NICOLA ANDREAS (DE)
MUTSCHLER STEFFEN (DE)
NICOLA ANDREAS (DE)
EP1626206A2 | 2006-02-15 | |||
DE10248400A1 | 2004-04-29 | |||
DE19622711A1 | 1996-12-12 | |||
DE19954894A1 | 2000-12-21 |
Ansprüche 1. Antriebssystem mit einem ersten Leistungszweig, welcher eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit (3) aufweist, und mit einem zweiten Leistungszweig (4) , wobei der erste Leistungszweig und der zweite Leistungszweig (4) mit einem Summiergetriebe (25) verbunden sind, das ein erstes Getriebeelement (19) aufweist, das mit einer Ausgangswelle (9) der verstellbaren Getriebeeinheit (3) drehfest verbunden ist, ein zweites Getriebeelement (20) aufweist, das mit der verstellbaren Getriebeeinheit (3) drehfest verbindbar ist, und ein drittes Getriebeelement (21) aufweist , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leistungszweig (4) ein mechanischer Getriebezweig mit verschiedenen über Kupplungen (16, 17) auswählbaren festen Übersetzungen ist und dass eine Ausgangswelle (12) des zweiten Leistungszweigs drehfest mit dem dritten Getriebeelement (21) verbunden ist . 2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leistungszweig ein Doppelkupplungsgetriebe (10) umfasst. 3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Summiergetriebe (25) ein einstufiges Planetengetriebe ist. 4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebelement (19) ein Sonnenrad des Planetengetriebes ist und das zweite Getriebeelement (20) ein Steg des Planetengetriebes ist. 5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Getriebeeinheit (3) über eine Kupplung (22) drehfest mit einer Abtriebswelle (23) des Antriebssystems (1) verbindbar ist und die Abtriebswelle (23) über eine Getriebestufe permanent drehfest mit dem zweiten Getriebeelement (20) verbunden ist. 6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Getriebeeinheit (3) ein hydrostatisches Getriebe ist. 7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste Kupplung (16) eine Eingangswelle (11) mit einer ersten Kupplungswelle (16 ' ) und durch die zweite Kupplung (17) die Eingangswelle (11) mit einer zweiten Kupplungswelle (17 ") verbindbar ist. 8. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Übersetzungsstufe (13) für eine erste Fahrtrichtung zwischen der ersten Kupplungswelle (16 M und der Ausgangswelle (12) angeordnet ist und dass eine Übersetzungsstufe (15) für eine entgegen gesetzte zweite Fahrtrichtung zwischen der zweiten Kupplungswelle (17λ) und der Ausgangswelle (12) angeordnet ist. 9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Kupplungswelle (17 ') und der Ausgangswelle (12) wenigstens eine zweite Übersetzungsstufe für die erste Fahrtrichtung vorgesehen ist . 10.Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wechsel zwischen der Übersetzungsstufe (15) für die entgegen gesetzte Fahrtrichtung und der zweiten Übersetzungsstufe (14) der ersten Fahrtrichtung jeweils ein Losrad mittels einer Schaltmuffe drehfest mit der zweiten Kupplungswelle (17Λ) verbindbar ist. 11.Antriebssystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die entgegen gesetzte Fahrtrichtung eine weitere Übersetzungsstufe vorgesehen ist, die wiederum zwischen der ersten Kupplungswelle (16) und der Ausgangswelle (12) angeordnet ist. 12.Antriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wechsel zwischen der ersten Übersetzungsstufe (13) und der weiteren Übersetzungsstufe für die entgegen gesetzte Fahrtrichtung jeweils ein Losrad mittels einer Schaltmuffe drehfest mit der ersten Kupplungswelle (16 N) verbindbar ist. 13. Verfahren zum Wechseln von Fahrbereichen eines Antriebssystems (1) mit einem ersten Leistungszweig, welcher eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit (3) aufweist, und mit einem zweiten Leistungszweig (4) , wobei der erste Leistungszweig und der zweite Leistungszweig (4) mit einem Summiergetriebe (25) verbunden sind, das ein erstes Getriebeelement (19) aufweist, das mit einer Ausgangswelle (9) der verstellbaren Getriebeeinheit (3) drehfest verbunden ist, ein zweites Getriebeelement (20) aufweist, das mit der verstellbaren Getriebeeinheit (3) drehfest verbindbar ist, und ein drittes Getriebeelement (21) aufweist, wobei der zweite Leistungszweig (4) ein mechanischer Getriebezweig mit verschiedenen über Kupplungen auswählbaren Übersetzungen ist und eine Ausgangswelle (12) des zweiten Leistungszweigs drehfest mit dem dritten Getriebeelement (21) verbunden ist, mit folgenden Verfahrensschritten: - Erhöhen eines Übersetzungsverhältnisses der verstellbaren Getriebeeinheit (3; Schritt 31) in einem ersten Fahrbereich bei hergestellter Verbindung der Ausgangswelle (9) der verstellbaren Getriebeeinheit (3) mit dem zweiten Getriebeelement (20) bis zum Erreichen eines Drehzahlverhältnisses der Ausgangswelle (12) des mechanischen Getriebezweigs zu einer Eingangswelle (11) des mechanischen Getriebezweigs (10) , das dem Übersetzungsverhältnis des mechanischen Getriebezweigs (10) in dem einzustellenden zweiten Fahrbereich entspricht, - Trennen einer Verbindung der Ausgangswelle (9) der verstellbaren Getriebeeinheit (3) mit dem zweiten Getriebeelement (20) und Verbinden einer Eingangswelle (11) des mechanischen Getriebezweigs (10) mit der Ausgangswelle (12) des mechanischen Getriebezweigs (Schritt 32) über eine erste, den einzustellenden zweiten Fahrbereich definierende Übersetzungsstufe (13) mit dem dritten Getriebeelement (21) , - Trennen der Verbindung der Ausgangswelle (12) des mechanischen Getriebezweigs mit der Eingangswelle (11) des mechanischen Getriebezweigs über die erste Übersetzungsstufe und Verbinden der Ausgangswelle (12) des mechanischen Getriebezweigs (Schritt 34a) mit der Eingangswelle (11) des mechanischen Getriebezweigs (10) über eine zweite Übersetzungsstufe (14), die einen dritten Fahrbereich definiert, zum Wechseln von dem zweiten in den dritten Fahrbereich. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Trennens der Verbindung der Ausgangswelle (12) des mechanischen Getriebezweigs (10) mit der Eingangswelle (11) des mechanischen Getriebezweigs (10) über die erste Übersetzungsstufe (13) und des Verbindens der Ausgangswelle (12) des mechanischen Getriebezweigs (10) mit der Eingangswelle (11) des mechanischen Getriebezweigs (10) über eine zweite Übersetzungsstufe (14) , die den dritten Fahrbereich definiert, eine Drehzahlanpassung des ersten Getriebeelements (19) durch Einstellung des Übersetzungsverhältnisses der verstellbaren Getriebeeinheit (3) durchgeführt wird (Schritt 34b) . 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses ein Fördervolumen einer Hydropumpe (5) eines die verstellbare Getriebeeinheit (3) bildenden hydrostatischen Getriebes eingestellt wird. |
Fahrbereichen des Antriebssystems Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem ersten und einem zweiten Leistungszweig, die über ein
Summiergetriebe miteinander verbunden sind, wobei der erste Leistungszweig eine stufenlos verstellbare
Getriebeeinheit aufweist, sowie ein Verfahren zum Wechseln von Fahrbereichen des Antriebssystems.
