-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang.
-
Eine
Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang mit einem
Leistungsverzweigungsgetriebe und einem Reversiergetriebe bzw. einem
Wendegetriebe ist aus der
DE 10 2007 018 999 A1 bekannt. Ein Antrieb
des Leistungsverzweigungsgetriebes treibt über das Reversiergetriebe
ein Planetengetriebe an, in dessen Bereich die Leistung zwischen
einem hydraulischen Leistungszweig und einem mechanischen Leistungszweig
aufgeteilt wird. Der hydraulische Leistungszweig besteht aus einer
Pumpe und zwei Motoren. Zusätzlich steht mit dem Antrieb des
Leistungsverzweigungsgetriebes eine hydraulische Versorgungspumpe
in Verbindung, welche den geschlossenen Kreislauf der hydraulischen
Pumpe und der hydraulischen Motoren im Sinne einer Speisepumpe mit
Druckflüssigkeit versorgt.
-
Über
die zusätzliche hydraulische Einrichtung bzw. die hydraulische
Versorgungspumpe ist jedoch nachteilhafterweise weder im Zugbetrieb
noch im Schubbetrieb am Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges ein
Antriebsmoment zur Verfügung stellbar bzw. ein anliegendes
Abtriebsmoment abstützbar. Darüber hinaus ist
mittels der hydraulischen Einrichtung auch kein Rekuperationsbetrieb
durchführbar, während welchem ein Schubmoment
im Antriebsstrang zur Energierückgewinnung nutzbar ist
und über den ein effizienter Betrieb eines Fahrzeuges erreichbar
ist.
-
Ein
hydrostatischer Antrieb, mit dem eine Rückgewinnung von
Bremsenergie durchführbar ist, wird in der
DE 10 2006 060 014 A1 beschrieben.
Der hydrostatische Antrieb ist mit einer Hydropumpe und einem Hydromotor
ausgebildet, die über eine erste Arbeitsleitung und eine
zweite Arbeitsleitung miteinander verbunden sind. Darüber
hinaus ist der hydrostatische Antrieb mit einem ersten Speicher
und einem zweiten Speicher ausgeführt, wobei der erste Spei cher
zum Speichern von Druckenergie ausgelegt ist und über ein
erstes Sitzventil mit der ersten Arbeitsleitung und über
ein zweites Sitzventil mit der zweiten Arbeitsleitung verbindbar
ist. Der zweite Speicher ist über ein drittes Sitzventil
mit der ersten Arbeitsleitung und über ein viertes Sitzventil
mit einer zweiten Arbeitsleitung verbindbar.
-
Der
hydrostatische Antrieb ist nachteilhafterweise durch einen komplexen
Aufbau und hohe Herstellkosten gekennzeichnet, wodurch der Antrieb
nur bedingt für den Einsatz in einem hybriden Fahrzeugantriebsstrang
geeignet ist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
für einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer Getriebeeinrichtung zum
Variieren verschiedener Übersetzungen und mit einer hydraulischen
Einrichtung zur Verfügung zu stellen, die durch einen einfachen
und kostengünstigen Aufbau gekennzeichnet ist und mittels
der am Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges über eine hydraulische
Einrichtung sowohl ein Antriebsmoment als auch ein Abtriebsmoment
zur Verfügung stellbar bzw. abstützbar ist.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang
ist mit einer Getriebeeinrichtung zum Variieren verschiedener Übersetzungen und
mit einer hydraulischen Einrichtung ausgeführt. Über
die hydraulische Einrichtung ist am Abtrieb des Fahrzeugantriebsstranges
ein Antriebsmoment zur Verfügung stellbar. Zusätzlich
ist im Bereich der hydraulischen Einrichtung ein Abtriebsmoment
des Fahrzeugantriebsstranges zumindest teilweise abstützbar.
Getriebeeingangseitig ist der Getriebeeinrichtung ein Wendegetriebe
zur Darstellung einer Drehrichtungsumkehr vorgeschaltet. Die hydraulische
Einrichtung ist über das Wendegetriebe mit der Getriebeeinrichtung
in Wirkverbindung bringbar.
-
Die
vorzugsweise direkte Anbindung der hydraulischen Einrichtung an
den Antrieb des Fahrzeugantriebsstranges und an die Getriebeeinrichtung über
das Wendegetriebe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bietet auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die
Funktionalität der hydraulischen Einrichtung über
den gesamten Betriebsbereich, d. h. über den gesamten Geschwindigkeitsbereich
des Fahrzeuges und auch in beiden Fahrtrichtungen, nutzen zu können.
Zusätzlich ist das durch die hydraulische Einrichtung jeweils
zur Verfügung zu stellende Drehmoment aufgrund der getriebeeingangsseitigen Anbindung
der hydraulischen Einrichtung niedrig, da diese durch die im Bereich
der Getriebeeinrichtung eingestellte Übersetzung an den
jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugantriebsstranges angepasst und
entsprechend transformiert am Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges
zur Verfügung steht.
-
Die
Anbindung der hydraulischen Einrichtung über das Wendegetriebe
mit der Getriebeeinrichtung bietet zusätzlich den Vorteil,
dass die Vorrichtung ohne einen zusätzlichen Achsstich
ausführbar ist, wenn die hydraulische Einrichtung im Bereich des
zur Verfügung stehenden Achsabstandes zum Antriebsflansch
der Getriebeeinrichtung montierbar ist.
