. Das kontinuierlich variable Getriebe beinhaltet eine Planetenzahnradanordnung mit einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang und ferner einschließlich erster und zweiter Zahnradsätze. Jeder Zahnradsatz beinhaltet ein Sonnenrad, ein Trägerrad und ein Ringrad. Das Ringrad des ersten Zahnradsatzes ist mit dem Trägerrad des zweiten Zahnradsatzes verbunden. Der zweite Ausgang des Getriebes ist mit den Sonnenrädern der ersten und zweiten Zahnradsätze verbunden, und der erste Ausgang des Getriebes ist mit dem Ringrad des ersten Zahnradsatzes und mit dem Trägerrad des zweiten Zahnradsatzes verbunden. Das Getriebe beinhaltet ferner einen Variator. Der Variator beinhaltet eine verstellbare Hydraulikpumpe, die betriebsmäßig einem Hydraulikmotor zugeordnet ist, der einen mit dem Ringrad des zweiten Zahnradsatzes verbundenen Ausgang aufweist. Eine Eingangswelle ist mit der verstellbaren Hydraulikpumpe des Variators und mit dem Trägerrad des ersten Zahnradsatzes verbunden. Das Getriebe beinhaltet ferner erste, zweite und dritte Planetenausgangszahnräder der Planetenzahnradanordnung. Das dritte Planetenausgangszahnrad ist über eine erste Kupplung mit dem ersten Ausgang der Planetenzahnradanordnung verbindbar, das zweite Planetenausgangszahnrad ist mit dem ersten Ausgang der Planetenzahnradanordnung verbunden, und das erste Planetenausgangszahnrad ist mit dem zweiten Ausgang der Planetenzahnradanordnung verbunden.
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Das Getriebe beinhaltet ferner erste und zweite Ausgangsglieder, die miteinander mit einem Getriebeausgang verbunden sind. Das erste Ausgangsglied ist mit dem dritten Planetenausgangszahnrad verbunden. Zusätzlich zu der ersten Kupplung ist eine zweite Kupplung konfiguriert, das erste Ausgangsglied mit dem ersten Planetenausgangszahnrad lösbar zu verbinden. Eine dritte Kupplung ist konfiguriert, das erste Ausgangsglied mit dem zweiten Planetenausgangszahnrad lösbar zu verbinden. Eine vierte Kupplung ist konfiguriert, das zweite Ausgangsglied mit dem ersten Planetenausgangszahnrad lösbar zu verbinden, und eine fünfte Kupplung ist konfiguriert, das zweite Ausgangsglied mit dem zweiten Planetenausgangszahnrad lösbar zu verbinden.
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In wiederum einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zum Betrieb eines kontinuierlich variablen Getriebes. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen, ob ein Schalten von einer gegenwärtigen Gangwahl zu einer neuen Gangwahl erforderlich ist. Wenn ein Schalten erforderlich ist, werden die Parameter der neuen Gangwahl analysiert und mit den entsprechenden Parameter der gegenwärtigen Gangwahl verglichen. Eine gegenwärtige Gangwahlkupplung wird ausgerückt und eine neue Gangwahlkupplung innerhalb kurzer Zeit eingerückt. Die Ausrück- und Einrückvorgänge werden moduliert, und eine Variatorbeteiligung wird weiter moduliert, um sicherzustellen, dass eine Zahnraddrehzahldifferenz zwischen der gegenwärtigen Gangwahl und der neuen Gangwahl im Wesentlichen gleich Null ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht einer Maschine gemäß der Offenbarung.
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2 ist eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs für eine Maschine gemäß der Offenbarung.
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3 ist eine Diagrammansicht eines hydromechanischen Getriebes gemäß der Offenbarung.
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4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines hydromechanischen Getriebes gemäß der Offenbarung.
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Ausführliche Beschreibung
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Diese Offenbarung betrifft hydromechanische Getriebe und insbesondere hydromechanische Getriebe, die eine Vielzahl von hydraulischen Kupplungen beinhalten, die konfiguriert sind, ein synchronisiertes Schalten ohne die Verwendung von Synchronisiereinrichtungen bereitzustellen. Obwohl die hier offenbarten Ausführungsformen im Zusammenhang mit Erdbewegungsmaschinen beschrieben werden, eignen sie sich für andere Anwendungen wie z. B. Automobilanwendungen, leichte, mittelschwere und schwere Lkw und dergleichen.