Aus der US 3,714,845 ist ein Antriebssystem mit einem ersten und einem zweiten Leistungszweig bekannt. Der erste Leistungszweig weist eine stufenlos verstellbare
Getriebeeinheit auf. Diese stufenlos verstellbare
Getriebeeinheit ist über ein Summiergetriebe mit dem zweiten, mechanischen Leistungszweig verbunden. Das
Summiergetriebe besteht aus einem ersten und einem zweiten Planetengetriebe. Der Ausgang der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit ist permanent mit jeweils einem Element der beiden Planetengetriebe drehfest verbunden. Ferner ist der Ausgang der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit mit einer Abtriebswelle verbunden, die ihrerseits mit einem zweiten Getriebeelement jeweils der beiden
Planetengetriebe verbunden ist. Das jeweilige dritte
Getriebeelement der beiden Planetengetriebe ist über eine erste Kupplung mit einer Getriebeeingangsseite oder über eine zweite Kupplung mit einer Getriebeeingangsseite verbindbar. Durch die Verwendung von zwei
Planetengetrieben in dem Summiergetriebe ergeben sich auch zwei synchrone Schaltpunkte. Unter einem synchronen
Schaltpunkt versteht man dabei, dass die Ein- und
Ausgangsdrehzahlen der zu schließenden Kupplung im
Schaltpunkt identisch sind. Damit kann eine solche
Kupplung ohne auftretenden Schlupf geschlossen werden. Bei der aus der US 3,714,845 bekannten Lösung liegen solche synchrone Schaltpunkte sowohl für die erste Kupplung, als auch bei einer anderen Abtriebswellendrehzahl des
Antriebssystems für die zweite Kupplung vor.
Problematisch an dem beschriebenen Antriebsystem ist es, dass zum Ausbilden synchroner Schaltpunkte zwischen den insgesamt drei Fahrbereichen bereits zwei Planetengetriebe erforderlich sind. Für den Fall, dass eine Erweiterung auf mehr Übersetzungsverhältnisse gewünscht ist, wird damit der Aufbau des Summiergetriebes beliebig komplex.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vereinfachung des bekannten Aufbaus zu erreichen, wobei auch für eine größere Anzahl von Übersetzungsstufen der konstruktive Aufwand gering gehalten werden soll, und ein Verfahren zur Steuerung der Fahrbereichswechsel zu
schaffen.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Antriebssystem mit wenigstens drei Fahrbereichen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren mit den Schritten gemäß Anspruch 6 gelöst. Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist einen ersten Leistungszweig und einen zweiten Leistungszweig auf . Der erste Leistungszweig umfasst eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit. Der erste Leistungszweig und der zweite Leistungszweig sind über ein Summiergetriebe miteinander verbunden. Das
Summiergetriebe weist ein erstes Getriebeelement auf, das mit einer Ausgangswelle der verstellbaren Getriebeeinheit permanent drehfest verbunden ist. Ein zweites
Getriebeelement des Summiergetriebes ist mit der
verstellbaren Getriebeeinheit drehfest verbindbar. Das Summiergetriebe weist zudem noch ein drittes
Getriebeelement auf, das erfindungsgemäß mit einer
Ausgangswelle eines mechanischen Leistungszweigs des zweiten Leistungszweigs verbunden ist . Der mechanische Leistungszweig weist verschiedene über wenigstens zwei Kupplungen auswählbare Übersetzungen auf, wobei die Ausgangswelle drehfest mit dem dritten Getriebeelement verbunden ist .
Durch die Verwendung eines mechanischen Getriebezweigs, dessen Ausgangswelle drehfest mit dem dritten
Getriebeelement verbunden ist, zusammen mit der
beschriebenen Verbindbarkeit des Ausgangs der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit wird erreicht, dass bei einem Fahrbereichswechsel aus einem ersten, rein durch die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit realisierten
Fahrbereich in einen zweiten, leistungsverzweigten
Fahrbereich ein synchroner Schaltpunkt vorliegt. Durch das Verbinden der Ausgangswelle der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit sowohl mit dem ersten Getriebeelement als auch mit dem zweiten Getriebeelement in dem ersten
Fahrbereich ergibt sich eine Zwangsdrehzahl für das dritte Getriebeelement .
