EP1727698A1 - Antriebssystem für ein fahrzeug - Google Patents

Antriebssystem für ein fahrzeug

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Publication number
EP1727698A1
EP1727698A1 EP05716886A EP05716886A EP1727698A1 EP 1727698 A1 EP1727698 A1 EP 1727698A1 EP 05716886 A EP05716886 A EP 05716886A EP 05716886 A EP05716886 A EP 05716886A EP 1727698 A1 EP1727698 A1 EP 1727698A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive system
drive
branch
output interface
assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05716886A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolai Tarasinski
Rainer Gugel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deere and Co filed Critical Deere and Co
Publication of EP1727698A1 publication Critical patent/EP1727698A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/40—Working vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/60—Electric or hybrid propulsion means for production processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a vehicle, in particular for an agricultural or industrial utility vehicle. Furthermore, the present invention relates to a vehicle with such a drive system as well as a drive assembly and / or a converter assembly and / or a control unit for such a drive system.
  • Electric motors which draw their energy from internal combustion engine-driven generators, batteries or fuel cells, are increasingly being used to drive vehicles.
  • switchable gear stages are arranged downstream of the electric motors in order to achieve a greater spread, but the power is usually transmitted without shift stages.
  • the term spread is understood to mean the speed range over which the nominal output power can be reached.
  • the continuously variable powershift transmissions commonly used in tractors usually have two branches, via which the torque is optionally transmitted from the drive unit or the energy source to the traction drive.
  • a torque is also transmitted from the drive unit to the travel drive during the changeover process (powershift transmission).
  • powershift transmission When a shift occurs, a branch of the Transmission separated or disengaged from the travel drive, whereas the other branch of the transmission is engaged and thus connected to the travel drive.
  • a switching operation is subject to constraints, since the speeds of the two branches must essentially coincide at the time of the switching operation.
  • tractors In addition to road and rail vehicles, tractors are usually equipped with one or more mechanical drives for attachments, a so-called PTO, in addition to the traction drive.
  • PTO mechanical drives for attachments
  • branch is used to denote a part of a drive system or a transmission which can transmit a mechanical torque, generally energy. It can therefore be a shaft and associated rotary transmission elements and / or switching stages.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying and developing a drive system of the type mentioned at the outset by which the aforementioned problems are overcome.
  • a drive system is to be specified which has a wider spread than in the prior art and at least largely avoids uncomfortable switching operations.
  • Corresponding tasks are the basis of the vehicle mentioned at the outset with such a drive system and the drive assembly and / or the converter assembly and / or the control unit for such a drive system.
  • the drive system comprises a first and a second drive assembly, a first and a second branch, at least one control unit and at least one output interface.
  • the first drive module can be connected to the first branch.
  • the second drive module can be connected to the second branch.
  • the first branch and / or the second branch can be reversibly connected to the output interface.
  • the Drive modules can be controlled with at least one control unit in such a way that the drive modules can continuously and independently of one another deliver a predeterminable power or energy.
  • An output interface could, for example, be a shaft which can be coupled to a travel drive of a vehicle and via which, for example, a mechanical torque for driving the vehicle can be transmitted.
  • the drive system according to the invention has - in particular for stepless switching operations under load - two branches, between which it is possible to switch back and forth, but which can also be connected to the output shaft at the same time.
  • the drive assemblies can independently output a predeterminable power - for example in the form of a mechanical torque or very generally in the form of energy.
  • a state can thus be established in the drive system in which the mechanical speed of the two branches is adapted to that of the output interface, so that a synchronous switching process is possible if, for example, the connection of the first branch to the output interface is interrupted and the connection of the second branch with the output interface.
  • the drive system according to the invention also provides the state that both the first and the second branch are connected to the output interface, as a result of which the — preferably mechanical — power output by the two drive assemblies can be added.
  • Each of the two branches could have fixed speed and gear ratios in which they are used.
  • a switching operation of the drive system according to the invention merely requires a branch of the output interface to be switched on or off (or connected or interrupted), for example by actuating a corresponding clutch between the branch and the output interface.
  • two switching processes - for example connecting one branch to the output interface and interrupting the other branch to the output interface - can be as long as desired, which means that the drive system's speed ranges can be switched almost without jerks.
  • a drive assembly has an internal combustion engine.
  • a diesel engine would be used very preferably, which is used regularly with regard to its versatile control options and its high efficiency, in particular in agricultural commercial vehicles.
  • a drive system it would be conceivable for a drive system to have two diesel engines.
  • a drive module could have an energy source that generates electrical current, for example a fuel cell.
  • This drive assembly could also have a mechanical conversion stage with which the electrical current is converted into a mechanical torque.
  • the drive system additionally comprises an input interface and at least one converter module.
  • the input interface can be connected to an energy source, preferably in the form of an internal combustion engine of a vehicle. Energy generated or output by the energy source can be divided into the first and second branches via the input interface.
  • the converter module is connected to the drive modules.
  • the converter module can be connected to the input interface.
  • An input interface in the present sense is to be understood as an interface which receives the energy generated by the energy source and supplies it to the drive system.
  • the input interface could therefore be in the form of a shaft if the energy source is in the form of an internal combustion engine and provides a mechanical torque.
  • the drive assemblies can deliver a predeterminable power independently of one another or can be operated with a predefinable torque, energy or power can be distributed or transported as desired between the converter assembly and the drive assemblies.
  • energy or power can be distributed or transported as desired between the converter assembly and the drive assemblies.
  • Such an energy / power transport is preferably controlled by the control unit. If the converter module has an electrical generator and the two drive modules each have an electrical machine, such an energy transport could be implemented with the aid of a power electronics control unit.
  • An energy source which generates mechanical and / or electrical energy is preferably used.
  • a separate control unit could be provided to control the energy source. With this, the energy generated by the energy source would be predeterminable, so it can be adapted to the respective operating state of the drive system or a vehicle.
  • the energy source could have an internal combustion engine, in particular a diesel engine. Furthermore, the energy source could comprise a generator driven by an internal combustion engine and / or a fuel cell and / or an electrical store - for example an accumulator, a capacitor or a battery.
  • a further output interface is provided.
  • This further output interface could in principle be reversibly connectable to the first or second branch, the drive system is preferably designed such that the further output interface can be reversibly connected to the second branch.
  • the other output interface could be a PTO Act transmission of a mechanical torque, which is usually provided on tractors for mechanically driving work equipment.
  • mechanical and / or electrical energy can be transmitted via the input interface, the output interface and / or the further output interface. If mechanical energy, for example in the form of a torque, is to be transmitted via an interface, a shaft could be provided for this. Electrical energy could be transmitted by means of suitably designed electrical lines, inductively or with the aid of sliding contacts.
  • the first and / or the second branch and / or the output interface preferably each have at least one mechanical gear stage.
  • a gear stage With such a gear stage, a speed ratio and / or a speed reversal could be achieved.
  • the flexibility of a branch can thus be further increased and the spread of the drive system according to the invention can be increased even more.
  • the mechanical gear stage could have at least one spur gear stage and / or a planetary gear unit.
  • a reversible connection between an output interface and a branch is very particularly preferably established with the aid of a positive coupling.
  • a necessary synchronization of the speeds of a shaft assigned to the output interface and a shaft assigned to a corresponding branch can be achieved with the aid of the two independently controllable drive modules.
  • the form-fitting clutch could be switchable by means of an electrically actuated switching element, but a mechanical or hydraulic actuation of the switching element would also be conceivable.
  • the switching element preferably works to engage or to release the reversible connection against a spring force, so that only one actuator - namely, for example, the electrically actuable switching element - has to be provided.
  • the positive coupling could work on the principle of the claw coupling.
  • energy or power is transported between the converter assembly and the two drive assemblies, which enables some or all of the energy source to be available to distribute the energy / power provided by the converter module to the two drive modules as required. It may be necessary for the energy to be converted to distribute the energy, examples of which are given below. It is therefore particularly provided that a converter assembly absorbs mechanical and / or electrical energy. Additionally or alternatively, a drive assembly could deliver mechanical and / or electrical energy.
  • the converter assembly and the drive assemblies convert between electrical and mechanical energy.
  • the converter assembly could have at least one electrical machine that can be operated as a generator.
  • the first and the second drive assembly could each have an electrical machine that can be operated as a motor.
  • the mechanical energy generated by the energy source is at least partially supplied to the converter assembly, which converts it into electrical current.
  • the electrical current is fed to the drive assemblies, which in turn convert this electrical energy back into mechanical torque.
  • a conversion between hydraulic and mechanical energy could also take place with the converter module and the drive modules.
  • the converter assembly could have at least one mechanically driven hydraulic pump.
  • the hydraulic pump is preferably designed to be adjustable, so that the quantity and thus the pressure of the hydraulic fluid generated by the hydraulic pump can be varied.
  • the hydrostatic energy can then be converted back into mechanical energy by a drive assembly if the first and / or the second drive assembly each have or have a hydraulic motor.
  • a hydraulic motor is preferably also adjustable, i.e. at a constant hydraulic fluid pressure, the hydraulic motor can be operated at different speeds.
  • the converter module could have an input shaft of a transmission, for example a belt transmission, a friction gear or a chain converter.
  • the first and the second drive assembly could each have at least one output shaft of the respective transmission.
  • the input interface is mechanically coupled to the first and the second branch.
  • the transducer assembly is either assigned to the energy source or the transducer assembly has an electrical machine driven by the energy source and operating as a generator.
  • the energy source directly provides electrical energy or the energy source is designed, for example, in the form of an internal combustion engine which mechanically drives the converter assembly, so that the converter assembly - the electrical machine operating as a generator - generates the electrical current.
  • the first and the second drive assembly each have an electrical machine operating as a motor. One of the two drive modules is always connected to its assigned branch.
  • the input interface is mechanically coupled to one of the two branches. If this branch is connected to the output interface, only mechanical energy is preferably transmitted via this branch. A connection of the drive assembly assigned to this branch would, however, be conceivable.
  • the input interface is electrically or hydraulically coupled to the other branch.
  • the converter module has, for example, an electrical machine that is mechanically driven by the energy source and operates as a generator. The one working as a generator The electrical machine is then preferably always mechanically driven by the energy source.
  • the first branch can be driven mechanically.
  • the second drive module can be connected to the second branch or is arranged in a power-split manner to this, which could be realized with the aid of a planetary gear.
  • a brake is provided in the second branch, with which at least a part of the second branch can be stopped relative to a housing of the drive system.
  • the brake could be a friction brake.
  • the mechanical torque transmitted by the input interface could be supplied to a sun gear of a planetary gear.
  • the second drive assembly could be connected to the planet carrier of the planetary gear.
  • the part of the second branch which can be connected to the output interface could be connected to the ring gear of the planetary gear.
  • This part of the second branch could be stopped with the brake, so that when the brake is stopped and the ring gear of the planetary gear set is stopped, the second drive assembly is driven directly.
  • the electrical energy generated by the converter module and the second drive module can be fed to the first drive module, which in turn can be connected to the output interface of the drive system. In this operating state, there is only an electrical power transmission to the output interface.
  • a compact design can be achieved in particular in this exemplary embodiment if the converter module and / or the first drive module is or are arranged essentially coaxially with the input interface. The same applies in the event that the second drive module is arranged essentially coaxially to the output interface. All three assemblies - i.e. the converter module and the two drive modules - arranged coaxially to the input interface.
  • the first drive module is spatially arranged downstream of the converter module with respect to the input interface. If appropriate, it makes sense to combine the converter module and the first drive module in one housing.
  • the first drive module can be arranged downstream of the second drive module.
  • a sequence of components is preferred, which results from the input interface as follows: converter module, second drive module, first drive module.
  • at least two assemblies of the converter assembly and / or the drive assemblies are preferably arranged essentially coaxially with one another.
  • the first branch and the second branch are each reversibly connected to the output interface via a switchable step transmission.
  • the second branch can be reversibly connected to the further output interface via a switchable step transmission.
  • the switchable step transmission could be designed in such a way that at least two different transmission ratios can be realized. As a result, the torque applied to a branch can be transmitted to the output interface at different speeds and / or directions of rotation.
  • the output interface of the drive system according to the invention could be connected to a travel drive in a vehicle or be connectable to it.
  • the further output interface could be connected to a PTO, so that mechanical torque can also be transmitted via the second output interface, for example to a working implement coupled to a tractor.
  • the drive system is very particularly preferably designed such that it is possible to switch between the two branches under load, that is to say a mechanical torque is always transmitted to the travel drive.
  • the drive system according to the invention is particularly suitable for tractors, since, particularly when plowing in an acceleration phase, the drive system must be switched under load.
  • At least one sensor is provided, with which the operating state of at least one component of the drive system can be detected and fed to the control unit.
  • speed sensors could be provided, each of which is the speed of a shaft Detect branch.
  • pressure sensors could detect the pressure of the hydraulic fluid of the hydraulically operating drive assemblies.
  • the operating state of electrically operating components - the converter module and / or a drive module - could each be detected using current / voltage meters. Redundancy is also provided with regard to the possible switching or operating states of the drive system.
