WO2019149487A1 - Verfahren und einrichtung zum umkehren der drehrichtung in einem antriebsstrang einer arbeitsmaschine - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum umkehren der drehrichtung in einem antriebsstrang einer arbeitsmaschine Download PDF

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Definitions

  • reversing gear reversing couplings are used to change direction. These reversing clutches, also called directional couplings are opened or closed depending on the desired direction of rotation of an output shaft of the transmission. The change in the direction of rotation of the output shaft leads to a change in a direction of travel of a work machine.
  • the directional clutch of the current direction of travel is opened and the directional clutch of the new direction of travel is modeled.
  • Such a change of direction or such a reversal of the direction of rotation is also referred to as reversing.
  • the temperature of the directional couplings can therefore increase so much that it can lead to damage to the directional coupling.
  • an actuation of the directional coupling can be prevented when a limit temperature is exceeded.
  • a directional coupling having too high a temperature can be opened and kept in this state until sufficient cooling of this directional clutch has occurred.
  • a reversal intended by a user can therefore be aborted if the directional clutch temperature is too high. This leads to lower machine availability and productivity losses due to unnecessary downtime.
  • DE 198 30 953 A1 discloses a drive train with a reversing gear to carry out a change of direction.
  • the reversing gear has a coupling for forward drive and a clutch for reverse drive, which are actuated in a reversing.
  • Proposed is a method for reversing the direction of rotation in a drive train of a work machine.
  • a work machine may in particular be a construction machine or an agricultural machine.
  • the powertrain may include a reverse shuttle with directional couplings.
  • the reversing gear may have a planetary gear set, which can rotate without loss as a block when driving forward, for example, when a directional clutch for forward drive is closed. If the direction of rotation is reversed to effect a reverse drive, the direction clutch for forward travel is opened and the direction clutch for reverse travel is closed. The power flow over the planetary gear remains the same.
  • the planetary gear set has the task of the translation adjustment.
  • the powertrain may include a prime mover, such as an internal combustion engine.
  • the drive train may have a control device for automatically reversing the direction of rotation and thus the direction of travel.
  • the controller may be configured to drive individual components of the powertrain, such as the prime mover or the directional couplings, or multiple components of the powertrain.
  • a change of direction can be understood as a change of direction of the working machine.
  • the process of reversing the direction of rotation is also referred to as reversing.
  • Such a reversal of direction or such a change of direction can be initiated via a control by a driver.
  • the working machine can delayed according to a given driving strategy in the old direction and accelerated again in the new direction of travel.
  • Such a driving strategy may include, for example, a predetermined reduction in clutch differential speed between a clutch input speed and a clutch output speed of the reversing clutch over time.
  • the reduction of the clutch differential speed is determined in the given driving strategy and is done by closing a directional clutch to be closed at a predetermined time and with a predetermined pressure or clutch torque. The generated friction reduces the clutch differential speed.
  • the method is suitable for use in a continuously variable power split transmission, in a power shift transmission with a torque converter or in a hydrostatic transmission with reversing clutches.
  • the directional couplings can be multi-plate clutches.
  • the method and the device are based on the recognition that inactivating the directional clutch due to overheating can be avoided by a targeted introduction of measures to avoid an excessive increase in the directional coupling temperature.
  • the direction of travel change can be made so that the temperature of a clutch to be closed does not exceed a predetermined limit temperature in the event of frictional engagement. In this way, a state in which a directional clutch for cooling must be neutralized avoided.
  • the energy input normally caused by the change of direction is the energy input that would occur when the direction change is made with a predetermined driving strategy.
  • the default driving strategy for direction change may be specified for the work machine.
  • the preset driving strategy can be used for direction change whenever the distance or the temperature difference is sufficiently large and at least not zero.
  • the preset driving strategy can be selected, for example, so that when the direction of rotation reverses a uniform deceleration of the machine and a uniform acceleration of the machine done.
  • the direction of rotation is reversed so that the machine changes the direction of travel without jerky movement.
  • the deceleration of the work machine in the current direction of travel and the acceleration of the work machine in the new direction of travel can be the same size.
  • the energy input into a directional clutch by a reversal of rotation is dependent on an output speed of the reversing gear or a speed of the machine when entering the reversing.
  • the energy input can therefore be reduced by the fact that the initiation of the change of direction is not carried out at a predetermined time, but at a later time.
  • the output speed can be reduced until the later time so that upon closing the directional clutch at this later time a correspondingly reduced energy input into the directional coupling is required to reverse the direction of rotation.
  • this can be closed, for example, only when the output speed is zero, ie when the machine is stationary.
  • a maximum output speed of the work machine for an entry into the clutch reversal can be specified.
  • the directional coupling is allowed only near standstill of the output shaft or in the extreme case only at standstill of the output shaft. As a result, the predetermined driving strategy is changed and the energy input into the directional coupling is reduced.
  • the energy input into the directional coupling to be closed by a reversal of the direction of rotation is also dependent on a Reversieraggresstechnik.
  • Reversieraggresstechnik the deceleration and acceleration dynamics of the output shaft or the vehicle to understand.
  • the reversing aggressiveness corresponds to a reduction in the rotational speed and subsequent increase in the rotational speed in the reverse direction per unit of time.
