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Die Erfindung betrifft ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe für ein Fahrzeug, insbesondere für eine Landmaschine.
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Arbeitsmaschinen, insbesondere Landmaschinen sind in zunehmendem Umfang mit stufenlos leistungsverzweigten Getrieben ausgebildet. Durch den Einsatz stufenlos leistungsverzweigter Getriebe in Kombination mit einer entsprechenden Fahrstrategie sind die Leistungsfähigkeit, der Komfort sowie der Kraftstoffverbrauch von Arbeitsmaschinen optimierbar. Darüber hinaus ermöglicht das automatische stufenlose Verstellen der Getriebeübersetzung, dass sich ein Fahrer bzw. eine Bedienperson einer Arbeitsmaschine in höherem Umfang auf den mit der Arbeitsmaschine durchzuführenden Arbeitsprozess konzentrieren kann und Arbeitsprozesse effizient und jeweils mit hoher Produktivität bei gleichzeitig guter Prozessqualität ausführbar sind.
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Aus der
DE 199 09 424 A1 geht ein Hybridgetriebe für Fahrzeuge hervor, wobei das Getriebe aus einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, einem stufenlosen Stellgetriebe und einem Überlagerungsgetriebe und Schaltgetriebe besteht. Dabei weist das Überlagerungsgetriebe fünf Wellen auf, von denen eine erste Welle mit der Antriebswelle und eine zweite Welle mit der Abtriebswelle verbunden ist, während eine dritte Welle und eine vierte Welle über das Stellgetriebe miteinander in Verbindung stehen und eine fünfte Welle im Schaltgetriebe mit dem Getriebegehäuse verbindbar ist. Das Stellgetriebe ist als elektrischer oder hydraulischer Variator mit zwei elektrischen oder hydraulischen Stellmaschinen, einer elektrischen oder hydraulischen Leistungssteuerung und einem Energiespeicher für elektrische oder hydraulische Energie ausgebildet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe weiterzuentwickeln, und insbesondere einfach und kompaktbauend auszubilden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Unter dem in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriff „Festrad“ ist ein drehfest mit einer Welle verbundenes Zahnrad, insbesondere Stirnrad zu verstehen. Zwei miteinander kämmende Zahnräder sind zur Übertragung von Drehmomenten von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen.
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Ferner ist unter dem in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriff „Schaltelement” eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist, wobei im geöffneten Zustand die Vorrichtung kein Drehmoment und im geschlossenen Zustand die Vorrichtung ein Drehmoment zwischen zwei mit dieser Vorrichtung bzw. dem Schaltelement zusammenwirkenden Vorrichtungen übertragen kann. Das jeweilige Schaltelement kann sowohl als Lastschaltelement, insbesondere als Reibkupplung, als auch als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenkupplung ausgebildet sein.
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Des Weiteren ist unter dem in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriff der „mittelbaren” Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen zu verstehen, dass das jeweilige Getriebeelement, insbesondere die jeweilige Welle, das jeweilige Zahnrad oder das jeweilige Schaltelement nicht direkt, also unmittelbar, sondern über ein weiteres Getriebeelement, insbesondere über eine weitere Welle, ein weiteres Zahnrad oder ein weiteres Schaltelement miteinander verbunden bzw. koppelbar sind. Eine Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, Drehmomente und Kräfte bzw. eine Drehbewegung von einem Getriebeelement auf das andere Getriebeelement zu übertragen.
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Das erfindungsgemäße stufenlos leistungsverzweigte Getriebe für ein Fahrzeug ist dazu vorgesehen eine eingangsseitig angeordnete Antriebsmaschine zumindest mittelbar über eine Getriebeeingangswelle mit einer zum Abtrieb vorgesehenen Abtriebswelle zu verbinden, wobei das Getriebe einen elektrischen Variator mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine zur stufenlosen Einstellung einer Übersetzung und zur Realisierung mindestens eines Fahrbereichs umfasst, wobei die erste elektrische Maschine zumindest mittelbar mit einer ersten Sonne eines Stufenplanetenradsatzes verbunden ist, wobei die zweite elektrische Maschine zumindest mittelbar mit einem ersten Hohlrad des Stufenplanetenradsatzes verbunden ist, wobei die Abtriebswelle zumindest mittelbar mit einer zweiten Sonne des Stufenplanetenradsatzes koppelbar ist, und wobei die Getriebeeingangswelle mit einem Planetenträger des Stufenplanetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei ferner der Stufenplanetenradsatz mehrere drehbar an dem Planetenträger gelagerte Stufenräder aufweist, wobei das jeweilige Stufenrad eine erste und zweite Planetenradzahnstufe aufweist, wobei die erste Planetenradzahnstufe mit dem ersten Hohlrad und der ersten Sonne kämmt, und wobei die zweite Planetenradzahnstufe zumindest mit der zweiten Sonne kämmt. Mithin kämmt die erste Planetenradzahnstufe radial zwischen dem ersten Hohlrad und der ersten Sonne. Demgegenüber kämmt die zweite Planetenradzahnstufe zumindest mit der zweiten Sonne. Somit ist der Stufenplanetenradsatz zumindest als vier-Wellen-Stufenplanetenradsatz ausgebildet.