-
Ist
dies aufgrund der äußeren Abmessungen der hydraulischen
Einrichtung nicht möglich, ist die hydraulische Einrichtung über
das Wendegetriebe an die Getriebeeinrichtung auch über
einen zusätzlichen Achsstich koppelbar, über den
ein größerer Achsabstand zum Antriebsflansch der
Getriebeeinrichtung zur Verfügung stellbar ist. Dann ist
die Vorrichtung mit hydraulischen Einrichtungen ausführbar,
die eine größere Leistungsfähigkeit aufweisen.
Darüber hinaus bietet ein zusätzlicher Achsstich
die Möglichkeit, eine Übersetzung zwischen der
hydraulischen Einrichtung und der Getriebeeinrichtung aufgrund des größeren
Bauraumangebotes innerhalb eines großen Übersetzungsbereiches
an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall angepasst mit großer
Flexibilität zur Verfügung zu stellen.
-
Sind
die realisierbaren Achsabstände für den direkten
Anbau der hydraulischen Einrichtung mit oder ohne zusätzlichen
Achsstich nicht ausreichend, besteht auch die Möglichkeit,
die hydraulische Einrichtung mit dem erforderlichen Abstand von
der Getriebeeinrichtung im Fahrzeug zu montieren und über eine
Gelenkwelle mit der Getriebeeinrichtung zu verbinden, wobei bei
einer derartigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im Bereich der Getriebeeinrichtung nur ein Antriebsflansch
erforderlich ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind im Bereich des Ausgangs der Getriebeeinrichtung
mehrere Bereichskupplungen zur Darstellung verschiedener Übersetzungsbereiche
vorgesehen, innerhalb der die Übersetzung der Getriebeeinrchtung
jeweils stufenlos variierbar ist. Damit ist ein mit der Vorrichtung ausgeführtes
Fahrzeug über einen großen Geschwindigkeitsbereich
an den jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeuges optimal angepasst
betreibbar.
-
Bei
einer konstruktiv einfachen und mit geringem Aufwand betätigbaren
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die hydraulische Einrichtung über ein Zahnrad mit einem
Zahnrad des Wendegetriebes in Wirkverbindung bringbar.
-
Die
hydraulische Einrichtung ist zur Darstellung eines Start-Stopp-Betriebes
bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einer Nebenabtriebswelle verbunden. Bei dieser Ausführungsform
ist eine an die Nebenabtriebswelle gekoppelte Antriebsmaschine während
eines Rekuperationsbetriebes der hydraulischen Einheit ohne separate
Trennkupplung mitzuschleppen, wodurch der Wirkungsgrad während
des Rekuperationsbetriebes beeinträchtigt wird.
-
Eine
bauraumgünstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist eine in beide Drehrichtungen betreibbare hydraulische
Maschine der hydraulischen Einrichtung auf.
-
Um
am Abtrieb des Fahrzeugantriebsstranges ein Antriebsmoment auf konstruktiv
einfache Art und Weise über die hydraulische Einrichtung
zur Verfügung stellen zu können oder in deren
Bereich ein Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges zumindest
teilweise abstützen und vorzugsweise Bremsenergie im Bereich
der hydraulischen Einrichtung rekuperieren zu können, steht
die hydraulische Maschine bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung druckseitig
mit einer Druckmittelbehältereinrichtung und ansaugseitig
mit einem Hydraulikfluidreservoir in Wirkverbindung.
-
Eine
durch einen konstruktiv einfachen Aufbau gekennzeichnete Wetterbildung
der Vorrichtung weist zwischen der Druckseite der hydraulischen
Maschine und der Druckmittelbehältereinrichtung eine betätigbare
Rückschlagventileinrichtung auf, die die Verbindung zwischen
der hydraulischen Maschine und der Druckmittelbehältereinrichtung
bei Vorliegen eines positiven Druckgefälles zwischen der
Druckmittelbehältereinrichtung und der Druckseite der hydraulischen
Maschine sperrt.
-
Bei
einer einfach zu betätigenden Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Rückschlagventileinrichtung über
ein 3/2-Wegeventil betätigbar.
-
Um
unzulässig hohe Belastungen im Bereich der hydraulischen
Einrichtung zu vermeiden, umfasst die hydraulische Einrichtung bei
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine Druckbegrenzungsventileinrichtung zur Begrenzung des maximalen
Betriebsdruckes.
-
Eine
ebenfalls einfach betreibbare Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist mit einem Drucksensor zur Überwachung eines
Speicherdruckes der Druckmittelbehältereinrichtung ausgebildet.
-
Um
einen möglichst verlustfreien reinen hybriden Fahrbetrieb über
die hydraulische Einrichtung darstellen zu können, ist
zwischen dem Verbindungsbereich der hydraulischen Einrichtung und
dem Wendegetriebe und einem Bereich des Fahrzeugantriebsstranges,
in dem eine Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebsstranges an das
Wendegetriebe koppelbar ist, ein Schaltelement zum wahlweisen Herstellen
der Wirkverbindung zwischen der Antriebsmaschine und dem Wendegetriebe
und der damit koppelbaren hydraulischen Einrichtung vorsehbar.
-
Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme
auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
-
Es
zeigt:
-
1 eine
stark schematisierte Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges; und
-
2 eine
detaillierte Ansicht des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1.