  • a high Reversieraggresssko is present when a large speed change per unit time takes place. In other words, there is a high Reversieraggresstechnik when the gradient of the output speed at the reversing is high.
  • a predetermined Reversieraggresstechnik can be predefined by the default driving strategy.
  • the reversing aggressiveness can be adjusted so that the lower the temperature difference, the lower it becomes.
  • the reversing aggressiveness can be adjusted by a given regression aggressiveness as a function of the temperature difference.
  • the energy input into the directional coupling to be closed by a reversal of direction is also dependent on a clutch differential speed or an actual speed of the drive machine when the directional coupling is connected to the input side of the drive machine.
  • the input speed can be reduced by specifying a lower target speed of the drive machine.
  • the differential speed at the directional couplings corresponds directly with the input speed. Therefore, a low engine speed results in a lower differential speed in the directional clutch and thus less friction work or energy input into the directional clutch.
  • the energy input into the directional coupling to be closed by a reversal of the direction of rotation is also dependent on a clutch slip duration.
  • Coupling slip duration is understood to be the time required until frictional engagement occurs in the clutch. At frictional engagement, coupling halves of the directional coupling rotate synchronously.
  • the clutch slip time depends on the output speed when reversing and the required reversing aggressiveness.
  • the energy input can be reduced in any of the ways described above or by a combination of the types described above.
  • the directional clutch to be closed can always be actuated, since an impermissible increase in the directional coupling temperature is avoided by adapting the driving strategy.
  • an actual temperature of the directional clutch to be closed can be determined. Determining the actual temperature may be a mathematical determination or estimation of the actual temperature or a measurement of the actual temperature.
  • the expected temperature of the directional coupling to be closed at frictional engagement can be determined.
  • the expected temperature can be determined based on the determined actual temperature and a predicted temperature increase due to a predetermined driving strategy when reversing the direction of rotation.
  • a driving strategy may be predetermined. In other words, a general driving strategy or standard driving strategy may be provided, which is deviated from as needed.
  • the temperature difference between the expected temperature and the limit temperature can be determined.
  • a predetermined condition in which the determined temperature difference is less than or equal to a predetermined value.
  • the predetermined value may be zero, for example. If the predetermined value is zero, the predetermined condition is satisfied when the expected temperature corresponds to the limit temperature. A value less than zero indicates that the expected temperature exceeds the limit temperature.
  • the predetermined or preset driving strategy can be changed in such a way that the directional clutch to be closed heats up to a temperature which is lower than the limit temperature.
  • the driving strategy is thereby changed so that the factors or variables described above for influencing the energy input are changed.
  • an actuation of the directional clutch to be closed then occurs after the change of the driving strategy in order to reverse the direction of rotation.
  • Fig. 1 shows temperature characteristics of direction-of-travel couplings in successive changes of direction.
  • Fig. 2 shows a time course of an output speed of a reversing gear and a change of an entry time in a reversing.
  • Fig. 3 shows a reduction in a rotational speed of a prime mover.
  • Fig. 4 shows a reduction in reversing aggressiveness.
  • Fig. 5 shows a reduction of a clutch slip time
  • FIG. 7 shows a schematic of a drive train with a control device according to an embodiment.
  • the drive train 1 is shown schematically in FIG. 7 and has an engine 2 and a transmission 5.
  • the transmission 5 has a reversing gear 3 with two directional couplings 6 and 7. Further, a controller 4 is provided which is connected to the engine 2 and the transmission 5 to control them.
  • a temperature profile of the directional couplings 6 and 7 is shown at several successive reversals.
  • the reversing times ti to t 6 are shown under the temperature profile in a separate representation.
  • Each directional coupling 6, 7 undergoes an energy input during its actuation, which manifests itself by an increase in temperature.
  • the directional clutch 7 is closed in the illustration shown.
  • the temperature of the directional clutch 7 rises sharply up to a maximum value after time ti.
  • the maximum value corresponds to the temperature T of the directional coupling at frictional engagement.
  • the strong increase in temperature results from the friction work to be performed in the clutch until friction is achieved.
  • the directional clutch 7 is then kept closed until a time t2. After reaching the maximum value, the temperature of the directional coupling 7 decreases as a function of a cooling capacity of the clutch.
  • the directional clutch 7 is opened and the directional clutch 6 is closed.
  • the directional clutch 7 can now cool faster, which is why the temperature of the directional clutch 7 decreases faster from the time t2.
  • the temperature of the directional couplings must not exceed a specified limit temperature T grenz. According to the embodiment, therefore, the method shown in Fig. 6 for a directional clutch to be closed is carried out at each reversing.
  • step S2 based on the determined actual temperature T is t, an expected temperature T erw of the directional clutch 7 is determined at frictional engagement. In this case, a predicted temperature increase T erh is assumed, which would occur if the directional clutch 7 is actuated without changing a driving strategy.
  • step S3 a temperature difference DT between the limit temperature T gren z and the expected temperature T erw is determined.
  • step S4 it is determined whether the temperature difference DT is zero or less or less than a minimum distance to the threshold temperature.
  • the expected temperature T aw between the times t 3 and U is below the threshold temperature T 9Gbhz . Therefore, the process is stopped at this point and the directional clutch is closed without changing the driving strategy.