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Mittels des erfindungsgemäßen stufenlos leistungsverzweigten Getriebes werden mindestens zwei Fahrbereiche Vorwärts, sowie mindestens ein Fahrbereich Rückwärts realisiert, wobei der Fahrbereich Rückwärts durch eine Übersetzungsänderung des elektrischen Variator einstellbar ist. Aufgrund des Stufenplanetenradsatzes erfolgen, insbesondere eine hohe Mehrfachnutzung der Getriebeelemente sowie eine geringe Radsatzbelastung. Ferner ermöglicht der elektrische Variator auch ein Powered-Zero-Anfahren des Fahrzeugs.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die zweite elektrische Maschine und das erste Hohlrad über ein erstes Schaltelement zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle koppelbar, wobei ferner die Abtriebswelle zumindest mittelbar über ein zweites Schaltelement mit einem zweiten Hohlrad, das mit der zweiten Planetenradzahnstufe kämmt, koppelbar ist, und wobei die Abtriebswelle zumindest mittelbar über ein drittes Schaltelement mit der zweiten Sonne koppelbar ist. Bezüglich weiterer Informationen, hinsichtlich der Anordnung und Funktion der jeweiligen Schaltelemente und der jeweiligen Getriebeelemente des zuvor genannten Stufenplanetenradsatzes wird auf die 1 und 2 sowie die dazugehörigen Figurenbeschreibungen verwiesen.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die zweite Sonne zumindest mittelbar über ein erstes Schaltelement mit der Abtriebswelle koppelbar, wobei ein zweites Hohlrad, das mit der zweiten Planetenradzahnstufe kämmt, zumindest mittelbar über ein zweites Schaltelement mit der Abtriebswelle koppelbar ist. Bezüglich weiterer Informationen, hinsichtlich der Anordnung und Funktion der jeweiligen Schaltelemente und der jeweiligen Getriebeelemente des zuvor genannten Stufenplanetenradsatzes wird auf die 3 und 4 sowie die dazugehörigen Figurenbeschreibungen verwiesen.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die zweite elektrische Maschine und das erste Hohlrad über ein erstes Schaltelement zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle koppelbar, wobei die zweite Sonne zumindest mittelbar über ein zweites Schaltelement mit der Abtriebswelle koppelbar ist. Bezüglich weiterer Informationen, hinsichtlich der Anordnung und Funktion der jeweiligen Schaltelemente und der jeweiligen Getriebeelemente des zuvor genannten Stufenplanetenradsatzes wird auf die 4, 5, 6 und 7 sowie die dazugehörigen Figurenbeschreibungen verwiesen.
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Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle mit einer Reversiereinheit, umfassend zwei Schaltelemente KV und KR, die jeweils als Fahrtrichtungskupplungen ausgeführt sind, koppelbar. Bei geschlossenem Schaltelement KV und geöffnetem Schaltelement KR wird eine Antriebsdrehbewegung der Antriebsmaschine mit einer derartigen Drehrichtung in das Getriebe eingeleitet, dass das Fahrzeug in Vorwärtsfahrtrichtung angetrieben wird. Ist dagegen das Schaltelement KR geschlossen und gleichzeitig das Schaltelement KV geöffnet, wird die Antriebsdrehbewegung der Antriebsmaschine mit einer dazu entgegengesetzten Drehrichtung in das Getriebe eingeleitet, wobei das Fahrzeug in Rückwärtsfahrtrichtung betreibbar ist. Somit wird das Reversieren des mindestens einen Fahrbereichs über die Reversiereinheit realisiert.
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Bevorzugt sind die beiden elektrischen Maschinen mit mindestens einer Leistungssteuerung und mindestens einem Energiespeicher verbunden, um einen elektrischen und/oder hybridischen Antrieb (Fahrmodus) des Fahrzeugs zu ermöglichen. Unabhängig von dem Vorliegen einer sekundären Leistungsquelle für den elektrischen und/oder hybridischen Antrieb des Fahrzeugs verfügt das erfindungsgemäße Getriebe über eine Leistungssteuerung, insbesondere für die Ausführung der nichtelektrischen und nichthybridischen Fahrmodi. Insbesondere ist über mindestens eine elektrische Maschine mindestens eine elektrische Gangstufe realisierbar, die einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Ferner ist über mindestens eine elektrische Maschine in synergetischer Kombination mit der Antriebsmaschine auch mindestens eine hybridische Gangstufe realisierbar, die einen hybridischen Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Die mindestens eine Leistungssteuerung ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, den Betrieb der beiden elektrischen Maschinen zu steuern. Der mindestens eine Energiespeicher ist vorzugsweise als elektrischer Akkumulator ausgebildet und dazu vorgesehen, in einem Motorbetrieb der mindestens einen elektrischen Maschine, die mindestens eine elektrische Maschine mit elektrischer Energie zu versorgen, und in einem Generatorbetrieb der mindestens einen elektrischen Maschine, elektrische Energie aufzunehmen und zu speichern.