  • the drive system according to the invention in contrast to conventional gears - does not necessarily have well-defined switching states or operating states. Rather, the drive system according to the invention can have a large number of different switching states, of which only a few preferred switching states are described below by way of example.
  • the first branch in a first switching state, the first branch is connected to the output interface and the first drive module is connected to the first branch.
  • the energy supplied by the energy source - for example in the form of a mechanical torque - is delivered to the output interface via the first branch.
  • a tractor equipped with the drive system according to the invention could drive slowly forwards or backwards.
  • the second branch has no function in this switching state.
  • the second branch in this switching state the second branch could be connected to the further output interface and the second drive module could be connected to the second branch.
  • the PTO shaft in the second switching state of the tractor equipped with the drive system according to the invention, the PTO shaft could be activated and the speed independently adjustable.
  • the first and the second branch are connected to the output interface.
  • the powers transferred from the first and the second branch to the output interface add up, so that in this switching state a tractor equipped with the drive system according to the invention can drive slowly forwards or backwards, in particular for high tractive force requirements.
  • the speeds could of the two drive modules must be matched to or synchronized with the speed of the output interface.
  • the further output interface - in the example of a tractor the PTO shaft - is dependent on the driving speed in this switching state and can therefore be used as a so-called "ground PTO shaft".
  • a third switching state is also preferably provided, in which the second branch is connected to the output interface.
  • the driving speed could be significantly higher in this switching state and the tractive force could be significantly lower than, for example, in the first switching state.
  • the second branch is connected to the further output interface.
  • the speed of the output interface - i.e. of the travel drive - coupled with the speed of the further output interface - i.e. the PTO shaft - so that a "ground PTO shaft" can also be realized in this switching state.
  • the vehicle according to the invention has a drive system according to one of claims 1 to 49.
  • the vehicle could be an agricultural or industrial utility vehicle.
  • the vehicle is very particularly preferably a tractor.
  • the vehicle could be a combine harvester, forage harvester or a construction machine, for example a wheel loader or backhoe.
  • the assemblies according to the invention are a drive assembly and / or a converter assembly and / or a control unit for a drive system according to one of claims 1 to 49.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment according to the invention
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment, which is similar to the exemplary embodiment from FIG. 3 and shows more details.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a drive system 10 according to the invention.
  • the drive system 10 comprises a first drive assembly 12 and a second drive assembly 14, which can be controlled by the control unit 16 via the lines 18, 20.
  • the two drive assemblies 12, 14 can be controlled independently of one another by a control unit 16 and continuously output a power specified by the control unit 16.
  • the drive system 10 comprises a first branch 22 and a second branch 24, the two branches in FIG. 1 being shown only schematically in the form of a shaft.
  • the drive assembly 12 can be connected to the first branch 22 via the schematically shown transmission connection 26.
  • the drive assembly 14 can be connected to the second branch 24 via the schematically shown transmission connection 28.
  • the transmission connections 26, 28 are always switched on, that is, for example, an output shaft of the drive assemblies 12, 14 is via the respective one Transmission connection 26, 28 is connected to the first and second branches 22, 24 in a rotationally fixed manner.
  • the drive system further comprises the output interface 30, which can be reversibly connected to the first and / or the second branch 22, 24.
  • the respective connection is implemented schematically with an assembly 32, 34.
  • the drive assemblies 12, 14 could each be an internal combustion engine designed in the form of a diesel engine. At least one of the two drive assemblies 12, 14 could, however, also be designed in the form of a fuel cell which initially generates electrical current, which is converted into a mechanical torque by a conversion stage (not shown in FIG. 1).
  • the two drive assemblies 12, 14 are always connected in a rotationally fixed manner to the two branches 22, 24, basically three switching states of the drive system 10 are conceivable.
  • a first switching state only the drive assembly 12 is controlled by the control unit 16, so that the torque generated by the drive assembly 12 is transmitted to the branch 22 via the transmission connection 26.
  • the first branch 22 is connected to the output interface 30 via the assembly 32, so that the branch 22 transmits the torque to the output interface 30.
  • a vehicle equipped with such a drive system 10 could drive forward in this switching state, for example in a first speed range.
  • a second switching state of the drive system 10 only the drive modules 14 are controlled by the control unit 16.
  • the second branch 24 is connected to the output interface 30 via the assembly 34, so that the torque generated by the drive assembly 14 is transmitted to the output interface 30 via the second branch 24.
  • the vehicle could drive forward at a higher speed, for example in a second driving range.
  • the control unit 16 controls both drive modules 12, 14, both the first branch 22 and the second branch 24 via the modules 32, 34 each with the Output interface 30 is connected.
  • the torque generated by the two drive modules 12, 14 is transferred to the output interface 30 in sum.
  • the first and second branches 22, 24 have a fixed speed ratio, which is adapted to the speed of the output interface 30.
  • the vehicle could be operated under increased load.
  • FIG. 2 likewise shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a drive system 10 according to the invention.
  • the drive system 10 shown in FIG. 2 is of comparable design.
  • an energy source 36 is provided, which can be connected to the drive system 10 at the input interface 38 shown in dashed lines.
  • the energy source 36 comprises a diesel engine, which is coupled to the input shaft 40 of the drive system 10.
  • the diesel engine transmits a mechanical torque to the two branches 22, 24, which is realized with the aid of the component 42 shown schematically.
  • the energy source 36 further comprises a converter assembly 44, which is also mechanically driven by the diesel engine or the energy source 36.
  • the converter assembly 44 comprises an electrical machine operating as a generator, which generates alternating electrical current when the diesel engine is operating.
  • the alternating current generated is first converted into direct current by a converter unit assigned to the converter module 44 and not shown in FIG. 2 and is fed to the two drive modules 12, 14 via the input interface 38 with the aid of the connecting line 46 via the control unit 16.
  • the two drive assemblies 12, 14 are electrical machines in the form of motors, each of which has a converter unit (not shown in FIG. 2) with which the direct current is converted into alternating current.
  • the control unit 16 comprises power electronics, which make it possible to supply electrical current only to the first and / or the second drive assembly 12, 14, so that in this exemplary embodiment, too, the two drive assemblies 12, 14 are infinitely and independently of each other the first and / or the second branch 22, 24 and thus - analogous to the mode of operation in the exemplary embodiment from FIG. 1 - can also drive the drive interface 30.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of the present invention, the drive system 10 according to the invention having its input interface 38 connected to one in the form a diesel engine designed energy source 36 can be connected.
  • the energy source 36 is mechanically coupled to the second branch 24.
  • the first branch 22 is not mechanically coupled to the energy source 36.
  • the converter assembly 44 which is designed in the form of an electrical machine designed as a generator, is always coupled and driven to the second branch 24.
  • the electrical current generated by the converter assembly 44 is fed via the connecting line 46 to the control unit 16, which in turn can temporarily store the electrical current in a temporary store (not shown in FIG. 3), for example in a capacitor or accumulator. With the generated electric current can gleichsle 'Maintenance 20, the second drive assembly 14 on the one hand and the first drive assembly 12 are driven via connecting line 18 on the other.
  • the first branch 22 can only be driven by the first drive assembly 12 via the gear connection 26.
  • the first branch 22 can be connected to the output interface 30 via the two intermeshing spur gears 48, 50, provided that the switching point 52 establishes a rotationally fixed connection between the output interface 30 in the form of a shaft and the spur gear 50.
  • the second drive assembly 14 can be connected via a shaft 53 to the second branch 24 via a gear stage 54 in the form of a planetary gear.
  • the mechanical torque generated by the energy source 36 is transmitted to the output interface 30 via the shafts 56, 58 and via the two spur gears 60, 62, provided that the switching point 64 has a rotationally fixed connection between the spur gear 62 and the output interface 30 manufactures.
  • the shaft 56 it would also be conceivable for the shaft 56 to be decoupled from the shaft 58 and for the drive assembly 14 to be connected to the shaft 58.
  • the electrical current generated by the converter assembly 44 is passed via the control unit 16 to the drive assembly 14, which drives the shaft 53, so that the mechanical torque generated by the drive assembly 14 via the gear stage 54, the shaft 58, the two spur gears 60, 62, the closed switching point 64 is transmitted to the output interface 30.
  • a switching state for the second branch 24 is also conceivable, in which mechanical torques are transmitted via the gear stage 54 to the shaft 58, summed both from the shaft 56 and from the shaft 53, so that the torque generated by the energy source 36 also coincides that of the second Drive assembly 14 generated mechanical torque, on the other hand, may ultimately be transmitted to the output interface 30.
  • the shafts 56, 53 and 58 are coupled to one another via the gear stage 54.
  • the drive system 10 from FIG. 3 comprises a second output interface 66 which can be connected in a rotationally fixed manner via the switching point 70 via a spur gear 68 which meshes with the spur gear 60.
  • the second output interface 66 could, for example, be a PTO shaft of a tractor which is equipped with a drive system 10.
  • a brake 71 is provided for shaft 58, with which the shaft 58 and the corresponding part of the gear stage 54 can be stopped relative to a housing of the drive system 10 (not shown in FIG. 3). If the brake 71 is engaged, not only the converter assembly 44 but also the second drive assembly 14 is driven by the energy source 36. In this mode, the second drive assembly 14 is operated as a generator, so that both the converter assembly 44 and the second drive assembly 14 can each generate electrical current and can provide the first drive assembly 12 or an electrical on-board distribution system (not shown in FIG. 3).
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the drive system 10 can be connected to an electrical energy source 36 via the input interface 38, the energy source 36 being a generator driven by an internal combustion engine or a fuel cell.
  • the electrical energy generated by the energy source 36 is fed via the connecting lines 72 to the control units with converter units 74 and 76 of the two drive modules 12, 14.
  • the electrical energy could be direct current.
  • the energy source 36 has a generator driven by an internal combustion engine, this generator usually supplies alternating or three-phase current at a frequency which is dependent on its speed. Since the drive assemblies 12, 14 would have to be operated at a constantly changing frequency, the drive assemblies 12, 14 could not deliver any predetermined power without restriction. Therefore, the alternating or three-phase current is first converted into direct current with the aid of a converter unit (not shown in the figures) before it is fed to the control units 74, 76.
  • the electrical energy converted into direct current is in In this case, with the aid of a further converter unit assigned to the respective control unit 74, 76, it is again converted into alternating current of a predeterminable frequency in order to finally drive the drive assemblies 12, 14 in the form of electric motors.
  • the drive assemblies 12, 14 each drive the first and second branches 22, 24.
  • the first branch 22 can be connected on the one hand by means of the two spur gears 48, 50 via the switching point 52 to the output interface 30.
  • the first branch 22 can be connected to the output interface 30 via the spur gears 78, 80 and the switching point 82.
  • the second branch 24 can be connected to the output interface 30 via the spur gears 60, 62 and the switching point 64.
  • the second branch 24 can be connected to the output interface 30 via the spur gears 84, 86 and the switching point 88.
  • the first branch 22 and / or the second branch 24 can be reversibly connected to the output interface 30.
  • the second branch 24 can be reversibly connected to the second output interface 66 via the switching point 90 and the spur gears 92, 94.
  • the drive system 10 shown in FIG. 4 is very particularly preferably intended for a tractor and is designed or configured in such a way that it is distinguished by at least four driving ranges.
  • a first driving range the switching point 52 is engaged so that the drive assembly 12 is connected to the output interface 30 via the spur gears 48, 50, the output interface 30 being connected to a traction drive in a tractor.
  • the driving speed of the tractor can be changed or the direction of travel can be reversed.
  • Operation of the further output interface 66 in this driving range is possible via the second branch 24, and the output interface 66 is connected to a PTO shaft in a tractor.
  • the switching points 52 and 64 are simultaneously engaged or closed, so that the drive assembly 12 via the spur gears 48, 50 and the drive assembly 14 via the position conductors 60, 62 rotatably connected to the output interface 30 and thus to the traction drive of the tractor are.
  • the drive powers of the two drive assemblies 12, 14 add up, so that a higher tractive effort and a higher power are available at the same driving speed of the tractor.
  • operation of the further output interface 66 is not possible or is possible only to a limited extent.
  • the Driving speed in the first and in the second driving range is limited by the permissible maximum speed of the drive assembly 12.
  • a third driving range of the tractor In a third driving range of the tractor, the switching point 64 is closed, so that the second drive assembly 14 is connected to the output interface 30 via the spur gears 60, 62.
  • the driving speed in this third driving range is significantly higher and the tractive forces are significantly lower than in the first driving range, so that there is an expansion of the spread.
  • a transition from the first to the second driving range and back can take place by closing or opening the switching point 64 at synchronous speed between the drive interface 30 and the spur gear 62 and without changing the torque closure in the driving drive and thus without the driver noticing.
  • a transition from the second to the third driving range and back can take place by opening or closing the switching point 52 at synchronous speed between the drive interface 30 and the spur gear 50 and without changing the torque flow in the driving drive, and thus likewise unnoticed by the driver.
  • the second drive module 14 In the first driving range of the tractor, the second drive module 14 is not used for the driving drive. It can therefore be rotatably connected to the further output interface 66, i.e. the PTO of the tractor. By changing the speed of the second drive module 14, the speed of the further output interface 66 can be changed continuously. It then corresponds to its function in today's "engine PTO".