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1 zeigt eine Skizze eines Radladers als ein Beispiel eines Fahrzeugs oder einer Maschine 100. 2 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 200 des Fahrzeugs 100. Unter Bezugnahme auf diese Figuren beinhaltet das Fahrzeug 100 einen Motorrahmenabschnitt 102, der durch eine Gelenkverbindung 106 mit einem Nicht-Motorrahmenabschnitt 104 verbunden ist. Der Motorrahmenabschnitt 102 und Nicht-Motorrahmenabschnitt 104 beinhalten jeweils eine entsprechende Achse 202, die mit einem Satz Räder 108 verbunden ist. Der Motorrahmenabschnitt 102 beinhaltet den Motor 110, der eine mit einem Drehmomentwandler 206 verbundene Ausgangswelle 204 aufweist. Der Drehmomentwandler 206 wiederum ist über eine Verbindungswelle 210 mit einem Getriebe 208 verbunden. Eine Ausgangswelle 212 des Getriebes 208 ist mit einem Splitter 214 verbunden, der zwei Antriebswellen 216 antreibt, eine für jede Achse 202. Jede Antriebswelle 216 überträgt über ein jeweiliges Differential 218 Kraft so auf die Räder 118, dass die an der Motorausgangswelle 204 bereitgestellte Drehkraft wirksam auf die Räder 108 übertragen wird. Obwohl zwei angetriebenen Achsen 202 dargestellt sind, können abhängig vom Fahrzeugtyp eine einzelne Achse oder mehr als zwei Achsen verwendet werden. Obwohl Räder dargestellt sind, können darüber hinaus andere Typen von Bodenaufstandselementen, wie z. B. Raupenketten, verwendet werden.
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Das Fahrzeug 100 beinhaltet ferner eine Fahrerkabine 130, die verschiedene Maschinensteuerungseinrichtungen beherbergt. Wie in 2 gezeigt, beinhalten solche Einrichtungen ein Beschleunigungspedal 220, das einen Beschleunigungspedalsensor (APS) 222 aufweist, und einen Gangwahlhebel 224, der einen Hebelwertgeber 226 aufweist. Der APS 222 und Hebelwertgeber 226 können konfiguriert sein, Signale bereitzustellen, die die gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100, das von einem Bediener während der Benutzung geführt wird, anzeigt.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1, beinhaltet das Fahrzeug 100 der dargestellten Ausführungsform ein Arbeitswerkzeug, das in diesem Fall eine am Ende eines Paares von Hubarmen 114 verbundene Schaufel 122 ist, die an einem Gelenk 116 schwenkbar mit dem Nicht-Motorrahmenabschnitt 104 des Fahrzeugs 100 verbunden sind.
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Wie in 2 gezeigt, weist der Motor 110 eine Schnittstelle 228 auf, die mit einem Kommunikationskanal 230 mit einem Motorregler 232 verbunden ist. Der Motorregler 232 arbeitet zum Überwachen und Steuern der Funktion verschiedener Motorsysteme, wie beispielsweise Überwachen von Sensormesswerten verschiedener Motorsensoren, Steuern von Motordrehzahl und -leistung und so weiter, indem er über den Kommunikationskanal 230 Informationen empfängt und Befehle an verschiedene Motorkomponenten sendet. Wie gezeigt, ist der Motorregler 232 oder eine andere an den Regler 232 angeschlossene Steuerung ferner mit verschiedenen Fahrzeugkomponenten, die den Betrieb des Motors steuern können, verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist der Regler 232 eine elektronische Steuerung, die einen Prozessor beinhaltet, der betriebsmäßig anderen elektronischen Komponenten wie einer Datenspeichereinrichtung und den verschiedenen Kommunikationskanälen zugeordnet ist. In der Darstellung von 2 sind ein Gaspedal-Kommunikationskanal 234 und ein Gangwahlwertgeber-Kommunikationskanal 236 mit dem Regler 232 verbunden und konfiguriert, dem Regler 232 Informationen bereitzustellen, die die Befehle des Bedieners wie beispielsweise die gewünschte Motordrehzahl oder Last, die gewünschte Gangwahleinstellung und dergleichen anzeigen. Es ist zu bedenken, dass zusätzliche oder alternative Verbindungen zwischen dem Regler 232 und den verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemen vorhanden sein können, die der Einfachheit halber aber nicht dargestellt sind.