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Ein elektrischer Antrieb des Fahrzeugs ist durch den Betrieb zumindest einer elektrischen Maschine und ein Schließen einer der Schaltelemente K1, K2, bzw. K1, K2, K3 sowie ein Öffnen von einer, bzw. zwei der anderen Schaltelements K3, K2, K1 realisierbar. Demgegenüber ist ein hybridischer Antrieb des Fahrzeugs durch den Betrieb der Antriebsmaschine und zumindest einer elektrischen Maschine sowie ein Schließen einer der Schaltelemente K1, K2, K3 und ein Öffnen von einer, bzw. zwei der anderen Schaltelements K3, K2, K1 realisierbar.
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Ferner bevorzugt ist die erste elektrische Maschine über eine Welle mit der ersten Sonne verbunden, wobei die Welle über ein als Bremse ausgebildetes Schaltelement B stationär festlegbar ist. Das Schaltelement B ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, zumindest eine mechanische Gangstufe zu realisieren. Mechanische Gangstufen ermöglichen einen Antrieb des Fahrzeugs ohne Verluste über den elektrischen Variator und dienen, insbesondere zur Leistungsübertragung bei höheren Geschwindigkeiten, vorzugsweise bei Transportfahrten des Fahrzeugs über 40 km/h. Ferner verbessern mechanische Gangstufen den Wirkungsgrad des Getriebes und entlasten die elektrischen Maschinen. Unter einer stationären Festlegung einer Welle ist insbesondere eine Kopplung der Welle mit einem Gehäuse zu verstehen. Ein mechanischer Antrieb des Fahrzeugs ist durch den Betrieb der Antriebsmaschine und ein Schließen einer der Schaltelemente K1, K2, bzw. K1, K2, K3 und des als Bremse ausgebildeten Schaltelements B sowie ein Öffnen einer, bzw. zwei der anderen Schaltelements K3, K2, K1 realisierbar.
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Des Weiteren bevorzugt ist mindestens eine elektrische Maschine über eine Vorübersetzungseinrichtung mit dem Stufenplanetenradsatz verbunden, wobei die Vorübersetzungseinrichtung einen Planetensatz aufweist, der drehbar an einem Planetenträger gelagert ist und radial zwischen einer Sonne und einem Hohlrad kämmt. Die Vorübersetzungseinrichtung ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, die Drehmomentbelastung der jeweiligen elektrischen Maschine zu verringern.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Nebenabtriebswelle zumindest mittelbar mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, wobei die Nebenabtriebswelle parallel zur Abtriebswelle angeordnet ist. Dies erhöht insbesondere die Kompaktheit des Getriebes in axialer Richtung. Insbesondere weist das Getriebe eine nahezu koaxiale Bauweise auf.
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Im Folgenden werden vier Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der sieben Zeichnungen, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstrangs mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe,
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2 eine Schaltmatrix für das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe nach 1,
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3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstrangs mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe,
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4 eine Schaltmatrix für das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe nach 3 und 6,
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5 eine Schaltmatrix für das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe nach 7,
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6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstrangs mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe, und
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7 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstrangs mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe.
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Gemäß den 1, 3, 6 und 7 umfasst ein erfindungsgemäßer Fahrzeugantriebsstrang, der insbesondere für eine Landmaschine vorgesehen ist, eine Antriebsmaschine 1 und ein damit koppelbares stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe 8. Die Antriebsmaschine 1 ist vorliegend als Brennkraftmaschine, vorzugsweise als Dieselbrennkraftmaschine, ausgeführt und kann bei weiteren Ausführungsformen des Fahrzeugantriebsstrangs auch als elektrische Maschine oder als eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine beliebiger Bauart und einer elektrischen Maschine ausgebildet sein. Eine Eingangswelle 3 des Getriebes 8 ist über einen Drehschwingungsdämpfer 2 mit der Antriebsmaschine 1 verbunden.
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Gemäß den 1, 3 und 6 ist zwischen der Antriebsmaschine 1 und dem Getriebe 8 eine Reversiereinheit 5 zur Auswahl einer Drehrichtung angeordnet. Die Reversiereinheit 5 umfasst zwei, vorzugsweise als reibschlüssige Kupplungen ausgeführte Schaltelemente KV und KR, die jeweils als Fahrtrichtungskupplungen ausgeführt sind. Dabei wird eine Antriebsdrehbewegung der Antriebsmaschine 1 bei geschlossenem reibschlüssigen Schaltelement KV und gleichzeitig geöffnetem Schaltelement KR mit einer derartigen Drehrichtung in das Getriebe 8 eingeleitet, dass ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführtes Fahrzeug in Vorwärtsfahrtrichtung angetrieben wird. Ist dagegen das Schaltelement KR geschlossen und gleichzeitig das Schaltelement KV geöffnet, wird die Antriebsdrehbewegung der Antriebsmaschine 1 mit einer dazu entgegengesetzten Drehrichtung in das Getriebe 8 eingeleitet und ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführtes Fahrzeug ist in Rückwärtsfahrtrichtung betreibbar.