Dieses dritte Getriebeelement ist mit der Ausgangswelle des mechanischen Getriebezweigs verbunden. Die
Drehzahlverhältnisse und Übersetzungsverhältnisse für den ersten und den zweiten Fahrbereich sind dabei so
abgestimmt, dass in einem Schaltpunkt die
Synchronbedingung für eine der Kupplungen des mechanischen Getriebezweigs für eine bestimmte Übersetzungsstufe erfüllt ist. Der Wechsel von Übersetzungsverhältnissen in dem mechanischen Getriebezweig zum Wechseln zwischen dem zweiten und dritten Fahrbereich erfolgt dagegen durch Öffnen und Schließen der beiden Kupplungen des
mechanischen Getriebezweigs. Diese Wechsel erfolgen allerdings unter Verwendung eines asynchronen
Schaltpunkts. Ein asynchroner Schaltpunkt bedeutet dabei, dass beim Gangwechsel zunächst Schlupf an der zu
schließenden Kupplung und nach Schließen dieser Kupplung Schlupf an der zu öffnenden Kupplung auftritt. Während einer Übergangsphase tritt Schlupf an beiden Kupplungen auf. Damit wird durch das aufeinander abgestimmte Öffnen und Schließen der beiden Kupplungen des mechanischen Getriebezweigs der Sprung im Drehzahlverhältnis zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl des mechanischen Getriebszweigs synchronisiert. In diesem Zusammenhang wird nachfolgend von einem asynchronen Schaltpunkt gesprochen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Wechseln von
Fahrbereichen für das oben beschriebene System wird also zunächst zum Wechsel aus einem ersten Fahrbereich, der rein über den ersten Leistungszweig realisiert wird, in einen zweiten, leistungsverzweigten Fahrbereich zunächst die Verbindung zwischen der Ausgangswelle der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit und dem zweiten
Getriebeelement geöffnet. Die Verbindung wird dabei bei Erreichen eines synchronen Schaltpunkts getrennt.
Gleichzeitig wird die einem herzustellenden
Übersetzungsverhältnis des zweiten Fahrbereichs des mechanischen Getriebezweigs zugeordnete Kupplung
geschlossen und so eine drehfeste Verbindung zwischen der Eingangsseite des mechanischen Getriebezweigs und dem dritten Getriebeelement des Summiergetriebes hergestellt.
Zum Wechsel von dem nun eingestellten zweiten Fahrbereich in einen dritten Fahrbereich wird die geschlossene
Kupplung des mechanischen Getriebezweigs geöffnet und die zweite, mit der einzulegenden Übersetzungsstufe des dritten, ebenfalls leistungsverzweigten Fahrbereichs gekoppelte Kupplung geschlossen. Dies erfolgt bei
Erreichen eines asynchronen Schaltpunkts. Das erfindungsgemäße Vorgehen hat den Vorteil, dass einerseits zwischen einem ersten, rein durch den ersten Leistungszweig realisierten Fahrbereich in einen
leistungsverzweigten Fahrbereich schaltruckfrei und vor allen Dingen zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden kann. Ein solcher Übergang zwischen einem ersten
Fahrbereich und einem zweiten Fahrbereich tritt häufig im Arbeitseinsatz mit solchen Antriebssystemen ausgerüsteter Arbeitsmaschinen auf . Dagegen können durch Verwendung des mechanischen Getriebezweigs mit wenigstens zwei Kupplungen in dem zweiten Leistungszweig im leistungsverzweigten Betrieb praktisch beliebig viele weitere Fahrbereiche definiert werden. Dadurch lässt sich die Gesamtspreizung der Übersetzung des Antriebssystems deutlich erhöhen. In den weiteren Fahrbereichen kommt es dabei nicht mehr so auf den ruckfreien und Zugkraftunterbrechungsfreien
Wechsel an. Hier erleichtert die Ausbildung des
erfindungsgemäßen Antriebssystems das Ergänzen weiterer Übersetzungsstufen. Insbesondere wird auch bei einer
Mehrzahl von weiteren Übersetzungsstufen keine komplexere konstruktive Ausbildung des Summiergetriebes nötig. Es reicht in jedem Fall, dieses als einfaches
Planetengetriebe, d.h. als Planetengetriebe mit nur einem Radsatz, auszuführen.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antriebssystems und des
erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, den mechanischen
Getriebezweig als Doppelkupplungsgetriebe auszuführen.