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Der Regler 232 ist ferner konfiguriert, Information zu empfangen, die den Betrieb des übrigen Teils des Antriebsstrangs 200 anzeigen. Auf diese Weise ist der Regler 232 über einen Motordrehzahl-Kommunikationskanal 240 mit einem Motorausgangswellendrehzahl-Sensor 238, über einen Drehmomentwandler-Kommunikationskanal 244 mit einem Drehmomentwandlersperrzustand-Sensor 242 und über einen Geschwindigkeits-Kommunikationskanal 248 mit einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 246 verbunden.
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Der Antriebsstrang 200 in der dargestellten Ausführungsform beinhaltet eine Getriebesteuerung 250, die konfiguriert ist, den Betrieb des Getriebes 208 zu steuern. Dementsprechend ist die Getriebesteuerung 250 über einen Getriebe-Kommunikationskanal 254 mit einer Schnittstelle 252 des Getriebes 208 verbunden. Die Schnittstelle 252 kann Strukturen beinhalten, die wahlweise verschiedene Zahnradsätze des Getriebes 208 als Reaktion auf Befehle von der Getriebesteuerung 250 ein- und ausrücken können sowie der Getriebesteuerung 250 Informationen bereitstellen können, die den gegenwärtigen Zahnradeingriffszustand des Getriebes 208 sowie andere Informationen anzeigen, wie z. B. die durch das Getriebe 208 auf die Räder 108 übertragene Kraft, die Drehzahl der Ausgangswelle 212, die Drehzahl der Verbindungswelle 210 und dergleichen. Während des Betriebs kann die Getriebesteuerung 250 dem Getriebe 208 Gangwechsel basierend auf vorher festgelegten Schwellwerten der Drehzahl der Verbindungswelle 210 für das Hoch- und Herunterschalten anordnen.
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In der dargestellten Ausführungsform können Informationen zwischen dem Motorregler 232 und der Getriebesteuerung 250 über einen Datenbus 256 ausgetauscht werden, aber es sollte bedacht werden, dass, obwohl der Motorregler 232 und die Getriebesteuerung 250 als separate Komponenten gezeigt werden, sie alternativ auch in einer einzelnen Steuereinheit integriert sein können oder in mehr als zwei Steuereinheiten getrennt sein können. Somit können Motorregler 232 und/oder Getriebesteuerung 250 jeweils eine einzelne Steuerung sein oder mehr als eine Steuerung beinhalten, die zur Steuerung verschiedener Funktionen und/oder Merkmale einer Maschine angeordnet sind. Beispielsweise kann eine zur Steuerung des Gesamtbetriebs und -funktion der Maschine eingesetzte Hauptsteuerung zusammenwirkend mit einem Elektromotor oder einer Motorsteuerung umgesetzt sein, die zur Steuerung des Motors 110 verwendet werden. In dieser Ausführungsform sollen die Begriffe „Steuerung” oder „Regler” eine, zwei oder mehrere Steuerungen einschließen, die der Maschine 100 zugeordnet sein können, und die bei der Steuerung verschiedener Funktionen und Arbeitsabläufe der Maschine 100 zusammenwirken können (1). Die Funktionalität dieser Einrichtungen ist in den folgenden Figuren zwar konzeptionell gezeigt, um verschiedene diskrete Funktionen lediglich für veranschaulichende Zwecke einzuschließen, kann aber in Hardware und/oder Software ohne Berücksichtigung der gezeigten diskreten Funktionalität umgesetzt werden. Dementsprechend ist, obwohl verschiedene Schnittstellen der Steuerung in Bezug auf die Komponenten des Antriebsstrangsystems in den folgenden Figuren beschrieben sind, nicht beabsichtigt, dass derartige Schnittstellen den Typ und die Anzahl der verbundenen Komponenten oder die Anzahl der beschriebenen Steuerungen beschränken.