  • the switching point 90 can also be closed in the second and third driving range and the further output interface 66 can thus be driven.
  • the PTO speed then changes in proportion to the driving speed.
  • the PTO therefore corresponds to its function in today's "ground PTO".
  • a fourth driving range is created by simultaneously closing the switching points 64 and 82, a fifth driving range by closing only the switching point 82, a sixth driving range by closing the switching points 88 and 82, and a seventh driving range by closing only the switching point 88.
  • the drive power is transmitted by the two drive modules 12, 14, so that a higher power is available than in areas one, three and five.
  • the travel drive can be blocked and a function of a parking lock device can thus be achieved.
  • these could be switching points 52 and 82 or 64 and 88, for example.
  • the exemplary embodiment of a drive system 10 according to the invention outlined in FIG. 4 is distinguished by a uniform concept for driving and PTO shaft operation, and good use of installation space can be achieved.
  • the drive assemblies 12, 14 designed in the form of electrical machines can have a smaller size than the machines usually used from the prior art. High tensile forces at low driving speeds can also be achieved without overdimensioning the two drive modules 12, 14 by connecting the two drive modules 12, 14 in parallel.
  • a switching operation at synchronous speed can take place particularly advantageously over a wide range, a torque-free switching - jerk-free - being possible.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of a drive system 10 according to the invention, which is similar to the exemplary embodiment from FIG. 3 - also in terms of its mode of operation - and where identical or similar components are identified by the same reference symbols.
  • the first branch 22 of the drive system 10 essentially comprises a hollow shaft 96 which is connected to the spur gear 48 in a rotationally fixed manner.
  • the spur gear 48 meshes with the spur gear 50, which can be reversibly connected to the first output interface 30 via the switching point 52.
  • the second branch 24 includes on the one hand, the shaft 56, which is driven by the energy source 36 in the form of a diesel engine.
  • the second branch 24 comprises the converter assembly 44, which is always driven by the diesel engine 36.
  • the second branch 24 comprises a hollow shaft 53 which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the second drive assembly 14 which is in the form of an electrical machine.
  • the shaft 56 and the hollow shaft 53 are connected to the planetary gear 54, wherein the planetary gear is further connected to the shaft 58.
  • the second branch 24 further comprises the brake 71, with which the shaft 58 and part of the planetary gear 54 can be stopped, as well as the intermeshing spur gears 98, 100 and the two meshing spur gears 60, 62.
  • the shaft 102 connects the two spur gears 100, 60 rotatably with each other.
  • the spur gear 62 of the second branch 24 can be reversibly connected to the output interface 30 with the switching point 64.
  • the second branch 24 can also be reversibly connected to the second output interface 66 via the spur gear 68 which meshes with the spur gear 98 and the switching point 70.
  • the output interface 30 is connected to the traction drive of a tractor, which is not shown in FIG. 5, and the output interface 66 is connected to the PTO shaft of a tractor, which is likewise not shown in FIG.
  • the converter assembly 44 and the first and second drive assemblies 12, 14 are connected via connecting lines and to an inverter 104, 106 and 108, respectively.
  • the control device 16 is connected to each of the converters 104, 106, 108.
  • the converter assembly 44 can thus be operated by the control device 16 and the converter 104 in one direction of rotation - namely that of the diesel engine 36 - and in two torque directions - for braking or accelerating.
  • the drive modules 12, 14 can be operated by the control device 16 and the respective converter 106, 108 in two directions of rotation and in two directions of torque - for braking or accelerating.
  • the control device 16 is connected to sensors (not shown in FIG. 5) and a data interface for vehicle-relevant information about the operating state of the diesel engine 36. It also receives the speed of the further output interface 66, wheel or axle speeds, which are detected by corresponding sensors (not shown in FIG. 5) and made available to the control device 16.
  • the control device 16 shown in FIG. 5 serves as a higher-level control of a drive system 10 according to the invention equipped vehicle and also takes over the energy management of the vehicle and the supply of further - also not shown - electrical consumers.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 5 also includes a first driving range in which the further output interface 66 is not activated.
  • Switching point 52 is engaged here, so that spur gears 48, 50 are connected in a rotationally fixed manner to output interface 30, and thus first branch 22 is driven by first drive assembly 12.
  • the brake 71 in the form of a friction brake is closed, so that the converter assembly 44 and the second drive assembly 14, which then functions as a generator, are driven by the diesel engine 36, and the electrical power generated thereby is made available to the first drive assembly 12, which operates as a motor.
  • the brake 71 is opened in a second driving range.
  • the speed of the diesel engine 36 and the speed of the second drive assembly 14 add up in the planetary gear 54.
  • the switching point 64 can be switched with the spur gear 50 at synchronous speed .
  • the switching point between the branches 22, 24 does not have to be carried out at a discrete speed.
  • the further output interface 66 - and thus the PTO shaft on a tractor - can also be activated.
  • switching point 64 has to be opened and switching point 70 has to be closed.
  • the brake 71 is opened and power can be drawn from the further output interface 66.
  • the speed of the diesel engine 36 can be freely selected within limits depending on the power requirement.
  • the control of the diesel engine 36 and the control of the Converter module 44 and the first and second drive modules 12, 14 can therefore take place in such a way that an optimization target stored in a higher-level control unit - for example in control unit 16 - is achieved.
  • the optimization goal can be, for example, low fuel consumption or the lowest possible noise level.
  • the concept of this embodiment combines a continuously variable drive with a continuously variable PTO. Therefore, the two installation spaces usually provided for this purpose are also available in a conventional tractor equipped with the drive system 10 according to the invention.
  • the converter assembly 44 and the first and second drive assemblies 12, 14 form the electrical drive part of the drive system 10 shown in FIG. 5. They are compactly arranged downstream of the diesel engine 36 and can therefore be installed in an environment that is optimal for electrical machines, for example no oil in the gearbox and water-cooled stators from the outside.
  • the switching points 52, 64 and the spur gears 48, 50, 60, 62 could also be located in front of the differential housing.
  • the planetary gear 54, the brake 71 and the spur gears 68, 98, 100 could be accommodated in the space of the PTO.
  • a power shift clutch could be used to switch to the second driving range.
  • the second branch 24 and / or the second output interface 66 could also be implemented directly instead of power-split.
  • Switching point 70 could have a further translation.
  • An electric front wheel drive can replace a mechanical front wheel drive.
  • An electrically driven front axle with one or two electrical machines can replace a conventional front wheel drive.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug. Das Antriebssystem (10) umfasst eine erste und eine zweite Antriebsbaugruppe (12, 14), einen ersten und einen zweiten Zweig (22, 24), mindestens eine Steuereinheit (16) und mindestens eine Ausgangsschnittstelle (30). Die erste Antriebsbaugruppe (12) ist dem ersten Zweig (22) zuschaltbar. Die zweite Antriebsbaugruppe (14) ist dem zweiten Zweig (24) zuschaltbar. Der erste Zweig (22) und/oder der zweite Zweig (24) ist bzw. sind mit der Ausgangsschnittstelle (30) reversibel verbindbar. Die Antriebsbaugruppen (12, 14) sind mit mindestens einer Steuereinheit (16) derart ansteuerbar, dass die Antriebsbaugruppen (12, 14) stufenlos und unabhängig voneinander eine vorgebbare Leistung abgeben können. Das erfindungsgemässe Antriebssystem weist eine gegenüber dem Stand der Technik erweiterte Spreizung auf und vermeidet unkomfortable ScheItvorgänge zumindest weitgehend.

Description

Antriebssvstem für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Antriebssystem sowie eine Antriebsbaugruppe und/oder eine Wandlerbaugruppe und/oder eine Steuereinheit für ein solches Antriebssystem.
Zum Antrieb von Fahrzeugen werden in zunehmendem Maße Elektromotoren verwendet, die ihre Energie aus verbrennungsmotorgetriebenen Generatoren, Batterien oder Brennstoffzellen beziehen. Zum Erzielen einer höheren Spreizung werden den Elektromotoren in manchen Fällen schaltbare Getriebestufen nachgeordnet, meist erfolgt die Leistungsübertragung aber ohne Schaltstufen. Unter dem Begriff der Spreizung versteht man den Geschwindigkeitsbereich, über den die Nennleistung am Abtrieb erreichbar ist.
Bei Straßen- und Schienenfahrzeugen reicht die bislang im Stand der Technik beschriebene Vorgehensweise zum Erzielen der gewünschten Fahrleistung in der Regel aus. Die Spreizung liegt hier in der Größenordnung von 5 bis 10. Die kleinste Geschwindigkeit, bei der die Nennleistung erreicht wird, liegt häufig über 20km/h. Bei landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen und insbesondere bei Traktoren reicht diese Spreizung nicht aus. Es sind Werte über 15 erforderlich, um die Antriebsaufgaben eines Traktors abzudecken. Die kleinste Geschwindigkeit, bei der die Nennleistung erreicht wird, liegt in der Nähe von 3 km/h. Wegen der kleinen Absolutgeschwindigkeit und hohen Zugkraft von Traktoren sind Schaltvorgänge, mit denen in einen anderen Geschwindigkeitsbereich bei ähnlicher Zugkraft geschaltet werden muss, aufgrund des im Antriebssystem vorliegenden Übersetzungssprungs sehr unkomfortabel. Die bei Traktoren häufig eingesetzte stufenlose Lastschaltgetriebe weisen üblicherweise zwei Zweige auf, über welche wahlweise das Drehmoment von dem Antriebsaggregat beziehungsweise der Energiequelle auf den Fahrantrieb übertragen wird. Beim Umschalten in einen anderen Geschwindigkeitsbereich wird auch während des Umschaltvorgangs ein Drehmoment von dem Antriebsaggregat auf den Fahrantrieb übertragen (Lastschaltgetriebe). Wenn ein Schaltvorgang erfolgt, wird hierbei ein Zweig des Getriebes vom Fahrantrieb getrennt bzw. ausgerückt, wohingegen der andere Zweig des Getriebes eingerückt und somit mit dem Fahrantrieb verbunden wird. Ein Schaltvorgang unterliegt Zwangsbedingungen, da die Drehzahlen der zwei Zweige zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs im Wesentlichen übereinstimmen müssen.
Zudem sind Traktoren in Gegensatz zu Straßen- und Schienenfahrzeugen in der Regel zusätzlich zum Fahrantrieb mit einem oder mehreren weiteren mechanischen Abtrieben für Anbaugeräte, einer so genannten Zapfwelle (PTO), ausgestattet.
Im Folgenden wird mit dem Begriff Zweig ein Teil eines Antriebssystems oder eines Getriebes bezeichnet, welcher ein mechanisches Drehmoment, ganz allgemein Energie, übertragen kann. Es kann sich also um eine Welle und damit verbundenen Drehübertragungselementen und/oder Schaltstufen handeln.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch welches die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll ein Antriebssystem angegeben werden, welches eine gegenüber dem Stand der Technik erweiterte Spreizung aufweist und unkomfortable Schaltvorgänge zumindest weitgehend vermeidet.
Entsprechende Aufgaben liegen dem eingangs genannten Fahrzeug mit einem solchen Antriebssystem sowie der Antriebsbaugruppe und/oder der Wandlerbaugruppe und/oder der Steuereinheit für ein solches Antriebssystem zu Grunde.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Antriebssystems erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß umfasst das Antriebssystem eine erste und eine zweite Antriebsbaugruppe, einen ersten und einen zweiten Zweig, mindestens eine Steuereinheit und mindestens eine Ausgangsschnittstelle. Die erste Antriebsbaugruppe ist dem ersten Zweig zuschaltbar. Die zweite Antriebsbaugruppe ist dem zweiten Zweig zuschaltbar. Der erste Zweig und/oder der zweite Zweig ist bzw. sind mit der Ausgangsschnittstelle reversibel verbindbar. Die Antriebsbaugruppen sind mit mindestens einer Steuereinheit derart ansteuerbar, dass die Antriebsbaugruppen stufenlos und unabhängig voneinander eine vorgebbare Leistung beziehungsweise Energie abgeben können.
Eine Ausgangsschnittstelle könnte beispielsweise eine Welle sein, welche mit einem Fahrantrieb eines Fahrzeugs koppelbar ist und über welche beispielsweise ein mechanisches Drehmoment zum Antrieb des Fahrzeugs übertragen werden kann.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist - insbesondere zu stufenlosen Schaltvorgängen unter Last - zwei Zweige auf, zwischen denen hin und her geschaltet werden kann, welche aber auch gleichzeitig mit der Ausgangswelle verbunden sein können. Die Antriebsbaugruppen können von der Steuereinheit angesteuert unabhängig voneinander eine vorgebbare Leistung - beispielsweise in Form eines mechanischen Drehmoments oder ganz allgemein in Form von Energie - abgeben. Somit kann ein Zustand im Antriebssystem hergestellt werden, bei welchem die mechanische Drehzahl der beiden Zweige jeweils auf die der Ausgangsschnittstelle angepasst ist, so dass ein synchroner Schaltvorgang möglich ist, wenn beispielsweise die Verbindung des ersten Zweigs mit der Ausgangsschnittstelle unterbrochen und die Verbindung des zweiten Zweigs mit der Ausgangsschnittstelle hergestellt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ist auch der Zustand vorgesehen, dass sowohl der erste als auch zweite Zweig mit der Ausgangsschnittstelle verbunden ist, wodurch die von den beiden Antriebsbaugruppen abgegebene - vorzugsweise mechanische -Leistung addiert werden kann. Jeder der zwei Zweige könnte festgelegte Geschwindigkeits- und Übersetzungsbereiche aufweisen, in denen sie verwendet werden.