  • Steps S1 to S4 are executed as already described. However, in step S4 now been found that the temperature difference DT is less than zero since the expected temperature T ext the limit temperature T exceeds gre n z. The predetermined condition is therefore satisfied. Therefore, in step S5, the driving strategy is now changed so that the directional clutch does not reach the expected temperature T erw or heats up to a temperature T that is lower than the temperature expected after time ts with the driving strategy unchanged.
  • step S6 the directional clutch 7 is actuated after the change of the driving strategy to reverse the direction of rotation.
  • the directional clutch 7 is heated only to a temperature T, which is below the limit temperature Tg ⁇ z.
  • a changed temperature profile is shown in dashed lines in Fig. 1.
  • a predetermined time course of the output speed is shown na of the reversing gear during reversing. Above the time axis, the output speed is shown in the current direction of rotation and below the time axis the output speed is shown in the new direction of rotation.
  • the gradient of the output speed is fixed in this embodiment and should not be changed.
  • the directional clutch is not closed at the time ts but only time-delayed at the time tsi, since at the time t 5i already a lower output speed n so n is present.
  • FIG. 3 shows a further measure for reducing the energy input.
  • the rotational speed n at the engine 2 and thus the input rotational speed n e of the reversing clutch is reduced.
  • FIG. 4 shows a further measure for reducing the energy input. More precisely, FIG. 4 shows the adaptation of the reversing aggressiveness to the reduction tion of the energy input. In this case, the gradient of the output rotational speed n a is reduced, whereby the energy input is reduced.
  • FIG. 5 shows a further measure for reducing the energy input.
  • the clutch slip time t r is reduced in order to bring about a lower energy input into the directional clutch.
  • step S6 is carried out in order to close the directional clutch 7.
  • the method is carried out at each reversal analogous to the directional coupling 6, if this is to be closed.
  • T is the actual temperature of the directional clutch to be closed

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Umkehren der Drehrichtung in einem Antriebsstrang (1) einer Arbeitsmaschine. Der Antriebsstrang weist ein Wendegetriebe (3) mit Richtungskupplungen (6, 7) auf. Zum Umkehren der Drehrichtung wird eine der Richtungskupplungen (6) geöffnet und die andere Richtungskupplung (7) geschlossen. In Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz (ΔΤ) zwischen einer erwarteten Temperatur (Terw) der zu schließenden Richtungskupplung (7) bei Reibschluss und einer vorgegebenen Grenztemperatur (Tgrenz) wird ein Energieeintrag in die zu schließende Richtungskupplung (7) durch den Richtungswechsel gesteuert. Die Steuerung erfolgt so, dass die Temperatur (T) der zu schließenden Richtungskupplung die Grenztemperatur (Tgrenz) nicht überschreitet.

Description

Verfahren und Einrichtung zum Umkehren der Drehrichtunq in einem Antriebsstranq einer Arbeitsmaschine
In bekannten Wendegetrieben werden zum Richtungswechsel Wendekupplungen verwendet. Diese Wendekupplungen, auch Richtungskupplungen genannt, werden je nach gewünschter Drehrichtung einer Abtriebswelle des Getriebes geöffnet oder geschlossen. Die Änderung der Drehrichtung der Abtriebswelle führt zu einer Änderung einer Fahrtrichtung eine Arbeitsmaschine.
Um einen Richtungswechsel durchzuführen, wird die Richtungskupplung der aktuellen Fahrtrichtung geöffnet und die Richtungskupplung der neuen Fahrtrichtung modelliert geschlossen. Ein solcher Fahrtrichtungswechsel bzw. eine solche Umkehrung der Drehrichtung wird auch als Reversierung bezeichnet.
Mit jeder Reversierung erfolgt ein Energieeintrag in die Richtungskupplung, wodurch die Richtungskupplung erwärmt wird. Beim Betrieb von Arbeitsmaschinen können mehrere Reversierungen in kurzen Zeitabständen aufeinander folgen. Ist dies der Fall, besteht die Möglichkeit, dass sich die Richtungskupplungen nicht ausreichend abkühlen können, bevor diese erneut betätigt werden.
Die Temperatur der Richtungskupplungen kann sich deshalb so weit erhöhen, dass es zu einer Schädigung der Richtungskupplung kommen kann. Um eine Schädigung zu vermeiden, kann bei Überschreiten einer Grenztemperatur eine Betätigung der Richtungskupplung verhindert werden. Anders gesagt kann eine Richtungskupplung, welche eine zu hohe Temperatur aufweist, geöffnet werden und in diesem Zustand gehalten werden, bis eine ausreichende Abkühlung dieser Richtungskupplung erfolgt ist. Eine von einem Nutzer beabsichtigte Reversierung kann demnach bei zu hoher Temperatur einer Richtungskupplung abgebrochen werden. Dies führt zu einer geringeren Maschinenverfügbarkeit und zu Produktivitätsverlusten durch unnötige Stillstandzeiten.
Die DE 198 30 953 A1 offenbart einen Antriebsstrang mit einem Wendegetriebe zur Durchführung eines Fahrtrichtungswechsels. Das Wendegetriebe weist eine Kupp- lung für Vorwärtsfahrt und eine Kupplung für Rückwärtsfahrt auf, die bei einer Reversierung betätigt werden.