-
1 zeigt
einen Fahrzeugantriebsstrang 1 eines als Arbeitsmaschine
ausgeführten Fahrzeuges, wie eines Radladers oder einer
Landmaschine. Der Fahrzeugantriebsstrang 1 ist mit einer
Vorrichtung 2 ausgebildet, die vorliegend unter anderem eine
Getriebeeinrichtung 3 zum Variieren verschiedener Übersetzungen
und eine hydraulische Einrichtung 4 umfasst. Über
die hydraulische Einrichtung 4 ist im Bereich eines Abtriebes 5 des
Fahrzeugantriebsstranges 1 im Zugbetrieb ein Antriebsmoment zur
Verfügung stellbar. Darüber hinaus ist im Bereich der
hydraulischen Einheit 4 im Schubbetrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 ein
Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges 1 zumindest
teilweise abstützbar.
-
Der
Getriebeeinrichtung 3 ist getriebeeingangsseitig ein Wendegetriebe 6 zur
Darstellung einer Drehrichtungsumkehr vorgeschaltet, wobei die hydraulische
Einrichtung 4 im Leistungsfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 zwischen
einer Antriebsmaschine 7 des Fahrzeugantriebsstranges 1 und
dem Wendegetriebe 6 angeordnet ist. Das bedeutet, dass
im Bereich des Wendegetriebes 6 zwischen Betriebsmodi für
Vorwärts- und Rückwärtsfahrt umgeschaltet
werden kann.
-
Im
Verbindungsbereich zwischen der vorliegend als Brennkraftmaschine
ausgeführten Antriebsmaschine 7 des Fahrzeugantriebsstranges 1 und dem
Wendegetriebe 6 zweigt ein sogenannter Nebenabtrieb 8 ab, über
den verschiedene Gerätschaften des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten
Fahrzeuges betriebszustandsabhängig antreibbar sind. Die
Getriebeeinrichtung 3 umfasst einen Variator 9 und
einen in 2 näher dargestellten,
Bereichskupplungen K1 bis K3 umfassenden Getriebebereich 10.
-
In 2 ist
ein Hydraulikschaltbild der hydraulischen Einrichtung 4 und
ein das Wendegetriebe 6, die Getriebeeinrichtung 3 und
den Abtrieb 5 umfassendes Räderschema gezeigt.
Die Getriebeeinrichtung 3 ist mit sekundär gekoppelter
Leistungsverzweigung ausgeführt und über die Bereichskupplungen
K1 bis K3 sind in den Betriebsmodi für Vorwärts- und
Rückwärtsfahrt nichtsynchrone Bereichswechsel zwischen
drei Übersetzungsbereichen der Getriebeeinrichtung 3 durchführbar.
Die Getriebeeinrichtung 3 ist somit mit drei Fahrbereichen
für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt
ausgeführt, welche jeweils durch Abschalten eines der Schaltelemente
K1, K2 oder K3 und durch Zuschalten von wenigstens einem der Schaltelemente
K1, K2 oder K3 darstellbar sind.
-
Ein
Teil des jeweils von der Antriebsmaschine 7 zur Verfügung
gestellten Drehmomentes ist in einem ersten Leistungszweig 11 der
Getriebeeinrichtung 3 über eine Hydrostateinrichtung 12 und
der andere Teil des Drehmomentes ist über einen zweiten Leistungszweig 13 über
eine mechanische Einrichtung 14 zwischen einem Getriebeeingang 15 bzw.
einer Getriebeeingangswelle und einem Getriebeausgang 16 bzw.
einer Getriebeausgangswelle führbar. Die beiden Leistungszweige 11 und 13 der
Getriebeeinrichtung 3 stehen über eine Planetengetriebeeinrichtung 17 der
Getriebeeinrichtung 3 in Wirkverbindung.
-
Zwischen
einer Motorausgangswelle 18 der Antriebsmaschine 7 und
der Getriebeeingangswelle 15 ist ein sogenannter Schwingungsdämpfer 19 angeordnet,
mittels welchem Drehungleichförmigkeiten im Bereich der
Antriebsmaschine 7 gedämpft und nur zu einem geringen
Anteil in das Wendegetriebe 6 und den restlichen Teil des
Fahrzeugantriebsstranges 1 eines Fahrzeuges bzw. eines
Baufahrzeuges eingeleitet werden.
-
Die
Hydrostateinrichtung 12 des ersten Leistungszweiges 11 umfasst
eine Pumpe 20 und einen über einen in der Zeichnung
nicht näher dargestellten hydraulischen Kreislauf damit
wirkverbundenen Motor 21, die über ein gemeinsames
Joch 22 verstellt werden und als Schrägachseneinheiten
ausgeführt sind. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden
Anwendungsfalles besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass
die Pumpe und der Motor der Hydrostateinrichtung unabhängig
voneinander einstellbar sind und eine andere ebenfalls geeignete
Bauform aufweisen.
-
Zusätzlich
sind die Getriebeeinrichtung 3 und das Wendegetriebe 6 als
Vorgelegegetriebe mit mehreren zueinander beabstandeten Vorgelegewellen 23 bis 26 und 31 ausgebildet,
womit die Getriebeeinrichtung 3 und das Wendegetriebe 6 in
axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf und in radialer Richtung
bzw. in Fahrzeughochrichtung einen hohen Bauraumbedarf aufweisen,
wobei der hohe radiale Bauraumbedarf zur Überbrückung
eines Achsabstandes zwischen der Motorausgangswelle 18 der Antriebsmaschine 7 bzw.
der Getriebeausgangswelle 16 und den Antriebsachsen des
vorliegend als Radlager ausgeführten Fahrzeuges verwendet
wird.