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Ein schematisches Diagramm eines hydromechanischen Getriebes 300 gemäß der Offenbarung wird in 3 gezeigt. Das Getriebe 300 beinhaltet eine Eingangswelle 302 mit einem Eingangszahnradsatz 304, der mit einer Laufradwelle einer Pumpe 306 verbunden ist. Die Eingangswelle 302 ist auch mit einem zweiten Eingangszahnradsatz 308 verbunden, der einen Variator 310 antreibt, der in der dargestellten Ausführungsform eine verstellbare Hydraulikpumpe 312 beinhaltet, die in Fluidverbindung mit einem Hydraulikmotor 314 steht und angeordnet ist, um diesen zu betreiben. Die Eingangswelle 302 ist auch mit einem Eingangszahnrad 316 des mechanischen Getriebes verbunden. Auf diese Weise kann eine Eingangsleistung an dem Getriebe 300, beispielsweise von einem Motor (siehe Motor 110 in 2) oder einer anderen Kraftmaschine, wie etwa einem Elektromotor, in Leistung aufgeteilt werden, die dem Variator 310 oder einem mechanischen Getriebe 318 bereitgestellt wird.
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Das mechanische Getriebe 318 umfasst eine Planetenzahnradanordnung 320 und eine kombinierte Ausgangswelle 322, die durch einen Ausgangszahnradsatz 324 mit ersten und zweiten Ausgangsgliedern 326 und 328 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform stellt das erste Ausgangsglied 326 eine Antriebsbewegung in Vorwärts-Maschinenlaufrichtung bereit, und das zweite Ausgangsglied 328 stellt eine Antriebsbewegung in umgekehrter Maschinenlaufrichtung bereit. Die Planetenzahnradanordnung 320 beinhaltet erste und zweite axial ausgerichtete Planetenzahnradsätze 330 und 332 und eine Planetenausgangswelle 334. Der erste Planetenzahnradsatz 330 beinhaltet ein Sonnenrad 336, einen Träger 338 und ein Ringrad 340. Der zweite Planetenzahnradsatz beinhaltet ein Sonnenrad 337, einen Träger 339 und ein Ringrad 341. Die Planetenausgangswelle 334 beinhaltet eine interne Welle 342 und eine Hülse 344. Die Hülse 344 ist in axialer Ausrichtung über einem Abschnitt der internen Welle 342 angeordnet und kann als Hohlwelle oder Nabe, die von der internen Welle 342 getragen wird, ausgeführt sein. Die interne Welle 342 ist mit den Sonnenrädern 336 und 337 der ersten und zweiten Planetenzahnradsätze 330 und 332 verbunden. Die Hülse 344 ist mit dem Träger 339 des zweiten Planetenzahnradsatzes 332 verbunden, der auch mit dem Ringrad 340 des ersten Planetenzahnradsatzes 330 verbunden ist. Das Eingangszahnrad 316 des mechanischen Getriebes ist mit dem Träger 338 des ersten Planetenzahnradsatzes 330 verbunden. Das Ringrad 341 des zweiten Planetenzahnradsatzes 332 ist mit einem Ausgangszahnrad 346 des Hydraulikmotors 314 des Variators 310 verbunden.
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Die Planetenausgangswelle 334 beinhaltet erste, zweite und dritte Planetenausgangszahnräder 348, 350 und 352. Das erste Planetenausgangszahnrad 348 ist so mit der Hülse 344 verbunden, dass eine Bewegung des Ringrads 340 des ersten Planetenzahnradsatzes 330 und/oder eine Bewegung des Trägers 339 des zweiten Planetenzahnradsatzes 332 durch das erste Planetenausgangszahnrad 348 zu einem ersten Satz von Antriebszahnrädern 354 übertragen wird, der zwei Zahnräder beinhaltet, von denen eines angeordnet ist, sich um das erste oder zweite Ausgangsglied 326 und 328 zu drehen. Das zweite Planetenausgangszahnrad 350 ist so mit der internen Welle 342 verbunden, dass eine Drehung der Sonnenräder 336 und 337 der ersten und zweiten Planetenzahnradsätze 330 und 332 durch das zweite Planetenausgangszahnrad 350 zu einem zweiten Satz von Antriebszahnrädern 356 übertragen wird, der auch zwei Zahnräder beinhaltet, von denen eines angeordnet ist, sich um das erste oder zweite Ausgangsglied 326 und 328 zu drehen. Schließlich ist das dritte Planetenausgangszahnrad 352 angeordnet, sich um die interne Welle 342 zu drehen, und ist mit einem dritten Antriebszahnrad 358 verbunden, das mit dem ersten Ausgangsglied 326 verbunden ist.