Es ist eine Aufgabe, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Umkehren der Drehrichtung in einem Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine zu schaffen, welche die Maschinenverfügbarkeit verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Umkehren der Drehrichtung in einem Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine. Eine Arbeitsmaschine kann insbesondere eine Baumaschine oder eine Landmaschine sein. Der Antriebsstrang kann ein Wendegetriebe mit Richtungskupplungen aufweisen. Das Wendegetriebe kann einen Planetensatz aufweisen, der bei Vorwärtsfahrt beispielsweise verlustfrei als Block umlaufen kann, wenn eine Richtungskupplung für Vorwärtsfahrt geschlossen ist. Wird die Drehrichtung umgekehrt, um eine Rückwärtsfahrt zu bewirken, wird die Richtungskupplung für Vorwärtsfahrt geöffnet und die Richtungskupplung für Rückwärtsfahrt geschlossen. Der Kraftfluss über den Planetensatz bleibt gleich. Der Planetensatz hat die Aufgabe der Übersetzungsverstellung.
Der Antriebsstrang kann eine Antriebsmaschine, beispielsweise eine Brennkraftmaschine aufweisen. Der Antriebsstrang kann eine Steuereinrichtung zum automatischen Umkehren der Drehrichtung und damit der Fahrtrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um einzelne Komponenten des Antriebsstrangs, beispielsweise die Antriebsmaschine oder die Richtungskupplungen, oder mehrere Komponenten des Antriebsstrangs anzusteuern.
Unter einer Drehrichtungsumkehr kann ein Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine verstanden werden. Der Vorgang der Drehrichtungsumkehr wird auch als Reversierung bezeichnet. Eine solche Drehrichtungsumkehr bzw. ein solcher Fahrtrichtungswechsel kann über ein Bedienelement durch einen Fahrer eingeleitet werden.
In Reaktion auf die Betätigung des Bedienelements kann die Arbeitsmaschine ent- sprechend einer vorgegebenen Fahrstrategie in der alten Fahrtrichtung verzögert und wieder in der neuen Fahrtrichtung beschleunigt werden.
Eine solche Fahrstrategie kann beispielsweise einen vorbestimmten Abbau der Kupplungsdifferenzdrehzahl zwischen einer Kupplungseingangsdrehzahl und einer Kupplungsausgangsdrehzahl der Wendekupplung über die Zeit umfassen. Der Abbau der Kupplungsdifferenzdrehzahl ist bei der vorgegebenen Fahrstrategie festgelegt und erfolgt durch Schließen einer zu schließenden Richtungskupplung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt und mit einem vorbestimmten Druck oder Kupplungsmoment. Durch die erzeugte Reibung wird die Kupplungsdifferenzdrehzahl verringert.
Ein solcher Abbau der Kupplungsdifferenzdrehzahl über die Zeit wird daher auch als Reibarbeit bezeichnet.
Das Verfahren eignet sich zur Verwendung in einem stufenlos verstellbaren leistungsverzweigten Getriebe, in einem Lastschaltgetriebe mit einem Drehmomentwandler oder in einem Hydrostatgetriebe mit Reversierkupplungen.
Zum Umkehren der Drehrichtung bzw. zum Wechseln der Fahrtrichtung wird eine der Richtungskupplungen geöffnet und die andere Richtungskupplung geschlossen. Die Richtungskupplungen können Lamellenkupplungen sein.
Das Verfahren und die Vorrichtung basieren auf der Erkenntnis, dass durch eine gezielte Einleitung von Maßnahmen zur Vermeidung einer übermäßigen Erhöhung der Richtungskupplungstemperatur ein Inaktivschalten der Richtungskupplung aufgrund von Überhitzung vermieden werden kann. Insbesondere kann der Fahrtrichtungswechsel so vorgenommen werden, dass die Temperatur einer zu schließenden Kupplung bei Reibschluss eine vorbestimmte Grenztemperatur nicht überschreitet. Auf diese Weise wird ein Zustand, bei dem eine Richtungskupplung zur Abkühlung neutral geschaltet werden muss, vermieden.
Dabei wird in Abhängigkeit vom Abstand einer erwarteten Temperatur einer zu schließenden Richtungskupplung nach Reibschluss zur vorgegebenen Grenztemperatur ein durch den Richtungswechsel normalerweise bewirkter Energieeintrag in die zu schließende Richtungskupplung angepasst. Der Abstand zwischen erwarteter Temperatur und Grenztemperatur wird auch als Temperaturdifferenz bezeichnet.
Der durch den Richtungswechsel normalerweise bewirkte Energieeintrag ist der Energieeintrag, der auftreten würde, wenn der Richtungswechsel mit einer vorbestimmten bzw. voreingestellten Fahrstrategie vorgenommen wird. Die voreingestellte Fahrstrategie für Fahrtrichtungswechsel kann für die Arbeitsmaschine vorgegeben sein. Die voreingestellte Fahrstrategie kann für Fahrtrichtungswechsel immer dann verwendet werden, wenn der Abstand bzw. die Temperaturdifferenz ausreichend groß ist und zumindest nicht null ist. Die voreingestellte Fahrstrategie kann beispielsweise so gewählt werden, dass bei einer Drehrichtungsumkehr eine gleichmäßige Verzögerung der Arbeitsmaschine und eine gleichmäßige Beschleunigung der Arbeitsmaschine erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt die Drehrichtungsumkehr so, dass die Arbeitsmaschine die Fahrtrichtung ohne ruckartige Bewegung ändert. Die Verzögerung der Arbeitsmaschine in der aktuellen Fahrtrichtung und die Beschleunigung der Arbeitsmaschine in der neuen Fahrtrichtung können gleich groß sein.