Aufgrund der voneinander unabhängigen Ansteuerung der beiden Antriebsbaugruppen ist es möglich, die Geschwindigkeitsbereiche der zwei Zweige derart auszulegen, dass diese Bereiche sich überlappen. Bei den Bereichsüberlappungen kann somit in vorteilhafter Weise ein Zweig oder beide Zweige beliebig der Ausgangsschnittstelle zugeschaltet oder davon getrennt werden. Selbst wenn beide Zweige der Ausgangsschnittstelle zugeschaltet sind, lässt sich die Übersetzung zwischen dem ersten Zweig und der Ausgangsschnittstelle und dem zweiten Zweig und der Ausgangsschnittstelle verstellen, es entsteht also im Gegensatz zu den konventionellen Stufen- bzw. Mehrbereichsgetrieben keine Zwangsbedingung für die vorliegende mechanische Übersetzung. Dementsprechend erfordert ein Schaltvorgang des erfindungsgemäßen Antriebssystems lediglich das Zu- oder Abschalten (bzw. das Verbinden oder Unterbrechen) eines Zweigs der Ausgangsschnittstelle beispielsweise dadurch, dass eine entsprechende Schaltkupplung zwischen dem Zweig und der Ausgangsschnittstelle betätigt wird. Letztendlich können zwei Schaltvorgänge - beispielsweise das Verbinden des einen Zweigs mit der Ausgangsschnittstelle und das Unterbrechen des anderen Zweigs mit der Ausgangsschnittstelle - zeitlich beliebig lang auseinander liegen, wodurch insgesamt ein nahezu schaltruckfreies Umschalten der Geschwindigkeitsbereiche des Antriebssystems möglich ist.
Grundsätzlich könnte vorgesehen sein, dass eine Antriebsbaugruppe einen Verbrennungsmotor aufweist. Ganz bevorzugt würde in diesem Fall ein Dieselmotor verwendet werden, der hinsichtlich seiner vielseitigen Ansteuermöglichkeiten und seines hohen Wirkungsgrads insbesondere bei landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen regelmäßig eingesetzt wird. Beispielsweise wäre es denkbar, dass ein Antriebssystem zwei Dieselmotoren aufweist.
Alternativ oder zusätzlich könnte eine Antriebsbaugruppe eine Energiequelle aufweisen, welche elektrischen Strom erzeugt, beispielsweise eine Brennstoffzelle. Diese Antriebsbaugruppe könnte weiterhin eine mechanische Wandlungsstufe aufweisen, mit welcher der elektrische Strom in ein mechanisches Drehmoment umgewandelt wird.
Das Vorsehen zweier unabhängig voneinander ansteuerbaren Energiequellen, welche jeweils dem ersten bzw. dem zweiten Zweig zuschaltbar sind, bringt in ganz besonders vorteilhafter Weise eine große Flexibilität hinsichtlich der Ansteuerungsmoglichkeiten und der Betriebszustände des Antriebssystems mit sich, kann jedoch erhöhte Herstellungskosten verursachen. Das grundlegende Konzept des erfindungsgemäßen Antriebssystems kann auch dann eingesetzt werden, wenn für ein Fahrzeug lediglich eine Energiequelle vorgesehen ist. In einem solchen Fall umfasst das Antriebssystem zusätzlich eine Eingangsschnittstelle und mindestens eine Wandlerbaugruppe. Die Eingangsschnittstelle ist an eine - vorzugsweise in Form eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs ausgebildete - Energiequelle anschließbar. Von der Energiequelle erzeugte Energie bzw. abgegebene Leistung ist über die Eingangsschnittstelle auf den ersten und auf den zweiten Zweig aufteilbar. Die Wandlerbaugruppe ist mit den Antriebsbaugruppen verbunden. Die Wandlerbaugruppe ist mit der Eingangsschnittstelle verbindbar. Unter einer Eingangsschnittstelle im vorliegenden Sinn ist eine Schnittstelle zu verstehen, welche die von der Energiequelle erzeugte Energie aufnimmt und dem Antriebssystem zuführt. Die Eingangsschnittstelle könnten also in Form einer Welle ausgeführt sein, falls die Energiequelle in Form eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist und ein mechanisches Drehmoment zur Verfügung stellt.
Damit die Antriebsbaugruppen unabhängig voneinander eine vorgebbare Leistung abgeben können bzw. mit einem vorgebbaren Drehmoment betreibbar sind, ist zwischen der Wandlerbaugruppe und den Antriebsbaugruppen Energie bzw. Leistung beliebig verteilbar bzw. transportierbar. Ein solcher Energie- /Leistungstransport ist bevorzugt von der Steuereinheit gesteuert. Falls die Wandlerbaugruppe einen elektrischen Generator und die zwei Antriebsbaugruppen jeweils eine elektrische Maschine aufweisen, könnte ein solcher Energietransport mit Hilfe einer Leistungselektronik-Steuereinheit realisiert werden.
Bevorzugt wird eine Energiequelle verwendet, welche mechanische und/oder elektrische Energie erzeugt. Zur Ansteuerung der Energiequelle könnte eine eigene Steuereinheit vorgesehen werden. Hiermit wäre die von der Energiequelle erzeugte Energie vorgebbar variierbar, kann also auf den jeweiligen Betriebszustand des Antriebssystems bzw. eines Fahrzeugs angepasst werden.
Die Energiequelle könnte einen Verbrennungsmotor aufweisen, insbesondere einen Dieselmotor. Weiterhin könnte die Energiequelle einen von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator und/oder eine Brennstoffeelle und/oder einen elektrischen Speicher - beispielsweise einen Akkumulator, einen Kondensator oder eine Batterie - umfassen.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine weitere Ausgangsschnittstelle vorgesehen. Diese weitere Ausgangsschnittstelle könnte grundsätzlich reversibel mit dem ersten oder zweiten Zweig verbindbar sein, vorzugsweise ist das Antriebssystem derart ausgebildet, dass die weitere Ausgangsschnittstelle mit dem zweiten Zweig reversibel verbindbar ist. Bei der weiteren Ausgangsschnittstelle könnte es sich um eine Zapfwelle (PTO) zur Übertragung eines mechanischen Drehmoments handeln, welche üblicherweise an Traktoren zum mechanischen Antreiben von Arbeitsgeräten vorgesehen ist.
Ganz allgemein ist über die Eingangsschnittstelle, die Ausgangsschnittstelle und/oder die weitere Ausgangsschnittstelle mechanische und/oder elektrische Energie übertragbar. Falls mechanische Energie, beispielsweise in Form eines Drehmoments, über eine Schnittstelle zu übertragen ist, könnte hierfür eine Welle vorgesehen sein. Eine Übertragung elektrischer Energie könnte mittels entsprechend ausgelegten elektrischen Leitungen, induktiv oder mit Hilfe von Schleifkontakten erfolgen.
Bevorzugt weist der erste und/oder der zweite Zweig und/oder die Ausgangsschnittstelle jeweils mindestens eine mechanische Getriebestufe auf. Mit einer solchen Getriebestufen könnte eine Drehzahlübersetzuπg und/oder eine Drehzahlumkehr erzielbar sein. Somit kann die Flexibilität eines Zweigs weiter erhöht und die Spreizung des erfindungsgemäßen Antriebssystems noch mehr gesteigert werden. Im Konkreten könnte die mechanische Getriebestufe mindestens eine Stimradstufe und/oder eine Planetengetriebeeinheit aufweisen.
Ganz besonders bevorzugt wird eine reversible Verbindung zwischen einer « Ausgangsschnittstelle und einem Zweig mit Hilfe einer foπmschlüssigen Kupplung hergestellt. Eine hierzu erforderliche Synchronisation der Drehzahlen einer der Ausgangsschnittstelle zugeordneten Welle und einer einem entsprechenden Zweig zugeordneten Welle kann mit Hilfe der zwei voneinander unabhängig ansteuerbaren Antriebsbaugruppen erzielt werden. Die formschlüssige Kupplung könnte mittels eines elektrisch betätigbaren Schaltelements schaltbar sein, aber auch eine mechanische oder hydraulische Betätigung des Schaltelements wäre ebenfalls ' denkbar. Vorzugsweise arbeitet das Schaltelement zum Einrücken oder zum Lösen der reversiblen Verbindung gegen eine Federkraft, so dass lediglich ein Aktuator - nämlich beispielsweise das elektrisch betätigbare Schaltelement - vorzusehen ist. Die formschlüssige Kupplung könnte nach dem Prinzip der Klauenkupplung arbeiten.
Grundsätzlich erfolgt zwischen der Wandlerbaugruppe und den zwei Antriebsbaugruppen ein Energie- beziehungsweise ein Leistungstransport, welcher es ermöglicht, einen Teil oder sämtliche von der Energiequelle zur Verfügung gestellte Energie/Leistung von der Wandlerbaugruppe auf die zwei Antriebsbaugruppen beliebig zu verteilen. Hierbei kann es erforderlich sein, dass zur Verteilung der Energie eine Energiewandlung erfolgt, wobei im Folgenden hierfür Beispiele gegeben werden. Daher ist insbesondere vorgesehen, dass eine Wandlerbaugruppe mechanische und/oder elektrische Energie aufnimmt. Zusätzlich oder alternativ hierzu könnte eine Antriebsbaugruppe mechanische und/oder elektrische Energie abgeben.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt mit der Wandlerbaugruppe und den Antriebsbaugruppen eine Wandlung zwischen elektrischer und mechanischer Energie. Hierzu könnte die Wandlerbaugruppe mindestens eine als Generator betreibbare elektrische Maschine aufweisen. Weiterhin könnte die erste und die zweite Antriebsbaugruppe jeweils eine als Motor betreibbare elektrische Maschine aulweisen. Somit wird beispielsweise die von der Energiequelle erzeugte mechanische Energie zumindest teilweise der Wandlerbaugruppe zugeführt, welche diese in elektrischen Strom umwandelt. Der elektrische Strom wird den Antriebsbaugruppen zugeleitet, welche ihrerseits diese elektrische Energie wieder in ein mechanisches Drehmoment umwandeln.
Es könnte mit der Wandlerbaugruppe und den Antriebsbaugruppen auch eine Wandlung zwischen hydraulischer und mechanischer Energie erfolgen. Hierzu könnte die Wandlerbaugruppe mindestens eine mechanisch angetriebene Hydropumpe aufweisen. Die Hydropumpe ist vorzugsweise verstellbar ausgeführt, so dass die Menge und somit der von den Hydropumpe erzeugte Druck der Hydraulikflüssigkeit variierbar ist. Mit der Hydropumpe wird die mechanische Energie in hydrostatische Energie gewandelt. Die hydrostatische Energie kann von einer Antriebsbaugruppe dann wieder in mechanische Energie umgewandelt werden, wenn die erste und/oder die zweite Antriebsbaugruppe jeweils einen Hydromotor aufweist bzw. aufweisen. Vorzugsweise ist auch ein solcher Hydromotor verstellbar ausgebildet, d.h. bei einem konstanten Druck der Hydraulikflüssigkeit kann der Hydromotor mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden.
Als weiteres Beispiel ist eine rein mechanische Wandlung zwischen der Wandlerbaugruppe und den Antriebsbaugruppen denkbar. Hierzu könnte die Wandlerbaugruppe eine Eingangswelle eines Getriebes aufweisen, beispielsweise eines Umschlingungsgetriebes, eines Reibradgetriebes oder eines Kettenwandlers. Die erste und die zweite Antriebsbaugruppe könnte dementsprechend jeweils mindestens eine Ausgangswelle des jeweiligen Getriebes aufweisen.