-
Das
Wendegetriebe 6 umfasst vorliegend zwei Fahrtrichtungsschaltelemente
KR und KV, mittels welchen zwischen dem Modus für Vorwärtsfahrt und dem
Modus für Rückwärtsfahrt umgeschaltet werden
kann. Auf der dem Fahrtrichtungsschaltelement KR für Rückwärtsfahrt
zugeordneten Vorgelegewelle 26 ist eine Getriebepumpe 27 angeordnet, wobei
die Vorgelegewelle 26 von der Antriebsmaschine 7 über
eine Zahnradpaarung 28 antreibbar ist.
-
Die Übersetzung
der Zahnradpaarung 28, die aus einem ersten drehfest mit
der weiteren Vorgelegewelle 31 des Wendegetriebes 6 verbundenen und
als Stirnrad ausgeführten Zahnrad 29 und einem zweiten
Zahnrad 30 gebildet ist, ist dabei derart, dass die Drehzahl
der weiteren Vorgelegewelle 31 in Richtung der Vorgelegewelle 26 des
Wendegetriebes 6 ins Schnelle übersetzt wird.
Dadurch läuft die Getriebepumpe 27 vorliegend
mit 20% höherer Drehzahl als die Antriebsmaschine 7 und
ist bei dieser Ausgestaltung des Wendegetriebes 6 im Vergleich
zu einer direkt auf der im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl wie
die Antriebsmaschine 7 rotierenden Vorgelegewelle 31 angeordneten
Getriebepumpe kleiner dimensionierbar.
-
Über
die Getriebepumpe 27 ist neben einem die Pumpe 20 und
den Motor 21 der Hydrostateinrichtung 12 miteinander
verbindenden hydraulischen Kreislauf, der als geschlossener Kreislauf
ausgebildet ist, auch ein Schmier- und Kühlkreislauf mit
Hydraulikfluid beaufschlagbar. Zusätzlich sind die Schaltelemente
K1 bis K3 sowie die Fahrtrichtungsschaltelemente KR und KV über
die Getriebepumpe 27 mit hydraulischem Arbeitsdruck beaufschlagbar und
von einem im Wesentlichen geöffneten Betriebszustand in
einen im Wesentlichen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführbar.
-
Neben
der Getriebepumpe 27 findet im Bereich der Vorgelegewelle 26 des
Wendegetriebes 6 eine weitere Leistungsabnahme statt, die
für die Betätigung der Arbeitsausrüstung
eines vorzugsweise als Radlader ausgeführten Baufahrzeuges
vorgesehen ist. Dabei werden in einem offenen hydraulischen Kreislauf
angeordnete hydraulische Zylinder, mittels welchen eine Ladeschaufel
oder dergleichen betätigbar ist, mit entsprechendem Arbeitsdruck
versorgt.
-
Sowohl
die Schaltelemente K1 bis K3 als auch die Fahrtrichtungsschaltelemente
KR und KV sind als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet, womit
nicht synchrone Bereichswechsel zwischen den über die drei
Schaltelemente K1 bis K3 zu- und abschaltbaren Fahrbereiche durchführbar
sind.
-
Die
Planetengetriebeeinrichtung 17 weist vorliegend zwei Sonnenräder 32, 33 auf,
welche mit gemeinsamen Doppelplanetenrädern 34 kämmen, die
wiederum auf einem Planetenträger 35 drehbar gelagert
sind. Die weitere Vorgelegewelle 31 des Wendegetriebes 6 ist über
die Fahrtrichtungsschaltelemente KV und KR mit dem Planetenträger 35 der Planetengetriebeeinrichtung 17 in
Wirkverbindung bringbar, während die Pumpe 20 der
Hydrostateinrichtung 12 mit dem kleinen Sonnenrad 33 der
Planetengetriebeeinrichtung 17 verbunden ist. Das große Sonnenrad 32 der
Planetengetriebeeinrichtung 17 ist durch ein als Hohlwelle
ausgeführtes Hohlrad 36 der Planetengetriebeeinrichtung 17 hindurch
mit einem Zahnrad 37 drehfest verbunden.
-
In
Abhängigkeit eines Schluckvolumens des Motors 21 und
eines Fördervolumens der Pumpe 20 ist wenigstens
ein Teil des von der Antriebsmaschine 7 anliegenden Drehmomentes über
das große Sonnenrad 32 der Planetengetriebeeinrichtung 17 in
den die mechanische Einrichtung 14 aufweisenden zweiten
Leistungszweig 13 einleitbar.
-
Grundsätzlich
wird der Antrieb der Antriebsmaschine 7 bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1 über die
Fahrtrichtungskupplung KR oder KV auf den Planetenträger 35 der
Planetengetriebeeinrichtung 17 geführt. Ausgehend
vom Planetenträger 35 wird das Drehmoment über
die Doppelplanetenräder 34 aufgeteilt und ein
Teil über das kleine Sonnenrad 33 weitergeleitet
und zum Antrieb der Pumpe 20 verwendet. Der mechanische
Abtrieb des anderen Teils des Abtriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 erfolgt über das
große Sonnenrad 32 der Planetengetriebeeinrichtung 17 und
das Zahnrad 37 oder das Hohlrad 36 und ein damit
wiederum drehfest verbundenes Zahnrad 38.