Der Energieeintrag in eine Richtungskupplung durch eine Drehrichtungsumkehr ist abhängig von einer Ausgangsdrehzahl des Wendegetriebes bzw. einer Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine beim Eintritt in die Reversierung. Unter Eintritt in die Reversierung kann der Zeitpunkt verstanden werden, zu dem die zu schließende Richtungskupplung mit Drehmoment beaufschlagt und modelliert geschlossen wird. Je höher die Ausgangsdrehzahl des Wendegetriebes bzw. die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine beim Eintritt in die Kupplungsreversierung ist, umso höher ist die zu verrichtende Reibarbeit der Richtungskupplung zum Erreichen von Reibschluss bzw. zum Abbau der Kupplungsdifferenzdrehzahl. Dementsprechend entsteht dann, wenn die Richtungskupplung zu einem Zeitpunkt geschlossen wird, bei dem die Ausgangsdrehzahl hoch ist, mehr Wärme in der Richtungskupplung.
Der Energieeintrag kann demnach dadurch verringert werden, dass die Einleitung des Richtungswechsels nicht zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, sondern zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt wird. Die Ausgangsdrehzahl kann bis zu dem späteren Zeitpunkt so verringert werden, dass bei einem Schließen der Richtungskupplung zu diesem späteren Zeitpunkt ein entsprechend verringerter Energieeintrag in die Richtungskupplung erforderlich ist, um die Drehrichtung umzukehren. Bei entsprechend hoher Ist-Temperatur der zu schließenden Richtungskupplung kann diese beispielsweise erst geschlossen werden, wenn die Ausgangsdrehzahl null ist, also bei stehender Arbeitsmaschine. Anders gesagt kann eine maximale Ausgangsdrehzahl bzw. Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine für einen Eintritt in die Kupplungsreversierung vorgegeben werden. Bei einer kleinen Temperaturdifferenz wird die Richtungskupplung erst nahe Stillstand der Ausgangswelle bzw. im äußersten Fall nur im Stillstand der Ausgangswelle zugelassen. Dadurch wird die vorgegebene Fahrstrategie geändert und der Energieeintrag in die Richtungskupplung verringert.
Der Energieeintrag in die zu schließende Richtungskupplung durch eine Drehrichtungsumkehr ist auch abhängig von einer Reversieraggressivität. Unter Reversieraggressivität ist die Verzögerungs- und Beschleunigungsdynamik der Ausgangswelle bzw. des Fahrzeugs zu verstehen. Insbesondere entspricht die Reversieraggressivität einer Reduzierung der Drehzahl und anschließender Erhöhung der Drehzahl in umgekehrter Richtung pro Zeiteinheit. Eine hohe Reversieraggressivität liegt vor, wenn eine große Drehzahländerung pro Zeiteinheit erfolgt. Anders gesagt liegt eine hohe Reversieraggressivität vor, wenn der Gradient der Ausgangsdrehzahl bei der Reversierung hoch ist. Eine vorbestimmte Reversieraggressivität kann durch die voreingestellte Fahrstrategie vorgeben sein. Die Reversieraggressivität kann so angepasst werden, dass diese umso geringer wird, je geringer die Temperaturdifferenz ist. Anders gesagt kann die Reversieraggressivität von einer vorgegebenen Rever- sieraggressivtiät in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz angepasst werden. Durch Reduzieren der Reversieraggressivität wird die Kupplungsbelastung beim Reversieren reduziert.
Der Energieeintrag in die zu schließende Richtungskupplung durch eine Drehrichtungsumkehr ist auch abhängig von einer Kupplungsdifferenzdrehzahl bzw. einer Ist- Drehzahl der Antriebsmaschine, wenn die Richtungskupplung eingangsseitig mit der Antriebsmaschine verbunden ist. Um den Energieeintrag in die zu schließende Richtungskupplung zu reduzieren, kann die Eingangsdrehzahl durch Vorgabe einer niedrigeren Solldrehzahl der Antriebsmaschine reduziert werden. Die Differenzdrehzahl an den Richtungskupplungen korrespondiert direkt mit der Eingangsdrehzahl. Daher führt eine niedrige Antriebsmaschinendrehzahl zu einer niedrigeren Differenzdrehzahl in der Richtungskupplung und somit zu weniger Reibarbeit bzw. Energieeintrag in die Richtungskupplung.
Der Energieeintrag in die zu schließende Richtungskupplung durch eine Drehrichtungsumkehr ist auch abhängig von einer Kupplungsrutschdauer. Unter Kupplungsrutschdauer ist die Zeit zu verstehen, die benötigt wird, bis in der Kupplung Reibschluss vorliegt. Bei Reibschluss drehen Kupplungshälften der Richtungskupplung synchron. Die Kupplungsrutschdauer ist abhängig von der Ausgangsdrehzahl bei Eintritt in die Reversierung und der geforderten Reversieraggressivität. Durch Anpassung der Kupplungsrutschdauer ausgehend von einer voreingestellten Kupplungsrutschdauer kann demnach eine Festlegung der Ausgangsdrehzahl bei Eintritt in die Reversierung und der Reversieraggressivität erfolgen.