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Die Eingangswelle 3 weist ein erstes Festrad F1 auf, das mit einem Festrad F2 kämmt, wobei das Festrad F2 auf einer Welle W1 angeordnet ist, an der ein weiteres Festrad F3 angeordnet ist. Das Festrad F3 kämmt mit einem auf einer Nebenabtriebswelle 13 angeordnetem Festrad F4, wobei über die Nebenabtriebswelle 13 Drehmoment für den Antrieb von, vorzugsweise Arbeitsgeräten oder Anbauten zur Verfügung stellbar ist. Ferner weist die Eingangswelle 3 ein zweites als Sonne vorgesehenes Festrad F5 auf. Das Festrad F5 kämmt mit einem als Zwischenrad vorgesehenen Planetensatz PSR, wobei der Planetensatz PSR zur Umkehrung der Drehrichtung über ein Hohlrad HR mit dem Schaltelement KR zusammenwirkt, um die Eingangswelle 3 mit einer Getriebeeingangswelle 4 zu verbinden. Der Planetensatz PSR ist drehbar an einem Planetenträger PTR gelagert, wobei der Planetenträger PTR stationär festgelegt ist. Über das Schaltelement KV ist die Eingangswelle 3 ohne Drehrichtungsumkehr mit der Getriebeeingangswelle 4 verbindbar.
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1 zeigt ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe 8 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 umfasst eine erste und eine zweite elektrische Maschine EM1, EM2, wobei die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 einen elektrischen Variator 9 bilden und drei Fahrbereiche realisieren. Ferner ist über zumindest eine der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 ein elektrischer oder zusammen mit der Antriebsmaschine 1 ein hybridischer Antrieb der Landmaschine realisierbar. Dazu sind die beiden elektrischen Maschinen EM1 und EM2 mit einer Leistungssteuerung 10 und einem Energiespeicher 11 verbunden.
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Die erste elektrische Maschine EM1 ist über eine Welle W2, die als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zur Getriebeeingangswelle 4 angeordnet ist mit einer ersten Sonne S1 eines Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Ferner ist die Welle W2 über ein als Bremse ausgebildetes Schaltelement B stationär festlegbar. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist über eine Welle W3, die als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zur Getriebeeingangswelle 4 angeordnet ist, mit einem ersten Hohlrad H1 des Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Ferner ist an der Welle W3 ein Festrad F6 angeordnet, das mit einem an einer Welle W4 angeordnetem Festrad F7 kämmt. Die Welle W4 ist über ein erstes Schaltelement S1 mit einer als Vollwelle ausgebildeten Welle W5 koppelbar. Ferner ist auch eine Welle W6 über ein zweites Schaltelement S2 oder eine Welle W7 über ein drittes Schaltelement S3 mit der Welle W5 koppelbar. Die Wellen W4, W6 und W7 sind als Hohlwellen ausgebildet und koaxial zur Welle W5 angeordnet. An der Welle W5 ist ein Festrad F8 angeordnet, dass mit einem an einer Abtriebswelle 6 angeordnetem Festrad F9 kämmt, wobei über die Abtriebswelle 6 eine Fahrzeugachse der Landmaschine in gewünschtem Umfang mit Drehmoment beaufschlagt wird, um dadurch die Landmaschine anzutreiben. An der Welle W6 ist ein Festrad F10 angeordnet, das mit einem an einer Welle W8 angeordnetem Festrad F11 kämmt. Ferner ist an der Welle W7 ein Festrad F12 angeordnet, das mit einem an einer Welle W9 angeordnetem Festrad F13 kämmt.
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Die Getriebeeingangswelle 4 ist mit einem Planetenträger PT eines Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Der Stufenplanetenradsatz 7 weist den Planetenträger PT auf, an dem mehrere als Planeten vorgesehene Stufenräder P drehbar gelagert sind. Das jeweilige Stufenrad P umfasst eine erste Planetenradzahnstufe P1, die mit dem ersten Hohlrad H1 und der ersten Sonne S1 kämmt, und eine zweite Planetenradzahnstufe P2, die radial zwischen einem zweiten Hohlrad H2 und einer zweiten Sonne S2 kämmt. Ferner ist das zweite Hohlrad H2 mit der Welle W8 verbunden und die zweite Sonne S2 mit der Welle W9 verbunden. Die Welle W8 ist als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zur als Vollwelle ausgebildeten Welle W9 angeordnet.