-
Steht
der Motor 21 still und dreht die Pumpe 20 mit
maximaler Drehzahl ist das Schluckvolumen des Motors 21 maximal
während das Fördervolumen der Pumpe 20 gleich
Null ist. Dabei wird keine Antriebsleistung auf den Abtrieb übertragen.
Es besteht die Möglichkeit ein vom Fahrzeug wirkendes Drehmoment
vollkommen hydraulisch abzustützen. Wird nun ausgehend
von dieser Stellung der Hydrostaten das Fördervolumen der
Pumpe 20 vergrößert und ggf. gleichzeitig
das Schluckvolumen des Motors 21 verringert, beginnt einerseits
die Pumpe 20 mit der Ölförderung und
Drehmomentaufnahme und andererseits der Motor 21 mit der
Drehbewegung und Drehmomentabgabe.
-
Um
das Drehmomentgleichgewicht am Planetentrieb 17 aufrecht
zu erhalten, wird ab dem Moment, wo die Pumpe 20 Drehmoment
aufnimmt, diese abgebremst. Es fließt somit ab Bewegungsbeginn eine
Teilleistung mechanisch.
-
Die
zweite Grenze der über die Schaltelemente K1 bis K3 darstellbaren
Fahrbereiche liegt dann vor, wenn die Pumpe 20 stillsteht
und die Drehzahl des Motors 21 maximal ist, wobei das Schluckvolumen
des Motors 21 dann gleich Null ist und das Fördervolumen
der Pumpe 20 seinen maximalen Wert aufweist. In diesem
Betriebszustand der Hydrostateinrichtung 12 wird die Antriebsleistung
der Antriebsmaschine 7 über die Getriebeeinrichtung 3 vollständig
mechanisch von der weiteren Vorgelegewelle 31 des Wendegetriebes 6 auf
die Getriebeausgangswelle 16 der Getriebeeinrichtung 3 übertragen.
-
Über
den über das erste Schaltelement K1 zuschaltbaren ersten
Fahrbereich ist die größte Übersetzung
darstellbar, während über den über das zweite
Schaltelement K2 zuschaltbaren zweiten Fahrbereich mittlere Übersetzungen
und über den über das dritte Schaltelement K3
zuschaltbaren dritten Fahrbereich die kleinste Übersetzung
darstellbar sind. Zudem sind die drei Fahrbereiche derart ausgelegt,
dass sich der erste Fahr- bzw. Übersetzungsbereich und
der zweite Übersetzungsbereich sowie der dritte Übersetzungsbereich überlappen
und die Übersetzung in der Getriebeeinrichtung 3 über
den gesamten Übersetzungsbereich der Getriebeeinrichtung 3,
der sich vom unteren Grenzwert der Übersetzung des ersten
Fahrbereiches bis zum oberen Grenzwert der Übersetzung
des dritten Fahrbereiches erstreckt, stufenlos und für
einen Fahrer eines mit der Getriebeeinrichtung 3 ausgeführten
Fahrzeuges nicht merkbar sowie zugkraftunterbrechungsfrei veränderbar
ist.
-
Bei über
die erste Bereichskupplung K1 zugeschaltetem erstem Fahrbereich
wird das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 7 in Abhängigkeit
des Betriebszustandes der Hydrostateinrichtung 12 wenigstens
teilweise vom Motor 21, über ein damit drehfest
verbundenes Stirnrad 39 und ein damit kämmendes
weiteres Stirnrad 40 übertragen. Das weitere Stirnrad 40 ist
drehbar auf der Vorgelegewelle 24 gelagert und über
das erste Schaltelement K1 drehfest mit einem drehfest mit der Vorgelegewelle 24 verbundenen
und ebenfalls als Stirnrad ausgeführten Zahnrad 41 verbindbar.
Das bedeutet, dass bei entsprechender Übertragungsfähigkeit
des als reibschlüssige Kupplung ausgeführten ersten
Schaltelementes K1 der hydraulisch übertragene Teil des
Drehmomentes der Antriebsmaschine 7 auf das Stirnrad 41 geführt
wird. Das Stirnrad 41 kämmt wiederum mit einem
weiteren Zahnrad 42, welches drehfest mit der Getriebeausgangswelle 16 verbunden
ist, über die das Drehmoment zu den Antriebswellen des
Fahrzeuges führbar ist.
-
Der
andere Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 wird
bei zugeschaltetem ersten Fahrbereich vom großen Sonnenrad 32 und
dem damit drehfest verbundenen Zahnrad 38 sowie einem damit
kämmenden weiteren Zahnrad 43 auf die Vorgelegewelle 23 geführt,
die drehfest mit dem Motor 21 und dem Stirnrad 39 verbunden
ist. Damit wird der über die mechanische Einrichtung 14 geführte
Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 dem über
die Hydrostateinrichtung 12 geführten Teil des Antriebsmomentes
bereits im Bereich der Vorgelegewelle 23 überlagert
und anschließend gemeinsam über die Stirnräder 39, 40, 41 und 42 auf
die Getriebeausgangswelle 16 weitergeleitet.