Der Energieeintrag kann auf eine der vorstehend beschriebenen Arten oder durch eine Kombination der vorstehend beschriebenen Arten verringert werden. Auf diese Weise kann die zu schließende Richtungskupplung stets betätigt werden, da eine unzulässige Erhöhung der Richtungskupplungstemperatur durch Anpassung der Fahrstrategie vermieden wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann in einem ersten Schritt eine Ist- Temperatur der zu schließenden Richtungskupplung ermittelt werden. Das Ermitteln der Ist-Temperatur kann ein rechnerisches Ermitteln oder Schätzen der Ist- Temperatur oder ein Messen der Ist-Temperatur sein.
In einem weiteren Schritt kann die erwartete Temperatur der zu schließenden Richtungskupplung bei Reibschluss ermittelt werden. Die erwartete Temperatur kann basierend auf der ermittelten Ist-Temperatur und einer prognostizierten Temperaturerhöhung aufgrund einer vorbestimmten Fahrstrategie bei der Drehrichtungsumkehr ermittelt werden. Wie vorstehend erwähnt, kann eine Fahrstrategie vorgegeben sein. Anders gesagt kann eine allgemeine Fahrstrategie oder Standard-Fahrstrategie vorgegeben sein, von der bedarfsweise abgewichen wird. In einem weiteren Schritt kann die Temperaturdifferenz zwischen erwarteter Temperatur und Grenztemperatur ermittelt werden.
In einem weiteren Schritt kann ermittelt werden, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, bei der die ermittelte Temperaturdifferenz kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. Der vorbestimmte Wert kann beispielsweise null sein. Ist der vorbestimmte Wert null, ist die vorbestimmte Bedingung erfüllt, wenn die erwartete Temperatur der Grenztemperatur entspricht. Ein Wert kleiner als null signalisiert, dass die erwartete Temperatur die Grenztemperatur übersteigt.
In einem weiteren Schritt kann bei Vorliegen der vorbestimmten Bedingung die vorbestimmte bzw. voreingestellte Fahrstrategie derart geändert werden, dass sich die zu schließende Richtungskupplung bei Reibschluss auf eine Temperatur erwärmt, die kleiner als die Grenztemperatur ist. Die Fahrstrategie wird dabei so geändert, dass die vorstehend beschriebenen Faktoren bzw. Größen zur Beeinflussung des Energieeintrags geändert werden.
In einem weiteren Schritt erfolgt dann eine Betätigung der zu schließenden Richtungskupplung nach erfolgter Änderung der Fahrstrategie, um die Drehrichtung umzukehren. Durch die Änderung der Fahrstrategie kann sich das Verhalten der Arbeitsmaschine für den Fahrer beim Fahrtrichtungswechsel spürbar ändern. Beispielsweise kann der Fahrtrichtungswechsel insgesamt langsamer erfolgen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt Temperaturverläufe von Fahrtrichtungskupplungen bei aufeinanderfolgenden Drehrichtungswechseln.
Fig. 2 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Ausgangsdrehzahl eines Wendegetriebes und eine Veränderung eines Eintrittszeitpunkts in eine Reversierung.
Fig. 3 zeigt eine Verringerung einer Drehzahl einer Antriebsmaschine. Fig. 4 zeigt eine Verringerung einer Reversieraggressivität.
Fig. 5 zeigt eine Verringerung einer Kupplungsrutschzeit.
Fig. 6 zeigt Verfahrensschritte gemäß einer Ausführungsform.
Fig. 7 zeigt einen schematisch einen Antriebsstrang mit einem Steuergerät gemäß einer Ausführungsform.
Das Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf einen Antriebsstrang 1 einer Arbeitsmaschine beschrieben. Der Antriebsstrang 1 ist in Fig. 7 schematisch dargestellt und weist eine Antriebsmaschine 2 und ein Getriebe 5 auf. Das Getriebe 5 weist eine Wendegetriebe 3 mit zwei Richtungskupplungen 6 und 7 auf. Ferner ist ein Steuergerät 4 vorgesehen, welches mit der Antriebsmaschine 2 und dem Getriebe 5 verbunden ist, um diese zu steuern.
In Fig. 1 ist ein Temperaturverlauf der Richtungskupplungen 6 und 7 bei mehreren aufeinanderfolgenden Reversierungen gezeigt. Die Reversierungszeitpunkte ti bis t6 sind unter dem Temperaturverlauf in einer separaten Darstellung gezeigt.