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Im Betrieb liefert die Eingangswelle 302 eine aufgeteilte Eingangsleistung an den Variator 310 und die Planetenzahnradanordnung 320. Die Planetenzahnradanordnung 320 kombiniert die hydrostatische Ausgangsleistung eines zweiten Eingangszahnrads 303 der Planetenzahnradanordnung mit der aufgeteilten mechanischen Eingangsleistung, um hydromechanische Ausgangsleistung zur Anwendung auf eine Last bereitzustellen, wie beispielsweise ein oder mehrere Antriebsräder eines Fahrzeugs, Raupenketten einer Erdbewegungsmaschine oder dergleichen. Wie zu erkennen ist, kann die Drehzahl und das Drehmoment in jedem der Leistungsbereiche, die ursprünglich durch Übersetzungsverhältnisse der Planetenzahnradanordnung 320 festgelegt wurden, durch Variierung des Hubes der Hydraulikpumpe 312 des Variators 310 stufenlos eingestellt werden.
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Im Betrieb wird eine Leistung der Eingangswelle 302 direkt und/oder durch den Variator 310, der wahlweise einem geeigneten Übersetzungsverhältnis durch die Planetenzahnradanordnung 320 ausgesetzt wird, der Ausgangswelle 322 durch wahlweises Einrücken von wenigstens einer von fünf Kupplungen bereitgestellt. Genauer gesagt wird eine zusätzliche oder erste Kupplung 360 mit der internen Welle 342 verbunden und ist konfiguriert, in das dritte Planetenausgangszahnrad 352 so einzurücken und es anzutreiben, dass, wenn die erste Kupplung 360 eingerückt ist, die Drehung der internen Welle 342 über das dritte Planetenausgangszahnrad 352 und das dritte Antriebszahnrad 358 an die erste Ausgangswelle 326 übertragen wird. Eine zweite Kupplung 362 ist mit der ersten Ausgangswelle 326 verbunden und ist, wenn eingerückt, konfiguriert, Antriebsleistung vom ersten Satz von Antriebszahnrädern 354 so zu empfangen, dass die erste Ausgangswelle 326 durch das erste Planetenausgangszahnrad 348 angetrieben wird. Eine dritte Kupplung 364 ist mit der ersten Ausgangswelle 326 verbunden und ist, wenn eingerückt, konfiguriert, Antriebsleistung vom zweiten Satz von Antriebszahnrädern 356 so zu empfangen, dass die erste Ausgangswelle 326 durch das zweite Planetenausgangszahnrad 350 angetrieben wird. Mit anderen Worten kann die erste Ausgangswelle 326 durch das erste Planetenausgangszahnrad 348 angetrieben werden, wenn die zweite Kupplung 362 eingerückt ist, durch das zweite Planetenausgangszahnrad 350, wenn die dritte Kupplung 364 eingerückt ist, und durch das dritte Planetenausgangszahnrad 352, wenn die erste Kupplung 360 eingerückt ist.
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In einer ähnlichen Konfiguration ist eine vierte Kupplung 366 mit der zweiten Ausgangswelle 328 verbunden und kann wahlweise eine Nabe einrücken, die mit dem ersten Satz von Antriebszahnrädern 354 verbunden ist, und eine fünfte Kupplung 368 ist mit der zweiten Ausgangswelle 328 verbunden und kann wahlweise eine Nabe einrücken, die mit dem zweiten Satz von Antriebszahnrädern 356 verbunden ist. Auf diese Weise kann die zweite Ausgangswelle 328 durch das erste Planetenausgangszahnrad 348 über den ersten Satz von Antriebszahnrädern 354 angetrieben werden, wenn die vierte Kupplung 366 eingerückt ist, und durch das zweite Planetenausgangszahnrad 350 über den zweiten Satz von Antriebszahnrädern 356, wenn die fünfte Kupplung 368 eingerückt ist.