Ganz allgemein sind eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Ausführungsformen denkbar, wobei das Antriebssystem des Patentanspruchs 1 mit den im Rahmen dieser Patentanmeldung offenbarten Komponenten, Anordnungen von Komponenten sowie deren Betriebsweise weitergebildet werden kann. Hierdurch kann eine Optimierung des erfindungsgemäßen Antriebssystems für jegliche Art und von Fahrzeugen vorgenommen werden, beispielsweise für Baumaschinen, Mähdrescher oder Feldhäcksler. Im Folgenden werden ganz besonders bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, welche besonders für Traktoren geeignet sein könnten.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die Eingangsschnittstelle mit dem ersten und dem zweiten Zweig mechanisch gekoppelt. Die Wandlerbaugruppe ist entweder der Energiequelle zugeordnet oder die Wandlerbaugruppe weist eine von der Energiequelle angetriebene und als Generator arbeitende elektrische Maschine auf. Dementsprechend stellt die Energiequelle unmittelbar elektrische Energie zur Verfügung oder die Energiequelle ist beispielsweise in Form eines Verbrennungsmotors ausgebildet, welcher die Wandlerbaugπuppe mechanisch antreibt, so dass die Wandlerbaugruppe - die als Generator arbeitende elektrische Maschine - den elektrischen Strom erzeugt. Die erste und die zweite Antriebsbaugruppe weist jeweils eine als Motor arbeitende elektrische Maschine auf. Hierbei ist stets eine der beiden Antriebsbaugruppen ihrem zugeordneten Zweig zugeschaltet.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Eingangsschnittstelle mit einem der zwei Zweige mechanisch gekoppelt. Falls dieser Zweig mit der Ausgangsschnittstelle verbunden ist, wird über diesen Zweig bevorzugt lediglich mechanische Energie übertragen. Eine Zuschaltung der diesem Zweig zugeordneten Antriebsbaugruppe wäre jedoch denkbar. Mit dem anderen Zweig ist die Eingangsschnittstelle elektrisch oder hydraulisch gekoppelt. Hierbei weist die Wandlerbaugruppe z.B. eine von der Energiequelle mechanisch angetriebene und als Generator arbeitende elektrische Maschine auf. Die als Generator arbeitende elektrische Maschine ist dann vorzugsweise stets von der Energiequelle mechanisch angetrieben.
Mit der ersten Antriebsbaugruppe ist der erste Zweig mechanisch antreibbar. Die zweite Antriebsbaugruppe ist dem zweiten Zweig zuschaltbar oder leistungsverzweigt zu diesem angeordnet, was mit Hilfe eines Planetengetriebes realisiert werden könnte. Im zweiten Zweig ist eine Bremse vorgesehen, mit welcher zumindest ein Teil des zweiten Zweigs relativ zu einem Gehäuse des Antriebssystems stillsetzbar ist. Bei der Bremse könnte es sich um eine Reibbremse handeln. So könnte beispielsweise das von der Eingangsschnittstelle übertragene mechanische Drehmoment einem Sonnenrad eines Planetengetriebes zugeleitet werden. Die zweite Antriebsbaugruppe könnte mit dem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden sein. Der Teil des zweiten Zweigs, welcher mit der Ausgangsschnittstelle in Verbindung bringbar ist, könnte mit dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden sein. Dieser Teil des zweiten Zweigs könnte mit der Bremse stillsetzbar sein, so dass bei stillgesetzter Bremse und somit stillgesetztem Hohlrad des Planetengetriebes die zweite Antriebsbaugruppe unmittelbar angetrieben wird. Die von der Wandlerbaugruppe und der zweiten Antriebsbaugruppe erzeugte elektrische Energie kann der ersten Antriebsbaugruppe zugeleitet werden, welche ihrerseits mit der Ausgangsschnittstelle des Antriebssystems verbindbar ist. In diesem Betriebszustand erfolgt lediglich eine elektrische Leistungsübertragung auf die Ausgangsschnittstelle.
Eine kompakte Bauweise lässt sich insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel dann erzielen, wenn die Wandlerbaugruppe und/oder die erste Antriebsbaugruppe im Wesentlichen koaxial zur Eingangsschnittstelle angeordnet ist bzw. sind. Gleiches gilt für den Fall, dass die zweite Antriebsbaugruppe im Wesentlichen koaxial zur Ausgangsschnittstelle angeordnet ist. Ganz besonders bevorzugt werden alle drei Baugruppen - d.h. die Wandlerbaugruppe und die zwei Antriebsbaugruppen - koaxial zur Eingangsschnittstelle angeordnet.
In konstruktiver Hinsicht ist es vorteilhaft, wenn bezüglich der Eingangsschnittstelle die erste Antriebsbaugruppe der Wandlerbaugruppe räumlich nachgeordnet ist. Gegebenenfalls bietet es sich an, die Wandlerbaugruppe und die erste Antriebsbaugruppe in einem Gehäuse zusammenzufassen. Ebenfalls könnte bezüglich der Eingangsschnittstelle die erste Antriebsbaugruppe der zweiten Antriebsbaugruppe nachgeordnet sein. Insgesamt wird eine Reihenfolge der Komponenten bevorzugt, die von der Eingangsschnittstelle aus gesehen sich wie folgt ergibt: Wandlerbaugruppe, zweite Antriebsbaugruppe, erste Antriebsbaugruppe. Somit sind bevorzugt von der Wandlerbaugruppe und/oder von den Antriebsbaugruppen mindestens zwei Baugruppen im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet.
Bevorzugt wird der erste Zweig und der zweite Zweig jeweils mit der Ausgangsschnittstelle über ein schaltbares Stufengetriebe reversibel verbunden. Der zweite Zweig kann mit der weiteren Ausgangsschnittstelle über ein schaltbares Stufengetriebe reversibel verbunden werden. Das schaltbare Stufengetriebe könnte hierbei derart ausgebildet sein, dass mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse realisierbar sind. Hierdurch kann das an einem Zweig anliegende Drehmoment mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehrichtungen auf die Ausgangsschnittstelle übertragen werden.
Die Ausgangsschnittstelle des erfϊndungsgemäßen Antriebssystems könnte in einem Fahrzeug an einen Fahrantrieb angeschlossen werden bzw. damit verbindbar sein. Die weitere Ausgangsschnittstelle könnte an eine Zapfwelle (PTO) anschließban., sein, so dass über die zweite Ausgangsschnittstelle ebenfalls ein mechanisches Drehmoment - beispielsweise auf ein an einem Traktor angekoppeltes Arbeitsgerät - übertragen werden kann.
Ganz besonders bevorzugt ist das Antriebssystem derart ausgelegt, dass ein Umschalten zwischen den zwei Zweigen unter Last möglich ist, also stets ein mechanisches Drehmoment auf den Fahrantrieb übertragen wird. Hierdurch eignet sich das erlϊndungsgemäße Antriebssystem ganz besonders für Traktoren, da insbesondere beim Pflügen in einer Beschleunigungsphase ein Schaltvorgang des Antriebssystems unter Last erfolgt muss.
Damit das erfindungsgemäße Antriebssystem hinsichtlich der Betriebssicherheit zuverlässig ausgebildet werden kann, ist mindestens ein Sensor vorgesehen, mit welchem der Betriebszustand zumindest einer Komponente des Antriebssystems detektierbar und der Steuereinheit zuleitbar ist. So könnten beispielsweise Drehzahlsensoren vorgesehen sein, die jeweils die Drehzahl einer Welle eines Zweigs detektieren. Weiterhin könnten Drucksensoren den Druck der Hydraulikflüssigkeit der hydraulisch arbeitenden Antriebsbaugruppen detektieren. Der Betriebszustand elektrisch arbeitender Komponenten - der Wandlerbaugruppe und/oder eine Antriebsbaugruppe - könnte jeweils mit Strom-/Spannungsmessern detektiert werden. Auch hinsichtlich der möglichen Schalt- bzw. Betriebszustände des Antriebssystems ist eine Redundanz vorgesehen.
Da die zwei Zweige des erfindungsgemäßen Antriebssystems mit Hilfe der Antriebsbaugruppen stufenlos und völlig unabhängig voneinander angetrieben werden können, weist das erfindungsgemäße Antriebssystem - im Gegensatz zu herkömmlichen Getrieben - nicht notwendigerweise wohldefinierte Schaltzustände bzw. Betriebszustände auf. Das erfindungsgemäße Antriebssystem kann vielmehr eine Vielzahl von unterschiedlichen Schalteuständen aufweisen, von denen lediglich beispielhaft einige wenige bevorzugte Schalteustände im Folgenden ausgeführt werden.
So ist beispielsweise in einem ersten Schalteustand der erste Zweig mit der Ausgangsschnittstelle verbunden und die erste Antriebsbaugruppe ist dem ersten Zweig zugeschaltet. In diesen Schaltzustand wird daher die von der Energiequelle gelieferte Energie - beispielsweise in Form eines mechanischen Drehmoments - über den ersten Zweig an die Ausgangsschnittstelle abgegeben. Hiermit könnte beispielsweise ein mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ausgestatteter Traktor eine langsame Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt ausführen. Grundsätzlich hat der zweite Zweig in diesen Schaltzustand keine Funktion. Allerdings könnte in diesem Schalteustand der zweite Zweig mit der weiteren Ausgangsschnittstelle verbunden werden und die zweite Antriebsbaugruppe dem zweiten Zweig zugeschaltet werden. Somit wäre bei dem mit dem erfiπdungsgemäßen Antriebssystem ausgestatteten Traktor im zweiten Schalteustand die Zapfwelle zuschaltbar und in der Drehzahl unabhängig einstellbar.
In einem zweiten Schalteustand wird der erste und der zweite Zweig mit der Ausgangsschnittstelle verbunden. Hierbei addieren sich die von dem ersten und dem zweiten Zweig auf die Ausgangsschnittstelle übertragene Leistungen, so dass in diesen Schalteustand ein mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ausgestatteter Traktor eine langsame Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt insbesondere für hohe Zugkraftanforderungen ausführen kann. Hierbei könnten die Drehzahlen der beiden Antriebsbaugruppen auf die Drehzahl der Ausgangsschnittstelle abgestimmt bzw. damit synchronisiert sein. Die weitere Ausgangsschnittstelle - beim Beispiel eines Traktors die Zapfwelle - ist in diesen Schalteustand von der Fahrgeschwindigkeit abhängig und kann daher als so genannte „Wegzapfwelle" genutzt werden.
So ist weiterhin bevorzugt ein dritter Schalteustand vorgesehen, bei welchem der zweite Zweig mit der Ausgangsschnittstelle verbunden wird. Bei einer entsprechenden Auslegung bzw. Konstruktion des erfindungsgemäßen Antriebssystems für einen Traktor könnte in diesem Schalteustand die Fahrgeschwindigkeit deutlich höher und die Zugkraft deutlich geringer als beispielsweise in dem ersten Schaltzustand vorgesehen seien. Im dritten Schalteustand ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Zweig mit der weiteren Ausgangsschnittstelle verbunden wird. Beim Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ausgestatteten Traktors wäre hierdurch die Drehzahl der Ausgangsschnittstelle - d.h. des Fahrantriebs - gekoppelt mit der Drehzahl der weiteren Ausgangsschnittstelle - d.h. der Zapfwelle -, so dass in diesem Schalteustand ebenfalls eine „Wegzapfwelle" realisierbar ist.
Hinsichtlich eines eingangs genannten Fahrzeugs wird die eingangs genannte Aufgabe durch «.die Merkmale des Patentanspruchs 50 gelöst. Hiernach weist das erfindungsgemäße Fahrzeug ein Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 49 auf. Bei dem Fahrzeug könnte es sich um ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug handeln. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug um einen Traktor. Weiterhin könnte es sich bei dem Fahrzeug um einen Mähdrescher, Feldhäcksler oder um eine Baumaschine, beispielsweise einen Radlader oder Tieflöffelbagger, handeln.
Bezüglich der eingangs genannten Baugruppen wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 51 gelöst. Hiernach handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Baugruppen um eine Antriebsbaugruppe und/oder eine Wandlerbaugruppe und/oder eine Steuereinheit für ein Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 49.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung
Fig. 1 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
Fig.2 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
Fig.3 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
Fig.4 ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel und
Fig.5 ein fünftes Ausführungsbeispiel, welches dem Ausführungsbeispiel aus Figur 3 ähnlich ist und mehr Details zeigt.
Gleiche oder ähnliche Baugruppen sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 10. Das Antriebssystem 10 umfasst eine erste Antriebsbaugruppe 12 und eine zweite Antriebsbaugruppe 14, welche von der Steuereinheit 16 über die Leitungen 18, 20 ansteuerbar sind. Die zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 können von einer Steuereinheit 16 unabhängig voneinander angesteuert und eine von der Steuereinheit 16 vorgegebene Leistung stufenlos abgeben. Das Antriebssystem 10 umfasst einen ersten Zweig 22 und einen zweiten Zweig 24, wobei die zwei Zweige in Figur 1 lediglich schematisch in Form einer Welle gezeigt sind.
Die Antriebsbaugruppe 12 ist über die schematisch gezeigte Getriebeverbindung 26 dem ersten Zweig 22 zuschaltbar. Die Antriebsbaugruppe 14 ist über die schematisch gezeigte Getriebeverbindung 28 dem zweiten Zweig 24 zuschaltbar. Vorzugsweise sind die Getriebeverbindungen 26, 28 stets zugeschaltet, also beispielsweise jeweils eine Ausgangswelle der Antriebsbaugruppen 12, 14 ist über die jeweilige Getriebeverbindung 26, 28 drehfest mit dem ersten bzw. dem zweiten Zweig 22, 24 verbunden.
Das Antriebssystem umfasst des Weiteren die Ausgangsschnittstelle 30, welche reversibel mit dem ersten und/oder dem zweiten Zweig 22, 24 verbindbar ist bzw. sind. Die jeweilige Verbindung ist schematisch mit einer Baugruppe 32, 34 realisiert.
Beispielsweise könnte es sich bei den Antriebsbaugruppen 12, 14 um jeweils einen in Form eines Dieselmotors ausgebildeten Verbrennungsmotor handeln. Zumindest eine der beiden Antriebsbaugruppen 12, 14 könnte allerdings auch in Form einer Brennstoffzelle ausgebildet sein, welche zunächst elektrischen Strom erzeugt, welcher von einer - in Figur 1 nicht gezeigten - Wandlungsstufe in ein mechanisches Drehmoment umgewandelt wird.