Jede Richtungskupplung 6, 7 erfährt bei ihrer Betätigung einen Energieeintrag, welcher sich durch eine Temperaturerhöhung äußert. Zu einem Zeitpunkt ti wird bei der gezeigten Darstellung die Richtungskupplung 7 geschlossen. Dies führt dazu, dass die Temperatur der Richtungskupplung 7 nach dem Zeitpunkt ti zunächst bis zu einem Maximalwert stark ansteigt. Der Maximalwert entspricht der Temperatur T der Richtungskupplung bei Reibschluss. Der starke Temperaturanstieg resultiert aus der zu verrichtenden Reibarbeit in der Kupplung bis zum Reibschluss. Die Richtungskupplung 7 wird dann bis zum einem Zeitpunkt t2 geschlossen gehalten. Nach Erreichen des Maximalwerts sinkt die Temperatur der Richtungskupplung 7 in Abhängigkeit einer Kühlleistung der Kupplung. Zum Zeitpunkt t2 wird die Richtungskupplung 7 geöffnet und die Richtungskupplung 6 geschlossen. Die Richtungskupplung 7 kann nun schneller abkühlen, weshalb die Temperatur der Richtungskupplung 7 ab dem Zeitpunkt t2 schneller abfällt. Der Temperaturverlauf der Richtungskupplung 6 zwi- sehen dem Zeitpunkt t2 und einem Zeitpunkt t3, bei dem eine erneute Reversierung stattfindet, verhält sich ähnlich wie der Temperaturverlauf der Richtungskupplung 7 zwischen den Zeitpunkten ti und t2. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erreicht die Richtungskupplung 7 bis zum Zeitpunkt t3 nicht ihre ursprüngliche Ausgangstemperatur Ta. Vielmehr kühlt sich die Richtungskupplung 7 nur auf eine gegenüber der Ausgangstemperatur Ta höhere Ist-Temperatur TiSt ab.
Die Temperatur der Richtungskupplungen darf eine vorgegebene Grenztemperatur T grenz nicht überschreiten. Gemäß der Ausführungsform wird daher bei jeder Reversierung das in Fig. 6 gezeigte Verfahren für eine zu schließende Richtungskupplung ausgeführt.
In Fig. 6 ist ein Verfahren zum Umkehren der Drehrichtung in einem Antriebsstrang 1 einer Arbeitsmaschine gemäß der Ausführungsform beschrieben. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt S1 die Ist-Temperatur TiSt der zu schließenden Richtungskupplung 7 ermittelt. Diese Ist-Temperatur ist bei der gezeigten Ausführungsform die Temperatur der Richtungskupplung 7 zum Zeitpunkt t3-
In Schritt S2 wird ausgehend von der ermittelten Ist-Temperatur Tist eine erwartete Temperatur Terw der Richtungskupplung 7 bei Reibschluss ermittelt. Dabei wird eine prognostizierte Temperaturerhöhung Terh angenommen, die auftreten würde, wenn die Richtungskupplung 7 ohne Veränderung einer Fahrstrategie betätigt wird.
In Schritt S3 wird eine Temperaturdifferenz DT zwischen der Grenztemperatur Tgrenz und der erwarteten Temperatur Terw ermittelt.
In Schritt S4 wird ermittelt, ob die Temperaturdifferenz DT null oder kleiner ist oder kleiner als ein Mindestabstand zur Grenztemperatur ist. In der Vorliegenden Ausführungsform liegt die erwartete Temperatur Terw zwischen den Zeitpunkten t3 und U unter der Grenztemperatur T9Gbhz· Daher wird das Verfahren an dieser Stelle abgebrochen und die Richtungskupplung wird ohne Änderung der Fahrstrategie geschlossen. Zum Zeitpunkt t5 wird das in Fig. 6 gezeigte Verfahren erneut ausgeführt. Die Schritte S1 bis S4 werden wie bereits beschrieben ausgeführt. Allerdings wird in Schritt S4 nun festgestellt, dass die Temperaturdifferenz DT kleiner als null ist, da die erwartete Temperatur Terw die Grenztemperatur Tgrenz übersteigt. Die vorbestimmte Bedingung ist demnach erfüllt. Daher wird in Schritt S5 nun die Fahrstrategie so geändert, dass die Richtungskupplung die erwartete Temperatur Terw nicht erreicht bzw. sich auf eine Temperatur T erwärmt, die kleiner als die nach dem Zeitpunkt ts erwartete Temperatur bei unveränderter Fahrstrategie ist.
Im Anschluss daran wird in Schritt S6 die Richtungskupplung 7 nach erfolgter Änderung der Fahrstrategie betätigt, um die Drehrichtung umzukehren. Dadurch erwärmt sich die Richtungskupplung 7 nur auf eine Temperatur T, welche unter der Grenztemperatur Tg^z liegt. Ein geänderter Temperaturverlauf ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt.
Der Energieeintrag in die bzw. die Erwärmung der Richtungskupplung hängen von der Fahrstrategie bei der Drehrichtungsumkehr ab. Die Figuren 2 bis 5 zeigen Ausführungsformen mit Maßnahmen zur Reduzierung des Energieeintrags in die Richtungskupplung.
In Fig. 2 ist ein vorgegebener zeitlicher Verlauf der Ausgangsdrehzahl na des Wendegetriebes bei der Reversierung dargestellt. Oberhalb der Zeitachse ist die Ausgangsdrehzahl in aktueller Drehrichtung dargestellt und unterhalb der Zeitachse ist die Ausgangsdrehzahl in neuer Drehrichtung dargestellt. Der Gradient der Ausgangsdrehzahl ist bei dieser Ausführungsform festgelegt und soll nicht geändert werden. Zur Reduzierung des Energieeintrags in die Kupplung wird die Richtungskupplung nicht zum Zeitpunkt ts geschlossen sondern erst zeitverzögert zum Zeitpunkt tsi, da zum Zeitpunkt t5i bereits eine geringere Ausgangsdrehzahl nson vorliegt.