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Gemäß den 2, 4 und 5 ist eine jeweilige Schaltmatrix für ein jeweiliges Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen stufenlos leistungsverzweigten Getriebes 8 dargestellt. Die in der Schaltmatrix frei gelassenen Einträge zeigen an, dass das entsprechende Schaltelement K1, K2, K3, B geöffnet ist, d. h. dass das Schaltelement K1, K2, K3, B hierbei keine Kräfte bzw. kein Drehmoment überträgt. Ein mit einem Kreuz versehener Eintrag in der Schaltmatrix bezeichnet ein entsprechend betätigtes bzw. geschlossenes Schaltelement K1, K2, K3, B. Zur Vereinfachung der Schaltmatrix sind die beiden Schaltelemente KV und KR nicht eingezeichnet. Das Einzeichnen der beiden Schaltelemente KV und KR würde die Anzahl der Fahrbereiche und Gangstufen verdoppeln, da jeder Fahrbereich und jede Gangstufe reversierbar wäre. Vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass die Reversiereinheit 5 optional vorgesehen ist, um ein Reversieren der Fahrbereiche und Gangstufen zu realisieren. Somit wird in der Schaltmatrix gemäß den 2 und 4 angenommen, dass in der jeweiligen Ausführungsform des stufenlos leistungsverzweigten Getriebes 8 gemäß den 1, 3 und 6 keine Reversiereinheit 5 vorhanden ist und somit die Eingangswelle 3 mit der Getriebeeingangswelle 4 drehfest verbunden, insbesondere einteilig ausgebildet ist, wie beispielsweise in 7. Vorzugsweise ist zumindest ein Fahrbereich FB1, FB2, FB3 durch eine Übersetzungsänderung mittels des elektrischen Variators 9 reversierbar, wobei dann die Landmaschine rückwärts angetrieben wird.
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In 2 ist eine Schaltmatrix für das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 gemäß 1 dargestellt. Vertikal nach unten sind drei Fahrbereiche FB1, FB2 und FB3, sechs elektrische Gangstufen E1, E2, E3, E4, E5 und E6, sechs hybridische Gangstufen GH1, GH2, GH3, GH4, GH5 und GH6 sowie drei mechanische Gangstufe V1, V2 und V3 dargestellt. Horizontal nach rechts sind die jeweiligen Schaltelemente K1, K2, K3 und B dargestellt. Insbesondere weisen die beiden Gangstufen V1 und V2 die gleiche Übersetzung auf.
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Um den ersten Fahrbereich FB1 mittels des Getriebes 8 gemäß 3 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die drei Schaltelemente K2, K3 und B sind geöffnet. Um den zweiten Fahrbereich FB2 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K3 und B sind geöffnet. Um den dritten Fahrbereich FB3 darzustellen, ist das Schaltelement K3 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K2 und B sind geöffnet. In den drei Fahrbereichen FB1, FB2 und FB3 wird die Landmaschine über das elektrisch stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 von der Antriebsmaschine 1 angetrieben, wobei die beiden elektrischen Maschinen EM1 und EM2 stufenlos die Übersetzung einstellen.
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Um die erste elektrische Gangstufe E1 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die drei Schaltelemente K2, K3 und B sind geöffnet. Um die zweite elektrische Gangstufe E2 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K3 und B sind geöffnet. Um die dritte elektrische Gangstufe E3 darzustellen, ist das Schaltelement K3 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K2 und B sind geöffnet. In den drei elektrischen Gangstufen E1, E2 und E3 wird die Landmaschine über die erste elektrische Maschine EM1 angetrieben. Um die vierte elektrische Gangstufe E4 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die drei Schaltelemente K2, K3 und B sind geöffnet. Um die fünfte elektrische Gangstufe E5 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K3 und B sind geöffnet. Um die sechste elektrische Gangstufe E6 darzustellen, ist das Schaltelement K3 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K2 und B sind geöffnet. In den drei elektrischen Gangstufen E4, E5 und E6 wird die Landmaschine über die zweite elektrische Maschine EM2 angetrieben.
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Um die erste hybridische Gangstufe GH1 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die drei Schaltelemente K2, K3 und B sind geöffnet. Um die zweite hybridische Gangstufe GH2 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K3 und B sind geöffnet. Um die dritte hybridische Gangstufe GH3 darzustellen, ist das Schaltelement K3 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K2 und B sind geöffnet. In den drei hybridischen Gangstufen GH1, GH2 und GH3 wird die Landmaschine synergetisch über die erste elektrische Maschine EM1 und die Antriebsmaschine 1 angetrieben. Um die vierte hybridische Gangstufe GH4 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die drei Schaltelemente K2, K3 und B sind geöffnet. Um die fünfte hybridische Gangstufe GH5 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K3 und B sind geöffnet. Um die sechste hybridische Gangstufe GH6 darzustellen, ist das Schaltelement K3 geschlossen und die drei Schaltelemente K1, K2 und B sind geöffnet. In den drei hybridischen Gangstufen GH4, GH5 und GH6 wird die Landmaschine synergetisch über die zweite elektrische Maschine EM2 und die Antriebsmaschine 1 angetrieben.