Vorausgesetzt, dass die zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 stets jeweils drehfest mit den zwei Zweigen 22, 24 verbunden sind, sind grundsätzlich drei Schalteustände des Antriebssystems 10 denkbar. In einem ersten Schalteustand wird lediglich die Antriebsbaugruppe 12 von der Steuereinheit 16 angesteuert, so dass das von der Antriebsbaugruppe 12 erzeugte Drehmoment über die Getriebeverbindung 26 auf den Zweig 22 übertragen wird. Der erste Zweig 22 ist in diesen Schalteustand über die Baugruppe 32 mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden, so dass der Zweig 22 das Drehmoment auf die Ausgangsschnittstelle 30 überträgt. Ein mit einem solchen Antriebssystem 10 ausgestattetes Fahrzeug könnte in diesem Schalteustand beispielsweise in einem ersten Geschwindigkeitsbereich vorwärts fahren.
In einem zweiten Schalteustand des Antriebssystems 10 wird lediglich die Antriebsbaugruppen 14 von der Steuereinheit 16 angesteuert. Der zweite Zweig 24 ist über die Baugruppe 34 mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden, so dass das von der Antriebsbaugruppe 14 erzeugte Drehmoment über den zweiten Zweig 24 auf die Ausgangsschnittstelle 30 übertragen wird. Das Fahrzeug könnte in diesen Schalteustand beispielsweise in einem zweiten Fahrbereich größerer Geschwindigkeit vorwärts fahren.
In einem dritten Schalteustand des Antriebssystems werden von der Steuereinheit 16 beide Antriebsbaugruppen 12, 14 angesteuert, wobei sowohl der erste Zweig 22 als auch der zweite Zweig 24 über die Baugruppen 32, 34 jeweils mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden ist. In diesem Schalteustand wird das von den zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 erzeugte Drehmoment summiert auf die Ausgangsschnittstelle 30 übertragen. Hierzu haben der erste und der zweite Zweig 22, 24 ein festes Drehzahlverhältnis, welches auf die Drehzahl der Ausgangsschnittstelle 30 angepasst ist. Das Fahrzeug könnte in diesem Schalteustand unter erhöhter Last betrieben werden.
Figur 2 zeigt ebenfalls in einer schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 10. Hinsichtlich der in Figur 1 gezeigten Komponenten ist das in Figur 2 gezeigte Antriebssystem 10 vergleichbar ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Energiequelle 36 vorgesehen, welche an der gestrichelt gezeichneten Eingangsschnittstelle 38 an das Antriebssystem 10 anschließbar ist. Im Konkreten umfasst die Energiequelle 36 einen Dieselmotor, welche an die Eingangswelle 40 des Antriebssystems 10 gekoppelt ist. Der Dieselmotor überträgt ein mechanisches Drehmoment auf die zwei Zweige 22, 24, was mit Hilfe des schematisch gezeigten Bauteils 42 realisiert wird. Die Energiequelle 36 umfasst des Weiteren eine Wandlerbaugruppe 44, welche ebenfalls von dem Dieselmotor beziehungsweise der Energiequelle 36 mechanisch angetrieben wird. Die Wandlerbaugruppe 44 umfasst eine als Generator arbeitende elektrische Maschine, welche beim Betrieb des Dieselmotors elektrischen Wechselstrom erzeugt. Der erzeugte Wechselstrom wird von einer der Wandlerbaugruppe 44 zugeordneten und in Figur 2 nicht gezeigten Umrichtereinheit zunächst in Gleichstrom umgewandelt und über die Eingangsschnittstelle 38 mit Hilfe der Verbindungsleitung 46 über die Steuereinheit 16 den zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 zugeleitet. Die zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 sind in Form von Motoren ausgebildete elektrische Maschinen, welche jeweils eine - in Figur 2 nicht gezeigte - Umrichtereinheit aufweisen, mit welcher der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird. Die Steuereinheit 16 umfasst eine Leistungselektronik, welche es ermöglicht, lediglich der ersten und/oder der zweiten Antriebsbaugruppe 12, 14 elektrischen Strom zuzuleiten, so dass auch in diesem Ausführungsbeispiel die zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 stufenlos und unabhängig voneinander jeweils den ersten und/oder den zweiten Zweig 22, 24 und damit - analog zur Funktionsweise bei dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 - auch die Antriebsschnittstelle 30 antreiben können.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei das erfindungsgemäße Antriebssystem 10 seiner Eingangsschnittstelle 38 an eine in Form eines Dieselmotors ausgebildete Energiequelle 36 anschließbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Energiequelle 36 mechanisch mit dem zweiten Zweig 24 gekoppelt. Der erste Zweig 22 ist mit der Energiequelle 36 nicht mechanisch gekoppelt. Mit dem zweiten Zweig 24 stets gekoppelt und angetrieben ist die Wandlerbaugruppe 44, welche in Form einer als Generator ausgebildete elektrische Maschine ausgeführt ist. Der von der Wandlerbaugruppe 44 erzeugte elektrische Strom wird über die Verbindungsleitung 46 der Steuereinheit 16 zugeführt, welche ihrerseits den elektrischen Strom in einem in Figur 3 nicht gezeigten Zwischenspeicher - beispielsweise in einen Kondensator oder Akkumulator - Zwischenspeichern kann. Mit dem erzeugten elektrischen Strom kann über Verbindungsle'rtung 20 die zweite Antriebsbaugruppe 14 einerseits und die erste Antriebsbaugruppe 12 über Verbindungsleitung 18 andererseits angetrieben werden.
Der erste Zweig 22 ist über die Getriebeverbindung 26 lediglich von der ersten Antriebsbaugruppe 12 antreibbar. Der erste Zweig 22 ist über die zwei miteinander kämmenden Stirnräder 48, 50 mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbindbar, sofern die Schaltstelle 52 eine drehfeste Verbindung zwischen der in Form einer Welle ausgebildeten Ausgangsschnittstelle 30 und dem Stirnrad 50 herstellt. Die zweite Antriebsbaugruppe 14 ist über eine in Form eines Planetengetriebes ausgebildete Getriebestufe 54 über eine Welle 53 dem zweiten Zweig 24 zuschaltbar. Insoweit ist es denkbar, dass das von der Energiequelle 36 erzeugte^mechanische Drehmoment über die Wellen 56, 58 sowie über die zwei Stirnräder 60, 62 auf die Ausgangsschnittstelle 30 übertragen wird, sofern die Schaltstelle 64 eine drehfeste Verbindung zwischen dem Stirnrad 62 und der Ausgangsschnittstelle 30 herstellt.
Allerdings wäre es auch denkbar, dass die Welle 56 von der Welle 58 abgekoppelt wird und die Antriebsbaugruppe 14 mit der Welle 58 verbunden wird. In diesem Fall wird der von der Wandlerbaugruppe 44 erzeugte elektrische Strom über die Steuereinheit 16 an die Antriebsbaugruppe 14 geleitet, welche die Welle 53 antreibt, so dass das von der Antriebsbaugruppe 14 erzeugte mechanische Drehmoment über die Getriebestufe 54, die Welle 58, die zwei Stirnräder 60, 62, die geschlossene Schaltstelle 64 auf die Ausgangsschnittstelle 30 übertragen wird. Schließlich ist auch ein Schalteustand für den zweiten Zweig 24 denkbar, bei welchem über die Getriebestufe 54 mechanische Drehmomente sowohl von der Welle 56 als auch von der Welle 53 summiert auf Welle 58 übertragen wird, so dass sich das von der Energiequelle 36 erzeugte Drehmoment einerseits mit dem von der zweiten Antriebsbaugruppe 14 erzeugten mechanischen Drehmoment andererseits letetendlich auf die Ausgangsschnittstelle 30 übertragen lässt. In diesem Schalteustand sind die Wellen 56, 53 und 58 über die Getriebestufe 54 miteinander gekoppelt.
Das Antriebssystem 10 aus Figur 3 umfasst eine zweite Ausgangsschnittstelle 66, welche über ein mit dem Stirnrad 60 kämmenden Stirnrad 68 über die Schaltstelle 70 drehfest verbindbar ist. Die zweite Ausgangsschnittstelle 66 könnte beispielsweise eine Zapfwelle eines Traktors sein, welcher mit einem Antriebssystem 10 ausgestattet ist. Für Welle 58 ist eine Bremse 71 vorgesehen, mit welcher die Welle 58 und der entsprechende Teil der Getriebestufe 54 relativ zu einem in Figur 3 nicht gezeigten Gehäuse des Antriebssystems 10 stillgesetzt werden kann. Falls die Bremse 71 eingerückt ist, wird nicht nur die Wandlerbaugruppe 44 sondern auch die zweite Antriebsbaugruppe 14 von der Energiequelle 36 angetrieben. In diesem Modus wird die zweite Antriebsbaugruppe 14 als Generator betrieben, so dass sowohl die Wandlerbaugruppe 44 als auch die zweite Antriebsbaugruppe 14 jeweils elektrischen Strom erzeugen können und der ersten Antriebsbaugruppe 12 oder einem in Figur 3 nicht gezeigten elektrischen Bordverteilungssystem zur Verfügung stellen können.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist das erfindungsgemäße Antriebssystem 10 über die Eingangsschnittstelle 38 mit einer elektrischen Energiequelle 36 anschließbar, wobei die Energiequelle 36 ein verbrennungsmotorgetriebener Generator oder eine Brennstoffeelle sein könnte. Die von der Energiequelle 36 erzeugte elektrische Energie wird über die Verbindungsleitungen 72 zu den Steuereinheiten mit Umrichtereinheiten 74 bzw. 76 der beiden Antriebsbaugruppen 12, 14 zugeleitet.
Bei der elektrischen Energie könnte es sich um Gleichstrom handeln. Falls die Energiequelle 36 jedoch einen verbrennungsmotorgetriebenen Generator aufweist, liefert dieser üblicherweise Wechsel- bzw. Drehstrom mit einer von seiner Drehzahl abhängigen Frequenz. Da die Antriebsbaugruppen 12, 14 bei einer sich ständig ändernden Frequenz zu betreiben wären, könnten die Antriebsbaugruppen 12, 14 eben gerade nicht uneingeschränkt eine beliebige vorgebbare Leistung abgeben. Daher wird der Wechsel- bzw. Drehstrom zunächst mit Hilfe einer in den Figuren nicht gezeigten Umrichtereinheit in Gleichstrom umgewandelt, bevor er den Steuereinheiten 74, 76 zugeleitet wird. Die in Gleichstrom umgewandelte elektrische Energie wird in diesem Fall mit Hilfe jeweils einer weiteren, der jeweiligen Steuereinheit 74, 76 zugeordneten Umrichtereinheit wieder in Wechselstrom einer vorgebbaren Frequenz umgewandelt, um letetendlich die in Form von Elektromotoren ausgebildeten Antriebsbaugruppen 12, 14 anzutreiben. Die Antriebsbaugruppen 12, 14 treiben jeweils den ersten bzw. den zweiten Zweig 22, 24 an. Der erste Zweig 22 ist einerseits mit Hilfe der zwei Stirnräder 48, 50 über die Schaltstelle 52 mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbindbar. Andererseits kann der erste Zweig 22 über die Stirnräder 78, 80 und die Schaltstelle 82 mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden werden. Der zweite Zweig 24 ist über die Stirnräder 60, 62 und die Schaltstelle 64 mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbindbar. Weiterhin kann der zweite Zweig 24 über die Stirnräder 84, 86 und die Schaltstelle 88 mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden werden. In Abhängigkeit der Schaltstellen 64, 88, 52 und 82 ist der erste Zweig 22 und/oder der zweite Zweig 24 mit der Ausgangsschnittstelle 30 reversibel verbindbar. Der zweite Zweig 24 ist über die Schaltstelle 90 und den Stirnrädern 92, 94 mit der zweiten Ausgangsschnittstelle 66 reversibel verbindbar.
Das in Figur 4 gezeigte Antriebssystem 10 ist ganz besonders bevorzugt für einen Traktor vorgesehen und derart ausgelegt bzw. konfiguriert, dass es sich durch mindestens vier Fahrbereiche auszeichnet. In einem ersten Fahrbereich ist die Schaltstelle 52 eingerückt, so dass die Antriebsbaugruppe 12 über die Stirnräder 48, 50 drehtest^ mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden ist, wobei die Ausgangsschnittstelle 30 bei einem Traktor mit einem Fahrantrieb verbunden ist. Durch das Verändern der Drehzahl und das Umkehren der Drehrichtung der Antriebsbaugruppe 12 kann die Fahrgeschwindigkeit des Traktors verändert bzw. die Fahrtrichtung umgekehrt werden. Ein Betrieb der weiteren Ausgangsschnittstelle 66 in diesem Fahrbereich ist über den zweiten Zweig 24 möglich, und wobei die Ausgangsschnittstelle 66 bei einem Traktor mit einer Zapfwelle verbunden ist.