-
Bei
zugeschaltetem zweitem Fahrbereich wird ein in Abhängigkeit
des Betriebszustandes der Hydrostateinrichtung 12 stehender
Anteil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 vom
Motor 21 über die Vorgelegewelle 23 und
das damit drehfest verbundene Zahnrad 43 auf das drehfest
mit dem Hohlrad 36 der Planetengetriebeeinrichtung 17 verbundene
Zahnrad 38 geleitet. In der Planetengetriebeeinrichtung 17 wird
das am Hohlrad 36 anliegende Drehmoment dem auf das große
Sonnenrad 32 geleiteten Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 überlagert
und über das Zahnrad 37 auf ein drehbar auf der
Vorgelegewelle 25 und mit dem Zahnrad 37 kämmendes
weiteres Zahnrad 44 übertragen. Da das Zahnrad 44 in
geschlossenem Betriebszustand der zweiten Bereichskupplung K2 mit
der Vorgelegewelle 25 drehfest verbunden ist, wird das
am Zahnrad 44 anliegende Drehmoment auf ein drehfest mit
der Vorgelegewelle 25 verbundenes Zahnrad 45 weitergeleitet,
welches wiederum mit dem Zahnrad 41 der Vorgelegewelle 24 kämmt,
womit das Drehmoment vom Stirnrad 41 auf das Zahnrad 42 und
somit auf die Getriebeausgangswelle 16 übertragen
wird.
-
Ist
in der Getriebeeinrichtung 3 der dritte Fahrbereich zugeschaltet,
wird ein in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustandes
der Hydrostateinrichtung 12 stehender Anteil des Antriebsmomentes der
Antriebsmaschine 7 über den ersten Leistungszweig 11 hydraulisch
vom Motor 21 über die dritte Bereichskupplung
K3 und ein über das dritte Schaltelement K3 drehfest mit
der Vorgelegewelle 23 verbindbares Zahnrad 46,
ein damit kämmendes Zahnrad 47, das mit der Vorgelegewelle 24 verbunden
ist, und das ebenfalls mit der Vorgelegewelle 24 drehfest
verbundene Stirnrad 41 auf das Zahnrad 42 und
die Getriebeausgangswelle 16 weitergeleitet. Gleichzeitig wird
der andere Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 über
den zweiten Leistungszweig 13 der Getriebeeinrichtung 3 über
die Doppelplanetenräder 34 und das Hohlrad 36 der
Planetengetriebeeinrichtung 17 auf die Vorgelegewelle 23 geführt und
dort dem vom Motor 21 abgegebenen Drehmoment überlagert
und über die vorbeschriebene Zahnradkette zu der Getriebeausgangswelle 16 weitergeleitet.
-
Zur
Zuschaltung eines der drei Fahrbereiche ist jeweils eines der Schaltelemente
K1 bis K3 mit einer Übertragungsfähigkeit darzustellen,
zu welcher ein über die Getriebeeinrichtung 3 zu
führendes Drehmoment vollständig über
eines der Schaltelemente K1 bis K3 führbar ist. Das bedeutet,
dass das erste Schaltelement K1 bei zugeschaltetem ersten Fahrbereich
mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt wird, zu dem das erste Schaltelement
K1 vollständig geschlossen ist. Die beiden anderen Schaltelemente K2
und K3 werden in diesem Betriebszustand der Getriebeeinrichtung 3 im
Wesentlichen druckfrei geschaltet und liegen in geöffnetem
Zustand vor.
-
Bei
einem Wechsel vom ersten Fahrbereich in den zweiten Fahrbereich
erfolgt ausgehend vom ersten Schaltelement K1 in Richtung des zweiten Schaltelementes
K2 eine Lastübernahme, wobei das erste Schaltelement K1
das abzuschaltende Schaltelement und das zweite Schaltelement K2
das zuzuschaltende Schaltelement ist. Legt eine Anforderung für
einen Wechsel vom zweiten Fahrbereich in Richtung des dritten Fahrbereiches
vor, wird das zweite Schaltelement K2 abgeschaltet und das dritte
Schaftelement K3 zugeschaltet.
-
Liegt
jeweils eine Anforderung für einen Fahrbereichswechsel
vom dritten Fahrbereich in Richtung des zweiten Fahrbereiches oder
vom zweiten Fahrbereich in Richtung des ersten Fahrbereiches vor,
ist jeweils das dritte Schaltelement K3 oder das zweite Schaltelement
K2 das abzuschaltende Schaltelement, während das zweite
Schaltelement K2 oder das erste Schaltelement K1 jeweils das zuzuschaltende
Schaltelement darstellt.
-
Da
im Bereich der mechanischen Einrichtung 14 durch einen
Wechsel des Fahrbereiches die durch die verschiedenen Zahnräder
der mechanischen Einrichtung 14 jeweils fest vorgegebene Übersetzung
wechselt, wird im Bereich der Hydrostateinrichtung 12 durch
Verstellen des Schluckvolumens des Motors 21 und des Fördervolumens
der Pumpe 20 eine Veränderung der Übersetzung
im Bereich der Hydrostateinrichtung 12 dahingehend vorgenommen,
dass sich am Ende des Fahrbereichswechsels dieselbe Übersetzung
in der Getriebeeinrichtung 3 einstellt wie vor dem Fahrbereichswechsel
und die Gesamtübersetzung der Getriebeeinrichtung 3 über den
gesamten Betriebsbereich der Getriebeeinrichtung 3 stufenlos
veränderbar ist.