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Mithin werden die zuvor genannten Fahrbereiche und Gangstufen lediglich durch die Betätigung eines einzigen Schaltelements realisiert. Um die erste mechanische Gangstufe V1 darzustellen, sind die beiden Schaltelemente K1 und B geschlossen und die beiden Schaltelemente K2 und K3 geöffnet. Um die zweite mechanische Gangstufe V2 darzustellen, sind die beiden Schaltelemente K2 und B geschlossen und die beiden Schaltelemente K1 und K3 geöffnet. Um die dritte mechanische Gangstufe V3 darzustellen, sind die beiden Schaltelemente K3 und B geschlossen und die beiden Schaltelemente K1 und K2 geöffnet. Ein Entfall des Schaltelements B würde mit einem Entfall der mechanischen Gangstufen V1, V2 und V3 einhergehen.
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3 zeigt ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe 8 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 umfasst eine erste und eine zweite elektrische Maschine EM1, EM2, wobei die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 einen elektrischen Variator 9 bilden und zwei Fahrbereiche realisieren. Ferner ist über zumindest eine der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 ein elektrischer oder zusammen mit der Antriebsmaschine 1 ein hybridischer Antrieb der Landmaschine realisierbar. Dazu sind die beiden elektrischen Maschinen EM1 und EM2 mit einer Leistungssteuerung 10 und einem Energiespeicher 11 verbunden.
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Die erste elektrische Maschine EM1 ist über eine Welle W2, die als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zur Getriebeeingangswelle 4 angeordnet ist mit einer ersten Sonne S1 eines Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Ferner ist die Welle W2 über ein als Bremse ausgebildetes Schaltelement B stationär festlegbar.
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Die zweite elektrische Maschine EM2 ist mit einem Hohlrad H3 einer Vorübersetzungseinrichtung 12 verbunden. Die Vorübersetzungseinrichtung 12 umfasst einen Planetensatz PSV, der drehbar an einem Planetenträger PTV gelagert ist und radial zwischen einer stationär festgelegten Sonne SV und dem Hohlrad HV kämmt. Der Planetenträger PTV ist mit einem ersten Hohlrad H1 des Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Ferner ist die Getriebeeingangswelle 4 mit einem Planetenträger PT des Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Der Stufenplanetenradsatz 7 umfasst den Planetenträger PT auf, an dem mehrere als Planeten vorgesehene Stufenräder P drehbar gelagert sind. Das jeweilige Stufenrad P weist eine erste Planetenradzahnstufe P1, die mit dem ersten Hohlrad H1 und der ersten Sonne S1 kämmt, und eine zweite Planetenradzahnstufe P2, die radial zwischen einem zweiten Hohlrad H2 und einer zweiten Sonne S2 kämmt.
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Das zweite Hohlrad H2 ist mit der Welle W3 verbunden und die zweite Sonne S2 ist mit der Welle W4 verbunden, wobei an der Welle W3 ein Festrad F6 angeordnet ist, und wobei an der Welle W4 ein Festrad F7 angeordnet ist. Die Welle W3 ist als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zur als Vollwelle ausgebildeten Welle W4 angeordnet. Das Festrad F6 kämmt mit einem an einer Welle W5 angeordnetem Festrad F8. Demgegenüber kämmt das Festrad F7 mit einem an einer Welle W6 angeordnetem Festrad F9. Die Welle W6 ist über ein erstes Schaltelement K1 mit einer Welle W7 koppelbar und die Welle W5 ist über ein zweites Schaltelement K2 mit der Welle W7 koppelbar. Die Welle W7 ist als Vollwelle ausgebildet, wobei die beiden Wellen W5 und W6 als Hohlwellen ausgebildet sind und koaxial zur Welle W7 angeordnet sind. Ferner ist an der Welle W7 ein Festrad F10 angeordnet, dass mit einem an einer Abtriebswelle 6 angeordnetem Festrad F11 kämmt, wobei über die Abtriebswelle 6 eine Fahrzeugachse der Landmaschine in gewünschtem Umfang mit Drehmoment beaufschlagt wird, wobei dadurch die Landmaschine angetrieben wird.
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In 4 ist eine Schaltmatrix für das jeweilige stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 gemäß der 3 und 6 dargestellt. Vertikal nach unten sind zwei Fahrbereiche FB1 und FB2, vier elektrische Gangstufen E1, E2, E3 und E4, vier hybridische Gangstufen GH1, GH2, GH3 und GH4 sowie zwei mechanische Gangstufen V1 und V2 dargestellt. Horizontal nach rechts sind die jeweiligen Schaltelemente K1, K2 und B dargestellt.
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Um den ersten Fahrbereich FB1 mittels des Getriebes 8 gemäß 5 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die beiden Schaltelemente K2 und B sind geöffnet. Um den zweiten Fahrbereich FB2 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die beiden Schaltelemente K1 und B sind geöffnet. In den beiden Fahrbereichen FB1 und FB2 wird die Landmaschine über das elektrisch stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 von der Antriebsmaschine 1 angetrieben, wobei die beiden elektrischen Maschinen EM1 und EM2 stufenlos die Übersetzung einstellen.