In einem zweiten Fahrbereich werden die Schaltstellen 52 und 64 gleichzeitig eingerückt bzw. geschlossen, so dass die Antriebsbaugruppe 12 über die Stirnräder 48, 50 und die Antriebsbaugruppe 14 über die Stellenleiter 60, 62 drehfest mit der Ausgangsschnittstelle 30 und somit mit dem Fahrantrieb des Traktors verbunden sind. Hierbei addieren sich die Antriebsleistungen der zwei Antriebsbaugruppen 12, 14, so dass bei der gleichen Fahrgeschwindigkeit des Traktors eine höhere Zugkraft und eine höhere Leistung zur Verfügung steht. Ein Betrieb der weiteren Ausgangsschnittstelle 66 ist in diesen Schalteustand nicht oder nur eingeschränkt möglich. Die Fahrgeschwindigkeit im ersten und im zweiten Fahrbereich wird von der zulässigen Höchstdrehzahl der Antriebsbaugruppe 12 begrenzt.
In einem dritten Fahrbereich des Traktors wird die Schaltstelle 64 geschlossen, so dass die zweite Antriebsbaugruppe 14 über die Stirnräder 60, 62 mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden ist. Bei einer sinnvollen Auslegung des erfindungsgemäßen Antriebssystems 10 ist die Fahrgeschwindigkeit in diesem dritten Fahrbereich deutlich höher und die Zugkräfte deutlich geringer als im ersten Fahrbereich, so dass sich eine Erweiterung der Spreizung ergibt.
Ein Übergang vom ersten in den zweiten Fahrbereich und zurück kann durch Schließen bzw. Öffnen der Schaltstelle 64 bei Synchrondrehzahl zwischen Antriebsschnittstelle 30 und Stirnrad 62 und ohne Veränderung des Drehmomentschlusses im Fahrantrieb und somit vom Fahrer unbemerkt erfolgen.
Ein Übergang vom zweiten in den dritten Fahrbereich und zurück kann durch Öffnen beziehungsweise Schließen der Schaltstelle 52 bei Synchrondrehzahl zwischen der Antriebsschnittstelle 30 und dem Stirnrad 50 und ohne Veränderung des Drehmomentflusses im Fahrantrieb und somit ebenfalls vom Fahrer unbemerkt erfolgen.
Im ersten Fahrbereich des Traktors wird die zweite Antriebsbaugruppe 14 nicht für den Fahrantrieb benutet. Sie kann daher der mittels der Schaltstelle 90 drehfest mit der weiteren Ausgangsschnittstelle 66, d.h. der Zapfwelle des Traktors, verbunden werden. Durch Veränderung der Drehzahl der zweiten Antriebsbaugruppe 14 lässt sich die Drehzahl der weiteren Ausgangsschnittstelle 66 stufenlos ändern. Sie entspricht dann ihrer Funktion einer heutigen „Motorzapfwelle".
Auch im zweiten und dritten Fahrbereich kann die Schaltstelle 90 geschlossen und somit die weitere Ausgangsschnittstelle 66 angetrieben werden. Die Zapfwellendrehzahl ändert sich dann proportional zur Fahrgeschwindigkeit. Die Zapfwelle entspricht somit ihrer Funktion der heutigen „Wegzapfwelle".
Grundsätzlich ist es möglich, durch weitere Überseteungsstufen und Schaltelemente die Zahl der Fahrbereiche beliebig zu erhöhen und/oder die erforderliche Spreizung des erfindungsgemäßen Antriebssystems 10 zu erhöhen und/oder die erforderliche Spreizung der zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 zu verringern, ohne die Vorteile einer synchronen, lastfreien Schaltung zu verlieren. So entsteht ein vierter Fahrbereich durch gleichzeitiges Schließen der Schaltstellen 64 und 82, ein fünfter Fahrbereich durch Schließen lediglich der Schaltstelle 82, ein sechster Fahrbereich durch Schließen der Schaltstellen 88 und 82 und ein siebter Fahrbereich durch Schließen lediglich der Schaltstelle 88. In den Fachbereichen zwei, vier und sechs wird die Fahrantriebsleistung jeweils von den zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 übertragen, so dass eine höhere Leistung zur Verfügung steht als in den Bereichen eins, drei und fünf. Bei geeigneter Wahl der Übersetzungen ist es möglich, den gesamten Geschwindigkeitsbereich eines Traktors mit den Bereichen mit gleichzeitiger Leistungsübertragung abzudecken, so dass vorzugsweise in diesen Bereichen gefahren werden kann. Dann ist es auch möglich, die beiden Antriebsbaugruppen 12, 14 nicht für die volle Antriebsleistung des Traktors auszulegen.
Durch gleichzeitiges Schließen zweier geeigneter Schaltstellen kann der Fahrantrieb blockiert werden und somit eine Funktion einer Parksperreinrichtung erzielt werden. Im Ausführungsbeispiel aus Figur 4 könnten dies beispielsweise die Schaltstellen 52 und 82 oder 64 und 88 sein. So zeichnet sich das in Figur 4 skizzierte Ausführungsbeispiel eines eriϊndungsgemäßen Antriebssystems 10 durch ein einheitliches Konzept für den Fahr- und Zapfwellenbetrieb aus, es kann eine gute Bauraumausnutzung erzielt werden. Die in Form von elektrischen Maschinen ausgeführten Antriebsbaugruppen 12, 14 können eine geringere Größe als die aus dem Stand der Technik üblicherweise verwendeten Maschinen aufweisen. Es können hohe Zugkräfte bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten auch ohne Überdimensionieruπg der zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 durch ein Parallelschalten der zwei Antriebsbaugruppen 12, 14 erzielt werden. Ganz besonders vorteilhaft kann ein Schaltvorgang bei Synchrondrehzahl über einen weiten Bereich erfolgen, wobei eine drehmomentfreie Schaltung - ruckfrei - möglich ist.
Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines eriϊndungsgemäßen Antriebssystems 10, welches dem Ausführungsbeispiel aus Figur 3 - auch von der Funktionsweise - ähnlich ist und wo gleiche oder ähnlich Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. So umfasst der erste Zweig 22 des Antriebssystems 10 neben der ersten Antriebsbaugruppe 12 im Wesentlichen eine Hohlwelle 96, welche drehfest mit dem Stirnrad 48 verbunden ist. Das Stirnrad 48 kämmt mit dem Stirnrad 50, welches über die Schaltstelle 52 mit der ersten Ausgangsschnittstelle 30 reversibel verbindbar ist. Der zweite Zweig 24 umfasst einerseits die Welle 56, welche von der in Form eines Dieselmotors ausgebildeten Energiequelle 36 angetrieben wird. Weiterhin umfasst der zweite Zweig 24 die Wandlerbaugruppe 44, welche stets von dem Dieselmotor 36 angetrieben wird. Weiterhin umfasst der zweite Zweig 24 eine Hohlwelle 53, welche drehfest mit dem Rotor der in Form einer elektrischen Maschinen ausgebildeten zweiten Antriebsbaugruppe 14 verbunden ist. Die Welle 56 und die Hohlwelle 53 ist mit dem Planetengetriebe 54 verbunden, wobei das Planetengetriebe weiterhin mit der Welle 58 verbunden ist. Der zweite Zweig 24 umfasst des Weiteren die Bremse 71 , mit welcher die Welle 58 und ein Teil des Planetengetriebes 54 stillsetebar ist, sowie die miteinander kämmenden Stirnräder 98, 100 sowie die zwei miteinander kämmenden Stirnräder 60, 62. Die Welle 102 verbindet die zwei Stirnräder 100, 60 drehfest miteinander. Das Stirnrad 62 des zweiten Zweigs 24 kann mit der Schaltstelle 64 reversibel mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden werden. Der zweite Zweig 24 ist des Weiteren über das mit dem Stirnrad 98 kämmenden Stirnrad 68 über die Schaltstelle 70 reversibel mit der zweiten Ausgangsschnittstelle 66 verbindbar.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsschnittstelle 30 mit dem in Figur 5 nicht gezeigten Fahrantrieb eines Traktors sowie die Ausgangsschnittstelle 66 mit der ebenfalls in Figur 5 nicht gezeigten Zapfwelle eines Traktors verbunden. Die Wandlerbaugruppe 44 sowie die erste und die zweite Antriebsbaugruppe 12, 14 sind über Verbindungsleitungen und jeweils mit einem Umrichter 104, 106 und 108 verbunden. Die Steuereinrichtung 16 ist mit jedem der Umrichter 104, 106, 108 verbunden. Somit kann die Wandlerbaugruppe 44 von der Steuereinrichtung 16 und dem Umrichter 104 in eine Drehrichtung - nämlich der des Dieselmotors 36 - und in zwei Drehmomentrichtungen - zum Bremsen oder Beschleunigen - betrieben werden. Die Antriebsbaugruppen 12, 14 können von der Steuereinrichtung 16 und dem jeweiligem Umrichter 106, 108 in zwei Drehrichtungen und in zwei Drehmomentrichtungen - zum Bremsen oder Beschleunigen - betrieben werden.
Die Steuereinrichtung 16 ist mit in Figur 5 nicht gezeigten Sensoren und einer Datenschnittstelle für fahrzeugrelevante Informationen des Betriebszustands des Dieselmotors 36 verbunden. Sie empfängt auch die Drehzahl der weiteren Ausgangsschnittstelle 66, Rad- bzw. Achsdrehzahlen, welche von entsprechenden - in Figur 5 nicht gezeigten - Sensoren detektiert und der Steuereinrichtung 16 zur Verfügung gestellt werden. Insoweit dient die in Figur 5 gezeigte Steuereinrichtung 16 als übergeordnete Steuerung eines mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 10 ausgestatteten Fahrzeugs und übernimmt des Weiteren das Energiemanagement des Fahrzeugs sowie die Versorgung weiterer - ebenfalls nicht eingezeichneter - elektrischer Verbraucher.
Auch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 umfasst einen ersten Fahrbereich, bei welchem die weitere Ausgangsschnittstelle 66 nicht aktiviert ist. Hierbei ist Schaltstelle 52 eingerückt, so dass die Stirnräder 48, 50 drehfest mit der Ausgangsschnittstelle 30 verbunden sind und somit der erste Zweig 22 von der ersten Antriebsbaugruppe 12 angetrieben wird. Die in Form einer Reibbremse ausgebildete Bremse 71 ist hierbei geschlossen, so dass die Wandlerbaugruppe 44 und die dann als Generator arbeitende zweite Antriebsbaugruppe 14 vom Dieselmotor 36 angetrieben werden und die hierdurch erzeugte elektrische Leistung der ersten, als Motor arbeitenden Antriebsbaugruppe 12 zur Verfügung gestellt wird. Durch Veränderung der Drehzahl und Umkehren der Drehrichtung der ersten Antriebsbaugruppe 12 kann die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs verändert sowie die Fahrtrichtung umgekehrt werden.
In einem zweiten Fahrbereich wird die Bremse 71 geöffnet. Die Drehzahl des Dieselmotors 36 sowie die Drehzahl der zweiten Antriebsbaugruppe 14 summieren sich im Planetengetriebe 54. Über die Welle 58, die Stirnräder 98, 100, die Welle 102, die Stirnräder 60 und 62 kann die Schaltstelle 64 bei Synchrondrehzahl mit dem Stirnrad 50 geschaltet werden. Im zweiten Fahrbereich ist es nicht möglich, die weitere Ausgangsschnittstelle 66 zu benutzen. Der Schaltpunkt zwischen den Zweigen 22, 24 muss nicht bei einer diskreten Drehzahl ausgeführt werden. In Abhängigkeit der Auslegung der Komponenten gibt es einen gewissen Drehzahlüberdeckungsbereich von direktem und leistungsverzweigten Pfad. Hierdurch wird in ganz besonders vorteilhafter Weise ein komfortabler und effizienter Schaltvorgang ermöglicht.
Anstatt von dem ersten in den zweiten Fahrbereich zu schalten kann auch die weitere Ausgangsschnittstelle 66 - und bei einem Traktor damit die Zapfwelle -aktiviert werden. Hierzu ist Schaltstelle 64 zu öffnen und Schaltstelle 70 zu schließen. Die Bremse 71 ist geöffnet und Leistung kann an der weiteren Ausgangsschnittstelle 66 entnommen werden.
Die Drehzahl des Dieselmotors 36 ist je nach Leistungsanforderung in Grenzen frei wählbar. Die Ansteueruπg des Dieselmotors 36 sowie die Ansteuerung der Wandlerbaugruppe 44 und der ersten und zweiten Antriebsbaugruppe 12, 14 kann daher derart erfolgen, dass ein in einer übergeordneten Steuereinheit - z.B. in der Steuereinheit 16 - hinterlegtes Optimierungsziel erreicht wird. Das Optimierungsziel kann beispielsweise ein niedriger Kraftstoffverbrauch oder eine geringst mögliche Geräuschent icklung sein. Das Konzept dieses Ausführungsbeispiels vereinigt einen stufenlosen Fahrantrieb mit einer stufenlosen Zapfwelle. Daher stehen in einem mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 10 ausgestatteten herkömmlichen Traktor auch die beiden hierfür üblicherweise vorgesehenen Bauräume zur Verfügung.