Wie es bereits erläutert wurde, ist es besonders
vorteilhaft, das Summiergetriebe als einfaches
Planetengetriebe mit lediglich einem Radsatz auszubilden. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das erste
Getriebeelement das Sonnenrad des Planetengetriebes und das zweite Getriebeelement der Steg des Planetengetriebes ist.
Vorzugsweise wird die stufenlos verstellbare
Getriebeeinheit über eine Kupplung drehfest mit einer Abtriebswelle des Antriebssystems verbunden. Die
Abtriebswelle ihrerseits ist über eine Getriebestufe permanent drehfest mit dem zweiten Getriebeelement
verbunden. Über diese zusätzliche Getriebestufe lässt sich leicht das benötigte Übersetzungsverhältnis einstellen, welches beispielsweise aus ökonomischen Gründen den synchronen Schaltpunkt festlegt, z.B. unter
Berücksichtigung des Gesamtwirkungsgrades. Dabei könnte insbesondere auch zwischen der Ausgangswelle der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit und der Abtriebswelle des Antriebssystems wenigstens eine Übersetzungsstufe
vorgesehen sein. Durch diese beiden Übersetzungsstufen, über die einerseits die Abtriebswelle mit dem zweiten Getriebeelement und andererseits die Abtriebswelle mit der Ausgangswelle des stufenlos verstellbaren Getriebes verbunden ist, lässt sich der synchrone Schaltpunkt gezielt auf das Übersetzungsverhältnis des mechanischen Getriebezweigs in dem zweiten Fahrbereich abstimmen. Als stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ist es
besonders bevorzugt, ein hydrostatisches Getriebe zu verwenden. Dabei ist das hydrostatische Getriebe so ausgeführt, dass zumindest die Hydropumpe als verstellbare Einheit ausgeführt ist . Der Hydromotor ist vorzugsweise ein Konstantmotor, da Konstantmotoren einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweisen.
Der mechanische Leistungszweig weist vorzugsweise eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung auf, über die eine Eingangswelle mit einer ersten Kupplungswelle bzw. über die zweite Kupplung mit einer zweiten Kupplungswelle verbindbar ist . Die Trennung erfolgt dabei über die
Getriebewellen eingangsseitig. Nachfolgend schließen sich bevorzugt zwischen der ersten Kupplungswelle und der
Ausgangswelle die erste Übersetzungsstufe für die erste Fahrtrichtung an. Die zweite Kupplungswelle wird dagegen über eine Übersetzungsstufe für die entgegen gesetzte Fahrtrichtung mit der Ausgangswelle verbunden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn jeweils zwischen der ersten
Kupplungswelle und der Ausganswelle bzw. zwischen der zweiten Kupplungswelle und der Ausgangswelle noch weitere Fahrstufen vorgesehen sind. Insbesondere kann zwischen der zweiten Kupplungswelle und der Ausgangswelle wenigstens eine zweite Übersetzungsstufe für die erste Fahrtrichtung vorgesehen sein. Zum Wechsel zwischen der
Übersetzungsstufe für die entgegen gesetzte Fahrtrichtung und der zweiten Übersetzungsstufe für die erste
Fahrtrichtung sind die jeweiligen Losräder der beiden
Übersetzungsstufen mittels einer Schaltmuffe wechselweise mit der zweiten Kupplungswelle verbindbar.