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Um die erste elektrische Gangstufe E1 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die beiden Schaltelemente K2 und B sind geöffnet. Um die zweite elektrische Gangstufe E2 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die beiden Schaltelemente K1 und B sind geöffnet. In den beiden elektrischen Gangstufen E1 und E2 wird die Landmaschine über die erste elektrische Maschine EM1 angetrieben. Um die dritte elektrische Gangstufe E3 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die beiden Schaltelemente K2 und B sind geöffnet. Um die vierte elektrische Gangstufe E4 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die beiden Schaltelemente K1 und B sind geöffnet. In den beiden elektrischen Gangstufen E3 und E4 wird die Landmaschine über die zweite elektrische Maschine EM2 angetrieben.
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Um die erste hybridische Gangstufe GH1 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die beiden Schaltelemente K2 und B sind geöffnet. Um die zweite hybridische Gangstufe GH2 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die beiden Schaltelemente K1 und B sind geöffnet. In den beiden hybridischen Gangstufen GH1 und GH2 wird die Landmaschine synergetisch über die erste elektrische Maschine EM1 und die Antriebsmaschine 1 angetrieben. Um die dritte hybridische Gangstufe GH3 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen und die beiden Schaltelemente K2 und B sind geöffnet. Um die vierte hybridische Gangstufe GH4 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen und die beiden Schaltelemente K1 und B sind geöffnet. In den beiden hybridischen Gangstufen GH3 und GH4 wird die Landmaschine synergetisch über die zweite elektrische Maschine EM2 und die Antriebsmaschine 1 angetrieben.
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Mithin werden die zuvor genannten Fahrbereiche und Gangstufen lediglich durch die Betätigung eines einzigen Schaltelements realisiert. Um die erste mechanische Gangstufe V1 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geöffnet und die beiden Schaltelemente K1 und B sind geschlossen. Um die zweite mechanische Gangstufe V2 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geöffnet und die beiden Schaltelemente K2 und B sind geschlossen. Ein Entfall der Bremse B würde mit einem Entfall der beiden mechanischen Gangstufen V1, V2 einhergehen.
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In 5 ist eine Schaltmatrix für das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 gemäß 7 dargestellt. Vertikal nach unten sind zwei Fahrbereiche FB1, FB2 dargestellt. Horizontal nach rechts sind die beiden Schaltelemente K1 und K2 dargestellt. Um den ersten Fahrbereich FB1 mittels des Getriebes 8 gemäß 3 darzustellen, ist das Schaltelement K1 geschlossen, wobei das Schaltelemente K2 geöffnet ist. Um den zweiten Fahrbereich FB2 darzustellen, ist das Schaltelement K2 geschlossen, wobei das Schaltelemente K1 geöffnet ist.
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6 zeigt ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe 8 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 umfasst eine erste und eine zweite elektrische Maschine EM1, EM2, wobei die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 einen elektrischen Variator 9 bilden und zwei Fahrbereiche realisieren. Ferner ist über zumindest eine der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 ein elektrischer oder zusammen mit der Antriebsmaschine 1 ein hybridischer Antrieb der Landmaschine realisierbar. Dazu sind die beiden elektrischen Maschinen EM1 und EM2 mit einer Leistungssteuerung 10 und einem Energiespeicher 11 verbunden.
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Die erste elektrische Maschine EM1 ist über eine Welle W2, die als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zur Getriebeeingangswelle 4 angeordnet ist mit einer ersten Sonne S1 eines Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Ferner ist die Welle W2 über ein als Bremse ausgebildetes Schaltelement B stationär festlegbar. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist mit einer Sonne SV einer Vorübersetzungseinrichtung 12 verbunden. Die Vorübersetzungseinrichtung 12 umfasst einen Planetensatz PSV, der drehbar an einem Planetenträger PTV gelagert ist und radial zwischen der Sonne SV und einem stationär festgelegten Hohlrad HV kämmt. Der Planetenträger PTV ist über eine Welle W3 mit einem ersten Hohlrad H1 des Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden und weist ein Festrad F6 auf. Ferner ist die Getriebeeingangswelle 4 mit einem Planetenträger PT des Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden.
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Der Stufenplanetenradsatz 7 weist den Planetenträger PT auf, an dem mehrere als Planeten vorgesehene Stufenräder P drehbar gelagert sind. Das jeweilige Stufenrad P weist eine erste Planetenradzahnstufe P1, die mit dem ersten Hohlrad H1 und der ersten Sonne S1 kämmt, und eine zweite Planetenradzahnstufe P2, die mit einer zweiten Sonne S2 kämmt. Die zweite Sonne S2 ist mit einer Welle W4 verbunden, wobei an der Welle W4 ein Festrad F7 angeordnet ist. Das Festrad F7 kämmt mit einem Festrad F8, das an einer Welle W5 angeordnet ist, wobei die Welle W5 über ein zweites Schaltelement K2 mit einer Welle W6 koppelbar ist. Ferner ist die Welle W6 über ein erstes Schaltelement K1 mit einer Welle W7 koppelbar, wobei an der Welle W7 ein Festrad F11 angeordnet ist, das mit dem Festrad F6 kämmt. Die Welle W6 ist als Vollwelle ausgebildet, wobei die beiden Wellen W5 und W7 als Hohlwellen ausgebildet sind und koaxial zur Welle W6 angeordnet sind. Des Weiteren ist an der Welle W6 ein Festrad F9 angeordnet, dass mit einem an einer Abtriebswelle 6 angeordnetem Festrad F10 kämmt, wobei über die Abtriebswelle 6 eine Fahrzeugachse der Landmaschine in gewünschtem Umfang mit Drehmoment beaufschlagt wird und dadurch die Landmaschine angetrieben wird.