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In der gezeigten Ausführungsform kann jede der fünf Kupplungen 360, 362, 364, 366 und 368 ein Kupplungspaket oder, anders ausgedrückt, eine Vielzahl von Kupplungsscheiben beinhalten, die wahlweise durch die Aktion eines speziellen Aktuators, der auf ein Steuersignal anspricht, eingerückt werden können. Auf diese Weise ist ein erster Aktuator 370 der ersten Kupplung 360 zugeordnet und konfiguriert, die erste Kupplung einzurücken, wenn dem ersten Aktuator 370 ein entsprechendes Aktivierungssignal durch eine elektronische Steuerung betriebsmäßig bereitgestellt wird, die in diesem Fall die Getriebesteuerung 250 ist (2). Die zweite und die dritte Kupplung 362 und 364 sind als eine Verbundkupplung dargestellt, die wahlweise durch die Aktion eines zweiten Aktuators 372 eingerückt werden kann, der ebenfalls auf Signale der Getriebesteuerung 250 anspricht und der zwei getrennte Aktuatoren beinhalten kann, einen für jede Kupplung. In ähnlicher Weise sind auch die vierte und die fünfte Kupplung 366 und 368 als Verbundkupplungen ausgebildet, die dem dritten Aktuator 374 zugeordnet sind, der ebenfalls zwei getrennte Aktuatoren beinhalten kann, die konfiguriert sind, jede der Verbundkupplungen ein- oder auszurücken. Erster, zweiter und dritter Aktuator 370, 372 und 374 können jeweils als beliebige geeignete Art von nach dem Stand der Technik bekannten Kupplungsaktuatoren ausgeführt sein, wie beispielsweise als mechanisches Gestänge, hydraulischer oder elektrischer Aktuator, und andere. In der dargestellten Ausführungsform sind die Aktuatoren Hydraulikkolben, bei denen der Fluss von Hydraulikfluid zum Betrieb jedes Kolbens von einem elektromechanischen Magnetventil in bekannter Weise gesteuert wird.
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Auf der Grundlage der vorstehenden Ausführungen ist die dargestellte Ausführungsform des hydromechanischen Getriebes
300 in der Lage, wie in Tabelle 1 unten dargestellt, drei Vorwärts- und zwei Rückwärtsübersetzungsverhältnisse für Bewegung bereitzustellen, abhängig davon, welche Kupplung eingerückt ist: Tabelle 1
| Richtung | Drehzahl | Erste Kupplung 360 | Zweite Kupplung 362 | Dritte Kupplung 364 | Vierte Kupplung 366 | Fünfte Kupplung 368 |
| Vorwärts | Niedrig | aus | AN | aus | aus | aus |
| Hoch | aus | aus | AN | aus | aus |
| Zusatz | AN | aus | aus | aus | aus |
| Rückwärts | Niedrig | aus | aus | aus | AN | aus |
| Hoch | aus | aus | aus | aus | AN |
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Wie in der obigen Tabelle ersichtlich ist, stellt jede der fünf Kupplungen 360 bis 368 eine bestimmte Kombination von Geschwindigkeit und Fahrtrichtung der Maschine ohne die Verwendung einer Synchronisiereinrichtung oder einer anderen Bewegungsübertragungsvorrichtung bereit. Ein Hauptvorteil dieser Antriebskonfiguration ist die Senkung der Kosten und Erhöhung der Zuverlässigkeit des Getriebes 300 im Vergleich zu anderen, bekannten Getriebekonfigurationen. Ferner kann, falls ein Schalten von einem Gang zu einem anderen gewünscht wird, das Schalten relativ schnell erfolgen insofern als es lediglich das Ausrücken einer Kupplung und das Einrücken der anderen erfordert, was in einer relativ kurzen Zeit erreicht werden kann und somit eine gute Schaltqualität bereitstellt, die für den Maschinenbediener kaum wahrnehmbar ist. In der gezeigten speziellen Ausführungsform werden verschiedene Kupplungsaktuatoren beim Schalten zwischen aufeinanderfolgenden Gängen verwendet, was die Schaltgeschwindigkeit erhöht. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und 3 wird bei der Bewegung in der Vorwärtsrichtung und beim Schalten von der Geschwindigkeitseinstellung „Niedrig” zu „Hoch” die zweite Kupplung 362 durch den Betrieb des zweiten Aktuators 372 ausgerückt und die dritte Kupplung 364 durch den Betrieb des dritten Aktuators 374 eingerückt. Ein derartiger gleichzeitiger Betrieb der zweiten und dritten Aktuatoren 372 und 374 kann Zeit sparen im Vergleich zu der Stellbewegung eines einzelnen Aktuators, der das Ausrücken einer Kupplung vor dem Einrücken einer anderen zur Aufgabe hat. Wie hierin verwendet, soll sich ein gleichzeitiger Betrieb auf einen Betrieb beziehen, der innerhalb eines kurzen Zeitraums abgeschlossen ist, beispielsweise ein Zeitraum, der kürzer als etwa 250 Millisekunden ist.