-
Über
die im Bereich zwischen dem Wendegetriebe 6 und der Antriebsmaschine 7 leistungsmäßig
angeordnete hydraulische Einrichtung 4 ist ein mit dem
Fahrzeugantriebsstrang 1 aufgeführtes Fahrzeug
rein hydraulisch betreibbar bzw. rein hydrostatisch antreibbar,
wobei die Antriebsmaschine 7 dann im Wesentlichen am Abtrieb 5 kein
Antriebsmoment zur Verfügung stellt und im Bereich eines
zwischen der Antriebsmaschine 7 und dem Wendegetriebe 6 angeordneten
Schaltelementes 60 bzw. einer Trennkupplung vom restlichen
Fahrzeugantriebsstrang abgekoppelt ist, um keine den hydraulischen Antrieb
beeinträchtigende Schleppmomente in den Fahrzeugantrebsstrang 1 einzuleiten.
Zusätzlich ist bei geschlossenem Schaltelement 60 über
die hydraulische Einrichtung 4 und die Antriebsmaschine 7 ein
hybrider Fahrbetrieb darstellbar, während welchem sowohl
von der hydraulischen Einrichtung 4 als auch der Antriebsmaschine 7 Drehmoment
in den Leistungsfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 eingeleitet
wird.
-
Dabei
ist der hybride Fahrbetrieb sowohl im Zug- als auch im Schubbetrieb
des Fahrzeugantriebsstranges 1 durchführbar. Während
eines Schubbetriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 ist im
Bereich der hydraulischen Einrichtung 4 zumindest ein Teil
des abzustützenden Abtriebsmomentes mittels eines Rekuperationsbetriebes
der hydraulischen Einrichtung 4 in der später
beschrieben Art und Weise zur Energierückgewinnung nutzbar.
-
Die
hydraulische Einrichtung 4 weist eine in beide Drehrichtungen
betreibbare hydraulische Maschine 47 auf, die über
eine Stirnradpaarung 48 mit dem Getriebeeingang 15 im
Bereich des Planetenträgers 35 der Planetengetriebeeinrichtung 17 verbunden
ist. Die hydraulische Maschine 47 ist auch in beide Richtungen
verschwenkbar ausgeführt und die Ansaugseite sowie die reich
der hydraulischen Maschine 47 identisch. Die Stirnradpaarung 48 umfasst ein
drehfest mit einer Ausgangswelle 49 der hydraulischen Maschine 48 verbundenes
Stirnrad 50, das mit dem Zahnrad 29 des Wendegetriebes 6 kämmt.
-
Die
Ausgangswelle 49 der hydraulischen Maschine 47 ist
mit einer Nebenabtriebswelle 52 drehfest verbunden, über
die weitere Nebenabtriebe des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges
antreibbar sind.
-
Die
hydraulische Maschine 47 ist ansaugseitig mit einem im
Wesentlichen drucklosen Hydraulikfluidreservoir 54 und
druckseitig mit einer Druckmittelbehältereinrichtung 55 wirkverbunden,
die vorliegend drei Behälter aufweist. Die Anzahl der Behälter der
Druckmittelbehältereinrichtung variiert in Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles und des erforderlichen
Umfanges der Energiespeicherung. Das Hydraulikfluidreservoir 54 ist
bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 1 auch der Fluidspeicher der Arbeitsmaschine
des Fahrzeuges. Bei weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung
ist das Hydraulikfluidreservoir der Vorrichtung getrennt vom Fluidspeicher
der Arbeitsmaschine ausgeführt, womit der Modulcharakter der
erfindungsgemäßen Vorrichtung stärker
ausgeprägt ist.
-
Zwischen
der Druckseite der hydraulischen Maschine 47 und der Druckmittelbehältereinrichtung 55 ist
eine betätigbare Rückschlagventileinrichtung 56 angeordnet,
die die Verbindung zwischen der hydraulischen Maschine 47 und
der Druckmittelbehältereinrichtung 55 bei Vorliegen
eines positiven Druckgefälles zwischen der Druckbehältereinrichtung 55 und
der Druckseite der hydraulischen Maschine 47 sperrt. Die
Rückschlagventileinrichtung 56 ist über ein
3/2-Wegeventil 59 betätigbar, womit das Ansprechverhalten
der Rückschlagventileinrichtung 56 druckabhängig
variierbar ist.
-
Um
einen maximalen Betriebsdruck der hydraulischen Einrichtung 4 begrenzen
zu können, umfasst die hydraulische Einrichtung 4 eine
Druckbegrenzungsventileinrichtung 57. Zusätzlich
wird ein Speicherdruck der Druckmittel behältereinrichtung 55 über
einen Drucksensor 58 ermittelt. Das Drucksignal des Drucksensors 58 wird
für die Betriebsstrategie des Hybridantriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 verwendet.
Wird beispielsweise ein Speicherdruck in der Nähe des Gasfülldruckes
ermittelt, wird das Schluckvolumen der hydraulischen Maschine 47 auf
Null abgesenkt.