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7 zeigt ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe 8 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 gemäß 7 ist identisch aufgebaut zu dem stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 gemäß 6. Das in 7 dargestellte stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 weist im Vergleich zu dem in 6 dargestellten stufenlos leistungsverzweigten Getriebe 8 keine Reversiereinheit 5, kein Schaltelement B, keine Leistungssteuerung 10 und kein Energiespeicher 11 sowie keine Vorübersetzungseinrichtung 12 auf.
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Gemäß 7 umfasst das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe 8 eine erste und eine zweite elektrische Maschine EM1, EM2, wobei die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 einen elektrischen Variator 9 bilden und zwei Fahrbereiche realisieren. Die erste elektrische Maschine EM1 ist über eine Welle W2, die als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zur Getriebeeingangswelle 4 angeordnet ist mit einer ersten Sonne S1 eines Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist über eine Welle W3 mit einem ersten Hohlrad H1 des Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden und weist ein Festrad F6 auf.
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Die Getriebeeingangswelle 4 ist mit einem Planetenträger PT des Stufenplanetenradsatzes 7 verbunden. Ferner weist die Getriebeeingangswelle 4 ein erstes Festrad F1 auf, das mit einem Festrad F2 kämmt, wobei das Festrad F2 auf einer Welle W1 angeordnet ist, an der ein weiteres Festrad F3 angeordnet ist. Das Festrad F3 kämmt mit einem auf einer Nebenabtriebswelle 13 angeordnetem Festrad F4, wobei über die Nebenabtriebswelle 13 Drehmoment für den Antrieb von, vorzugsweise Arbeitsgeräten oder Anbauten zur Verfügung stellbar ist.
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Der Stufenplanetenradsatz 7 weist den Planetenträger PT auf, an dem mehrere als Planeten vorgesehene Stufenräder P drehbar gelagert sind. Das jeweilige Stufenrad P weist eine erste Planetenradzahnstufe P1, die mit dem ersten Hohlrad H1 und der ersten Sonne S1 kämmt, und eine zweite Planetenradzahnstufe P2, die mit einer zweiten Sonne S2 kämmt. Die zweite Sonne S2 ist mit einer Welle W4 verbunden, wobei an der Welle W4 ein Festrad F7 angeordnet ist. Das Festrad F7 kämmt mit einem Festrad F8, das an einer Welle W5 angeordnet ist, wobei die Welle W5 über ein zweites Schaltelement K2 mit einer Welle W6 koppelbar ist. Ferner ist die Welle W6 über ein erstes Schaltelement K1 mit einer Welle W7 koppelbar, wobei an der Welle W7 ein Festrad F11 angeordnet ist, das mit dem Festrad F6 kämmt. Die Welle W6 ist als Vollwelle ausgebildet, wobei die beiden Wellen W5 und W7 als Hohlwellen ausgebildet sind und koaxial zur Welle W6 angeordnet sind. Des Weiteren ist an der Welle W6 ein Festrad F9 angeordnet, dass mit einem an einer Abtriebswelle 6 angeordnetem Festrad F10 kämmt, wobei über die Abtriebswelle 6 eine Fahrzeugachse der Landmaschine in gewünschtem Umfang mit Drehmoment beaufschlagt wird und dadurch die Landmaschine angetrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsmaschine
- 2
- Drehschwingungsdämpfer
- 3
- Eingangswelle
- 4
- Getriebeeingangswelle
- 5
- Reversiereinheit
- 6
- Abtriebswelle
- 7
- Stufenplanetenradsatzes
- 8
- stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe
- 9
- elektrischer Variator
- 10
- Leistungssteuerung
- 11
- Energiespeicher
- 12
- Vorübersetzungseinrichtung
- 13
- Nebenabtriebswelle
- KV, KR, B, K1, K2, K3
- Schaltelement
- W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9, W10
- Welle
- F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9, F10, F11
- Festrad
- S1, S2, SV
- Sonne
- H1, H2, HV, HR
- Hohlrad
- PS, PSV, PSR
- Planetensatz
- PT, PTV, PTR
- Planetenträger
- E1, E2, E3, E4, E5, E6
- elektrische Gangstufe
- V1, V2, V3
- mechanische Gangstufe
- GH1, GH2, GH3, GH4, GH5, GH6
- hybridische Gangstufe
- FB1, FB2, FB3
- Fahrbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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