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Im Getriebe 300 können Gangwechsel sanft bewerkstelligt werden, wenn Schaltvorgänge mithilfe des Variators 310 bei einer Relativgeschwindigkeit von etwa Null zwischen den ausgehenden und eingehenden Zahnrädern durchgeführt werden. Der Variator wird, genauer gesagt, zur Anpassung der Drehzahl des Ringrads 341 des zweiten Planetenzahnradsatzes 332 (siehe 3 und 4) so eingesetzt, dass die Hülse 344 (3) eine Nulldrehzahl haben kann, wenn die Maschine oder das Fahrzeug steht, ungeachtet des von dem Motor an der Eingangswelle 302 bereitgestellten Dreheingangs. Dies kann durch Antreiben des Variator-Ausgangszahnrads 346 in einer Rückwärtsrichtung bewerkstelligt werden. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich die interne Welle 342 (3) mit einer hohen Drehzahl. Da sich die Maschine zu bewegen beginnt, beginnt die Hülse 344 zu beschleunigen, die interne Welle 342 zu verlangsamen und der Variator 310 beginnt zu verlangsamen und kehrt die Richtung um, wenn er eine Nullgeschwindigkeit erreicht, und beginnt, in die entgegengesetzte Richtung zu beschleunigen. Ein Schalten, beispielsweise zwischen einem niedrigen und einem hohen Gang, findet statt, wenn die Drehzahlen der Hülse und der internen Welle angeglichen sind. Dieser Prozess spiegelt sich bei Rückschaltvorgängen wider und wird von einer Getriebesteuerung gesteuert, beispielsweise der Steuerung 250 (2), basierend auf verschiedenen Eingangsparametern bezüglich der Geschwindigkeit der Maschine und/oder der Geschwindigkeit der Getriebekomponenten, die während des Betriebs überwacht werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung ist bei hydromechanischen Getrieben und insbesondere bei hydromechanischen Getrieben für den Einsatz in mittleren bis schweren Anwendungen anwendbar, sowohl für Straßen- als auch Geländefahrzeuge und Erdbewegungsmaschinen. Die Offenbarung stellt Systeme und Verfahren für hydromechanische Getriebe zur Verfügung, für die beispielhafte Ausführungsformen von Getrieben mit drei Vorwärts- und zwei Rückwärtsgängen vorgestellt werden. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die hierin beschriebenen Strukturen und Verfahren für Getriebe mit weniger oder mehr als drei Vorwärtsgängen und/oder weniger oder mehr als zwei Rückwärtsgängen angepasst werden können. Dementsprechend sollten die offenbarten Systeme und Verfahren bezüglich ihrer allgemeinen Lehren zusätzlich zu ihren spezifischen Implementierungen betrachtet werden.
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Ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines hydromechanischen Getriebes wird in 4 gezeigt. Der Vorgang beginnt mit einer in einer Getriebesteuerung getroffenen Entscheidung, bei 502 einen Gang in einem Getriebe von einer gegenwärtigen Gangwahl zu einer neuen Gangwahl zu wechseln. Die Entscheidung zum Wechsel von der gegenwärtigen Gangwahl zu einer neuen Gangwahl kann auf einer Bestimmung in der Steuerung beruhen, dass ein Schalten auf der Basis verschiedener Betriebsparameter des Getriebes, wie etwa Drehzahl und/oder Drehmoments der Eingangs- und/oder Ausgangswelle des Getriebes erforderlich ist, oder kann alternativ (oder zusätzlich) eine Entscheidung eines Bedieners oder einer anderen Steuerung der Maschine sein, die zu der Getriebesteuerung weitergeleitet wird.