-
Soll über
die hydraulische Maschine 47 ein positives Drehmoment bzw.
ein Antriebsmoment in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 eingeleitet
werden, wird die Verbindung zwischen der Druckmittelbehältereinrichtung 58 und
der hydraulischen Maschine 47 im Bereich der entsperrbaren Rückschlagventileinrichtung 56 durch
entsprechendes Umschalten des 3/2-Wegeventiles 59 freigegeben.
Das in der Druckmittelbehältereinrichtung 55 gespeicherte
Druckmittel treibt dann die hydraulische Maschine 47 an,
in deren Bereich der hydraulische Druck in mechanische Energie umgewandelt
wird. Damit wird während des Antriebsmodus der hydraulischen
Maschine 47 das aus der Druckmittelbehältereinrichtung 55 verwendete
Druckmittel der hydraulischen Maschine 47 über
die Druckseite zugeführt und anschließend über
die Saugseite der hydraulischen Maschine 47 in das Hydraulikfluidreservoir 54 eingeleitet.
-
Während
eines Rekuperationsbetriebes der hydraulischen Einrichtung 4 wird
ein Teil des abzustützenden Abtriebsmomentes über
die Stirnradpaarung 48 in die hydraulische Maschine 47 eingeleitet. Die
hydraulische Maschine 47 saugt aus dem Hydraulikfluidreservoir 54 Hydraulikfluid
an und pumpt dieses über die ab einem voreingestellten
Druckniveau öffnende Rückschlagventileinrichtung 56 Hydraulikfluid
in die Druckmittelbehältereinrichtung 55. Wird
ein im Bereich der Druckbegrenzungsventileinrichtung 57 maximaler
Betriebsdruck erreicht, öffnet die Druckbegrenzungsventileinrichtung 57 stromauf der
Druckmittelbehältereinrichtung 55 eine Verbindung
zwischen der Druckseite der hydraulischen Maschine 47 und
dem Hydraulikfluidreservoir 54, womit überschüssiges
Hydraulikfluid über einen nicht dargestellten Kühler
wieder in das Hydraulikfluidreservoir 54 zurückgeführt
wird.
-
Der
Vorteil der hydraulischen Schaltung der hydraulischen Einrichtung 4 ist,
dass der jeweils zum Betrieb der hydraulischen Maschine 47 zwischen
der Druckmittelbehältereinrichtung 55 und der
hydraulischen Maschine 47 geführte Hydraulikfluidvolumenstrom
nicht durch das 3/2-Wegeventil sondern nur durch die entsperrbare
Rückschlagventileinrichtung 56 geführt
wird, womit hydraulische Verluste gering sind.
-
Grundsätzlich
ist die hydraulische Einrichtung 4 auf einfache und kostengünstige
Art und Weise herstellbar, da sich diese aus herkömmlichen
Bauelementen zusammensetzt. Aufgrund des über die hydraulische
Einrichtung 4 und die Antriebsmaschine 7 darstellbaren
Hybridantriebes ist die Antriebsmaschine 7, die als Dieselbrennkraftmaschine
ausgebildet sein kann, im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugantriebssträngen
kleiner dimensionierbar. Darüber hinaus ist über
die hydraulische Einrichtung 4 ein sogenannter Boostbetrieb
möglich und auch eine Betriebspunktverschiebung der Antriebsmaschine 7 während
eines einrichtungsseitigen Ladebetriebes der Druckmittelbehältereinrichtung 55 möglich.
-
- 1
- Fahrzeugantriebsstrang
- 2
- Vorrichtung
- 3
- Getriebeeinrichtung
- 4
- hydraulische
Einrichtung
- 5
- Abtrieb
- 6
- Wendegetriebe
- 7
- Antriebsmaschine
- 8
- Nebenabtrieb
- 9
- Variator
- 10
- Getriebebereich
- 11
- erster
Leistungszweig
- 12
- Hydrostateinrichtung
- 13
- zweiter
Leistungszweig
- 14
- mechanische
Einrichtung
- 15
- Getriebeeingang
- 16
- Getriebeausgang
- 17
- Planetengetriebeeinrichtung
- 18
- Motorausgangswelle
- 19
- Schwingungsdämpfer
- 20
- Pumpe
- 21
- Motor
- 22
- Joch
- 23–26
- Vorgelegewelle
- 27
- Getriebepumpe
- 28
- Zahnradpaarung
- 29,
30
- Zahnrad
- 31
- weitere
Vorgelegewelle des Wendegetriebes
- 32
- großes
Sonnenrad
- 33
- kleines
Sonnenrad
- 34
- Doppelplanetenrad
- 35
- Planetenträger
- 36
- Hohlrad
- 37,
38
- Zahnrad
- 39–41
- Stirnrad
- 42–46
- Zahnrad
- 47
- hydraulische
Maschine
- 48
- Stirnradpaarung
- 49
- Ausgangswelle
- 50,
51
- Stirnrad
- 52
- Nebenabtriebswelle
- 54
- Hydraulikfluidreservoir
- 55
- Druckmittelbehältereinrichtung
- 56
- Rückschlagventileinrichtung
- 57
- Druckbegrenzungsventileinrichtung
- 58
- Drucksensor
- 59
- 3/2-Wegeventil
- 60
- Schaltelement,
Trennkupplung
- K1
bis K3
- Bereichskupplung
- KV,
KR
- Fahrtrichtungsschaltelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102007018999
A1 [0002]
- - DE 102006060014 A1 [0004]