In Fig. 3 ist eine weitere Maßnahme zum Reduzieren des Energieeintrags gezeigt. Dabei wird die Drehzahl nan der Antriebsmaschine 2 und damit die Eingangsdrehzahl ne der Wendekupplung verringert.
In Fig. 4 ist eine weitere Maßnahme zum Reduzieren des Energieeintrags gezeigt. Genauer gesagt zeigt Fig. 4 die Anpassung der Reversieraggressivität zur Verringe- rung des Energieeintrags. Dabei wird der Gradient der Ausgangsdrehzahl na verringert, wodurch der Energieeintrag verringert wird.
In Fig. 5 ist eine weitere Maßnahme zum Reduzieren des Energieeintrags gezeigt. Dabei wird die Kupplungsrutschdauer tr verringert, um einen geringeren Energieeintrag in die Richtungskupplung zu bewirken.
Nach Änderung des Energieeintrags durch eine oder mehrere der in den Figuren 2 bis 5 beschrieben Maßnahmen wird Schritt S6 ausgeführt, um die Richtungskupplung 7 zu schließen. Das Verfahren wird bei jedem Reversieren analog für die Richtungskupplung 6 durchgeführt, wenn diese geschlossen werden soll.
Bezuqszeichen
1 Antriebsstrang
2 Antriebsmaschine
3 Wendegetriebe
4 Steuereinrichtung
5 Getriebe
6 Richtungskupplung
7 Richtungskupplung
ti ...t6 Reversierungszeitpunkte
töi Zeitpunkt
Tist Ist-Temperatur der zu schließenden Richtungskupplung
Terw erwartete Temperatur der zu schließenden Richtungskupplung
T grenz Grenztemperatur
Terh Temperaturerhöhung
T Temperatur nach Reibschluss
DT Temperaturdifferenz
na Ausgangsdrehzahl des Wendegetriebes
nson Soll-Ausgangsdrehzahl
ne Eingangsdrehzahl des Wendegetriebes
nan Drehzahl der Antriebsmaschine
tr Kupplungsrutschdauer

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Umkehren der Drehrichtung in einem Antriebsstrang (1 ) einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang ein Wendegetriebe (3) mit Richtungskupplungen (6, 7) aufweist, wobei zum Umkehren der Drehrichtung eine der Richtungskupplungen (6) geöffnet und die andere Richtungskupplung (7) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz (DT) zwischen einer erwarteten Temperatur (Terw) der zu schließenden Richtungskupplung (7) bei Reibschluss und einer vorgegebenen Grenztemperatur (Tgrenz) ein Energieeintrag in die zu schließende Richtungskupplung (7) durch den Richtungswechsel so gesteuert wird, dass die Temperatur (T) der zu schließenden Richtungskupplung die Grenztemperatur (Tgrenz) nicht überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Schritte
S1 : Ermitteln einer Ist-Temperatur (Tist) der zu schließenden Richtungskupplung (7), S2: Ermitteln der erwarteten Temperatur (Terw) der zu schließenden Richtungskupplung (7) bei Reibschluss basierend auf der ermittelten Ist-Temperatur (Tist) und einer prognostizierten Temperaturerhöhung (Terh) aufgrund einer vorbestimmten Fahrstrategie bei der Drehrichtungsumkehr,
S3: Ermitteln der Temperaturdifferenz (DT),
S4: Ermitteln, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, bei der die ermittelte Temperatu rdifferenz (DT) kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist,
S5: Ändern der vorbestimmten Fahrstrategie derart, dass sich die zu schließende Richtungskupplung (7) bei Reibschluss auf eine Temperatur (T) erwärmt, die kleiner als die Grenztemperatur (Tgrenz) ist, wenn ermittelt wurde, dass die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist,
S6: Betätigen der zu schließenden Richtungskupplung (7) nach erfolgter Änderung der Fahrstrategie, um die Drehrichtung umzukehren.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrstrategie einen Betrieb des Antriebsstrangs und/oder eine Betätigung der zu schließenden Richtungskupplung (7) umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Fahrstrategie ein Reduzieren einer Ausgangsdrehzahl (na) des Getriebes umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Betätigung der zu schließenden Richtungskupplung (7) erst erfolgt, wenn die Ausgangsdrehzahl (na) auf eine Soll- Ausgangsdrehzahl (nson) reduziert wurde.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern des Betriebs des Antriebsstrangs ein Reduzieren einer Eingangsdrehzahl (ne) des Getriebes umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Antriebsstrang (1 ) eine Antriebsmaschine (2) aufweist und zum Reduzieren der Eingangsdrehzahl (ne) eine Drehzahl (nan) der Antriebsmaschine (2) reduziert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Betätigung der zu schließenden Richtungskupplung (7) ein Reduzieren einer Reversieraggressivität umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zum Reduzieren der Reversieraggressivität ein Gradient einer Ausgangsdrehzahl (na) des Getriebes verringert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Betätigung der zu schließenden Richtungskupplung ein Verringern einer Kupplungsrutschdauer (tr) umfasst.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert null ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der erwarteten Temperatur (Terw) eine Abkühlrate der zu schließenden Richtungskupplung (7) berücksichtigt wird.
13. Steuereinrichtung (4), die dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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