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Die Getriebesteuerung kann die neue Gangwahl bei 504 analysieren, um die Richtung und das gewünschte Übersetzungsverhältnis der neuen Gangwahl zu bestimmen. Zum Beispiel kann in dem zuvor beschriebenen Getriebe 300 die Getriebesteuerung die neue Gangwahl analysieren, um zu bestimmen, ob es sich um einen Vorwärts- oder Rückwärtsgang handelt und ob es sich um ein niedriges, hohes oder zusätzliches Übersetzungsverhältnis handelt. Die Getriebesteuerung kann dann bei 506 die neue Gangwahl mit Parametern der gegenwärtigen Gangwahl vergleichen, um zu bestimmen, welche Kupplung des Getriebes ausgerückt werden sollte, um die aktuelle Gangwahl zu lösen, und auch welche Kupplung eingerückt werden sollte, um die neue Gangwahl zu übernehmen. In einer koordinierten Art und Weise, beispielsweise wenn eine im Wesentlichen Null betragende Relativgeschwindigkeit zwischen den Zahnrädern des gegenwärtigen Übersetzungsverhältnisses und den Zahnrädern des neuen Übersetzungsverhältnisses vorhanden ist, kann die Getriebesteuerung eine einzelne Kupplung bei 508 ausrücken, um eine aktuelle Gangwahl zu lösen und bei 510 eine einzelne Kupplung einrücken, um die neue Gangwahl zu übernehmen. Die Getriebesteuerung kann gegebenenfalls das Ausrücken und Einrücken der Kupplungen bei 512 modulieren, sowie eine Pumpenverstellung an einem Variator modulieren, der mit dem Getriebe verbunden ist und der dem Ring von mindestens einem Planetenzahnradsystem bei 514 hydraulische Unterstützung bietet, um sicherzustellen, dass ein Schaltvorgang so sanft wie gewünscht ist, und sich das Verfahren wiederholen kann.
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Die bezüglich der dargestellten Flussdiagramme beschriebenen Arbeitsabläufe sind Arbeitsabläufe, die durch die elektronische Steuerung 250 und/oder den in 2 gezeigten Regler 232 gemäß entsprechender darin ausgeführter Steuerungsalgorithmen durchgeführt werden können. Das heißt, die offenbarten Prozesse können von einer elektronischen Steuerung über die Ausführung von durch einen Computer ausführbare Anweisungen, z. B. in Maschinensprachenform oder auf andere Weise, ausgeführt werden und von einem computerlesbaren Medium, z. B. flüchtigem oder permanentem Speicher, magnetischen oder optischen Platten oder anderen greifbaren Medien gelesen werden. Die Methodik wird zwar unter Bezugnahme auf die in 2 gezeigten elektronischen Steuerungen beschrieben, aber das Verfahren ist auf jede Steuerung anwendbar, die den Betrieb eines Getriebes in einem Maschinen- oder Fahrzeugantriebsstrang überwacht und steuert. Außerdem werden zwar bestimmte Sequenzen oben beschrieben, aber diese Beschreibung wird zur Veranschaulichung gezeigt und es versteht sich, dass die Offenbarung auch auf die Steuerung des Betriebs eines Getriebes gemäß unterschiedlichen Schritten anwendbar ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung Beispiele des offenbarten Systems und offenbarten Technik bereitstellt. Es ist jedoch in Betracht gezogen, dass sich andere Implementierungen der Offenbarung im Detail von den vorangegangenen Beispielen unterscheiden können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder Beispiele davon sind auf das bestimmte Beispiel gerichtet, das an dieser Stelle erörtert wird, und sind nicht dazu gedacht, irgendeine Einschränkung bezüglich des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen anzudeuten. Alle Ausdrucksweisen der Unterscheidung und Herabsetzung in Bezug auf bestimmte Merkmale sollen eine fehlende Präferenz für diese Merkmale andeuten, solche aber nicht von dem Umfang der Offenbarung ganz ausschließen, sofern nicht anders angegeben.
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Die Anführung von Wertebereichen hierin soll lediglich als eine Abkürzungsmethode dienen, um einzeln auf jeden einzelnen der in den Bereich fallenden Wert Bezug zu nehmen, sofern hierin nicht anders angegeben, und jeder einzelne Wert ist in die Spezifikation aufgenommen, als ob er einzeln hierin angeführt wäre.
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Alle hierin beschriebenen Verfahren können, sofern hierin nichts anderes angegeben oder anderweitig klar durch den Kontext widersprochen wird, in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden.