Die Wandlerbaugruppe 44 und die erste und die zweite Antriebsbaugruppe 12, 14 bilden den elektrischen Antriebsteil des in Figur 5 gezeigten Antriebssystems 10. Sie sind kompakt dem Dieselmotor 36 nachgeordnet zusammengefasst und können somit in eine für elektrische Maschinen optimale Umgebung eingebaut werden, zum Beispiel kein Öl im Getriebe und von außen wassergekühlte Statoren. Bei einem Einbau des erfindungsgemäßen Antriebssystems 10 aus Figur 5 in einen Traktor könnten die Schaltstellen 52, 64 sowie die Stirnräder 48, 50, 60, 62 sich ebenfalls noch vor dem Differenzialgehäuse befinden. Das Planetengetriebe 54, die Bremse 71 sowie die Stirnräder 68, 98, 100 könnten im Bauraum der Zapfwelle untergebracht werden.
Zu diesem Ausführungsbeispiel sind weitere Variationen denkbar. So könnte beispielsweise zum Umschalten in den zweiten Fahrbereich eine Lastschaltkupplung verwendet werden. Der zweite Zweig 24 und/oder die zweite Ausgangsschnittstelle 66 könnten anstatt leistungsverzweigt auch direkt ausgeführt sein. Die Schaltstelle 70 könnte eine weitere Übersetzung aufweisen. Ein elektrischer Vorderradantrieb kann einen mechanischen Vorderradantrieb ersetzen. Eine elektrisch angetriebene Vorderachse mit einer oder zwei elektrischen Maschinen kann einen konventionellen Vorderradantrieb ersetzen.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebssystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutefahrzeug, mit einer ersten und einer zweiten Antriebsbaugruppe (12, 14), einem ersten und einem zweiten Zweig (22, 24), mindestens einer Steuereinheit (16) und mindestens einer Ausgangsschnittstelle (30), wobei die erste Antriebsbaugruppe (12) dem ersten Zweig (22) zuschaltbar ist, wobei die zweite Antriebsbaugruppe (14) dem zweiten Zweig (24) zuschaltbar ist, wobei der erste Zweig (22) und/oder der zweite Zweig (24) mit der Ausgangsschnittstelle (30) reversibel verbindbar ist bzw. sind, und wobei die Antriebsbaugruppen (12, 14) mit mindestens einer Steuereinheit (16) derart ansteuerbar sind, dass die Antriebsbaugruppen (12, 14) stufenlos und unabhängig voneinander eine vorgebbare Leistung — insbesondere eine Drehzahl - abgeben können.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei eine Antriebsbaugruppe (12, 14) einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, aufweist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Antriebsbaugruppe (12, 14) eine elektrischen Strom erzeugende Energiequelle und eine mechanische Wandlungsstufe aufweist.
4. Antriebssystem nach Anspruch 1 , wobei eine Eingangsschnittstelle (38) und mindestens eine Wandlerbaugruppe (44) vorgesehen ist, wobei die Eingangsschnittstelle (38) an eine - vorzugsweise in Form eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs ausgebildete - Energiequelle (36) anschließbar ist, wobei von der Energiequelle (36) erzeugte Energie über die Eingangsschnittstelle (38) auf den ersten und auf den zweiten Zweig (22, 24) aufteilbar ist, wobei die Wandlerbaugruppe (44) mit mindestens einer Antriebsbaugruppe (12, 14) verbunden ist und wobei die Wandlerbaugruppe (44) mit der Eingangsschnittstelle (38) verbindbar ist.
5. Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei - vorzugsweise von der Steuereinheit (16) gesteuert - zwischen der Wandlerbaugruppe (44) und mindestens einer Antriebsbaugruppe (12, 14) Energie beliebig verteilbar bzw. transportierbar ist.
6. Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Energiequelle (36) mechanische und/oder elektrische Energie erzeugt.
7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche die Energiequelle (36) ansteuert, wodurch vorzugsweise die von der Energiequelle (36) erzeugte Energie vorgebbar variierbar ist.
8. Antriebssystem einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Energiequelle (36) einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, einen von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator, eine Brennstoffeelle und/oder einen elektrischen Speicher - beispielsweise einen Akkumulator, einen Kondensator oder eine Batterie - umfasst.
9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine weitere Ausgangsschnittstelle, (66) vorgesehen ist, welche reversibel mit einem der zwei Zweige (22, 24) - vorzugsweise mit dem zweiten Zweig (24) - verbindbar ist.
10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei über die Eingangsschnittstelle (38), die Ausgangsschnittstelle (30) und/oder die weitere Ausgangsschnittstelle (66) mechanische und/oder elektrische Energie übertragbar ist.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zur Übertragung von mechanischer Energie eine Welle vorgesehen ist.
12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste und/oder der zweite Zweig (22, 24) und/oder die Ausgangsschnittstelle (30) jeweils mindestens eine mechanische Getriebestufe aufweist, mit welcher vorzugsweise eine Drehzahlübersebung und/oder eine Drehzahlumkehr erzielbar ist.
13. Antriebssystem nach Anspruch 12, wobei die mechanische Getriebestufe mindestens eine Stirnradstufe und/oder eine Planetengetriebeeinheit aufweist.
14. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine reversible Verbindung zwischen einer Ausgangsschnittstelle (30) und einem Zweig (22, 24) mit Hilfe einer formschlüssigen Kupplung (52, 64, 82, 88) herstellbar ist.
15. Antriebssystem nach Anspruch 14, wobei die formschlüssige Kupplung (52, 64, 82, 88) mittels eines elektrisch betätigbaren Schaltelements schaltbar ist, wobei vorzugsweise das Schaltelement zum Einrücken oder zum Lösen der reversiblen Verbindung gegen eine Federkraft arbeitet.
16. Antriebssystem nach Anspruch 14 oder 15, wobei die formschlüssige Kupplung (52, 64, 82, 88) nach dem Prinzip der Klauenkupplung arbeitet.
17. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 16, wobei eine » Wandlerbaugruppe (44) mechanische und/oder«, elektrische Energie aufnimmt.
18. Aπtriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 17, wobei eine Antriebsbaugruppe (12, 14) mechanische und/oder elektrische Energie abgibt.
19. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 18, wobei mit der Wandlerbaugruppe (44) und den Antriebsbaugruppen (12, 14) eine Wandlung zwischen elektrischer und mechanischer Energie erfolgt.
20. Antriebssystem nach Anspruch 19, wobei die Wandlerbaugruppe (44) mindestens eine als Generator betreibbare elektrische Maschine aufweist.
21. Antriebssystem nach Anspruch 19 oder 20, wobei die erste und die zweite Antriebsbaugruppe (12, 14) jeweils eine als Motor betreibbare elektrische Maschine aufweist.
22. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 21, wobei mit der Wandlerbaugruppe (44) und den Antriebsbaugruppen (12, 14) eine Wandlung zwischen hydraulischer und mechanischer Energie erfolgt.
23. Antriebssystem nach Anspruch 22, wobei die Wandlerbaugruppe (44) mindestens eine mechanisch angetriebene - vorzugsweise verstellbare - Hydropumpe aufweist.
24. Antriebssystem nach Anspruch 22 oder 23, wobei die erste und die zweite Antriebsbaugruppe (14) jeweils einen - vorzugsweise verstellbaren - Hydromotor aufweist.
25. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 24, wobei mit der Wandlerbaugruppe (44) und den Antriebsbaugruppen (12, 14) mechanische Energie umwandelbar ist.
26. Antriebssystem nach Anspruch 25, wobei die Wandlerbaugruppe (44) eine Eingangswelle eines Umschlingungsgetriebes, eines Reibradgetriebes oder eines Kettenwandlers aufweist.
27. Antriebssystem nach Anspruch 26, wobei die erste und die zweite Antriebsbaugruppe (12, 14) jeweils mindestens eine Ausgangswelle des jeweiligen Getriebes aufweist.
28. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 27, wobei die Eingangsschnittstelle (38) mit dem ersten und dem zweiten Zweig (22, 24) mechanisch gekoppelt ist.
29. Antriebssystem nach Anspruch 28, wobei die Wandlerbaugruppe (44) der Energiequelle (36) zugeordnet ist oder eine von der Energiequelle (36) angetriebene und als Generator arbeitende elektrische Maschine aufweist.
30. Antriebssystem nach Anspruch 28 oder 29, wobei die erste und die zweite Antriebsbaugruppe (12, 14) jeweils eine als Motor arbeitende elektrische Maschine aufweist.
31. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 27, wobei die Eingangsschnittstelle (36) mit einem der zwei Zweigen (22) elektrisch oder hydraulisch und dass die Eingangsschnittstelle (36) mit dem anderen der zwei Zweigen (24) mechanisch gekoppelt ist.
32. Antriebssystem nach Anspruch 31, wobei die Wandlerbaugruppe (44) eine von der Energiequelle (36) - vorzugsweise stets - mechanisch angetriebene und als Generator arbeitende elektrische Maschine aufweist.
33. Antriebssystem nach Anspruch 31 oder 32, wobei mit der ersten Antriebsbaugruppe (12) der erste Zweig (22) mechanisch antreibbar ist.
34. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei die zweite Antriebsbaugruppe (14) dem zweiten Zweig (24) zuschaltbar ist oder leistungsverzweigt zu diesem angeordnet ist, vorzugsweise über ein Planetengetriebe (54).
35. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 34, wobei im zweiten Zweig (24) eine Bremse (71) - vorzugsweise eine Reibbremse - vorgesehen ist, mit welcher zumindest ein Teil des zweiten Zweigs (24) relativ zu einem Gehäuse des Antriebssystems (10) stillsetebar ist.
36. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 35, wobei die Wandlerbaugruppe (44) und/oder die erste Antriebsbaugruppe (12) im Wesentlichen koaxial zur Eingangsschnittstelle (36) angeordnet ist bzw. sind.
37. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 36, wobei die zweite Antriebsbaugruppe (14) im Wesentlichen koaxial zur Ausgangsschnittstelle (30) angeordnet ist.
38. Antriebssystem nach Anspruch 36 oder 37, wobei bezüglich der Eingangsschnittstelle (38) die erste Antriebsbaugruppe (12) der Wandlerbaugruppe (44) räumlich nachgeordnet ist und wobei vorzugsweise bezüglich der Eingangsschnittstelle (38) die erste Antriebsbaugruppe (12) der zweiten Antriebsbaugruppe (14) nachgeordnet ist.
39. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 48, wobei von der Wandlerbaugruppe (44) und/oder von den Antriebsbaugruppen (12, 14) mindestens zwei Baugruppen (44, 14) - vorzugsweise alle drei Baugruppen (44, 12, 14) - im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind.
40. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 39, wobei der erste Zweig (22) und der zweite Zweig (24) jeweils mit der Ausgangsschnittstelle (30) über ein schaltbares Stufengetriebe reversibel verbindbar ist.
41. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 40, wobei der zweite Zweig (24) mit der weiteren Ausgangsschnittstelle (66) über ein schaltbares Stufengetriebe reversibel verbindbar ist.
42. Antriebssystem nach Anspruch 40 oder 41, wobei mit dem schaltbaren Stufengetriebe mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse realisierbar sind.
43. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 42, wobei die Ausgangsschnittstelle (30) an einen Fahrantrieb und/oder dass die weitere Ausgangsschnittstelle (66) an eine Zapfwelle (PTO) anschließbar ist.
44. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 43, wobei ein Umschalten zwischen den zwei Zweigen (22, 24) unter Last möglich ist.
45. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 44, wobei mindestens ein Sensor vorgesehen ist, mit welchem der Betriebszustand zumindest einer Komponente des Antriebssystems (10) detektierbar und der Steuereinheit (16) zuleitbar ist, so dass vorzugsweise die möglichen Schalteustände des Antriebssystems (10) redundant einnehmbar sind.
46. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 45, wobei in einem ersten Schalteustand der erste Zweig (22) mit der Ausgangsschnittstelle (30) verbunden ist und wobei die erste Antriebsbaugruppe (12) dem ersten Zweig (22) zugeschaltet ist.
47. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 46, wobei der zweite Zweig (24) mit der weiteren Ausgangsschnittstelle (66) verbunden ist und wobei die zweite Antriebsbaugruppe (14) dem zweiten Zweig (24) zugeschaltet ist.
48. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 47, wobei in einem zweiten Schalteustand der erste und der zweite Zweig (22, 24) mit der Ausgangsschnittstelle (30) verbunden wird und wobei vorzugsweise die Drehzahlen der beiden Antriebsbaugruppen (12, 14) auf die Drehzahl der Ausgangsschnittstelle (30) abgestimmt bzw. damit synchronisiert werden.
49. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 48, wobei in einem dritten Schalteustand der zweite Zweig (24) mit der Ausgangsschnittstelle (30) verbunden wird und dass vorzugsweise der zweite Zweig (24) mit der weiteren Ausgangsschnittstelle (66) verbunden wird.
50. Fahrzeug, insbesondere ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug, vorzugsweise ein Traktor, welches ein Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 49 aufweist.
51. Antriebsbaugruppe und/oder Wandlerbaugruppe und/oder Steuereinheit für ein Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 49.
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