Soll dagegen auch für die entgegen gesetzte Fahrtrichtung, in der Regel also die Rückwärtsfahrtrichtung, mehr als eine Übersetzungsstufe im mechanischen Leitungszweig vorhanden sein, so wird auch zwischen der ersten
Kupplungswelle und der Ausgangswelle eine weitere
Übersetzungsstufe für diese entgegen gesetzte
Fahrtrichtung vorgesehen. Während bei lediglich einer Übersetzungsstufe für die Rückwärtsfahrt die erste
Übersetzungsstufe permanent drehfest mit der ersten
Kupplungswelle verbunden sein kann, wird im Falle von wenigstens einer weiteren Übersetzungsstufe für die entgegen gesetzte Fahrtrichtung für die erste
Übersetzungsstufe sowie für die weitere Übersetzungsstufe wiederum jeweils ein Losrad vorgesehen. Diese Losräder sind dann wiederum wechselweise mittels einer Schaltmuffe drehfest mit der ersten Kupplungswelle verbindbar. Es ist selbsterklärend, dass zusätzlich weitere
Übersetzungsstufen für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt vorgesehen sein können.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise zudem einen Verfahrensschritt auf, mit dem bei einem Wechsel zwischen dem zweiten und dritten Fahrbereich eine
Anpassung des Übersetzungsverhältnisses der stufenlos einstellbaren Getriebeeinheit vorgenommen wird. Im Falle einer verstellbaren Hydropumpe wird hierzu der
Schwenkwinkel der Hydropumpe eingestellt. Insbesondere sind die Übersetzungsverhältnisse so gewählt, dass bei Erreichen des asynchronen Schaltpunkts zum Wechsel des zweiten in den dritten Fahrbereich die Pumpe auf ihren zweiten Extremwert verschwenkt wird. Die Pumpe ist
vorzugsweise in zwei Förderrichtungen betreibbar. Auf diese Weise lässt sich ein großer Geschwindigkeitsbereich mit dem Antriebssystem realisieren.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist insbesondere für Fahrantriebe vorgesehen. Nachfolgend werden die Funktion und die Details des Antriebssystems noch eingehend am Beispiel eines solchen Fahrantriebs geschildert.
Grundsätzlich ist das Antriebssystem mit der
Leistungsverzweigung jedoch auch für andere Antriebe einsetzbar.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung gezeigt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des
erfindungsgemäßen Antriebssystems ;
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der
Abtriebsdrehzahlen der verstellbaren
Getriebeeinheit und des Antriebssystems in den einzelnen Fahrbereichen; und
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung des Ablaufs bei einer Beschleunigung mit zwei
Fahrbereichswechseln . Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 wird bevorzugt für einen Fahrantrieb eingesetzt. Eingangsseitig ist ein
Antriebsmotor 2 vorgesehen. In der Regel ist ein solcher Antriebsmotor 2 als Brennkraftmaschine, insbesondere
Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt. Ausgangsseitig ist eine Abtriebswelle 23 vorgesehen, die das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 mit beispielsweise einer angetriebenen Fahrzeugachse verbindet . Das Antriebssystem 1 weist einen ersten Leistungszweig auf, der als stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ein
hydrostatisches Getriebe 3. Der zweite Leistungszweig 4 ist ein mechanischer Leistungszweig. Das hydrostatische Getriebe 3 weist eine verstellbare Hydropumpe 5 und einen Konstantmotor 6 auf . Die Hydropumpe 5 und der
Konstantmotor 6 sind im geschlossenen Kreis über zwei Arbeitsleitungen miteinander verbunden. Die bezüglich eines hydrostatischen Getriebes 3 an sich bekannten
Elemente sind zur Vereinfachung in der Fig. 1 nicht dargestellt. Dies betrifft insbesondere die
Verstellvorrichtung für die Hydropumpe 5.
Die Hydropumpe 5 wird über eine Pumpenwelle 7 angetrieben. Die Pumpenwelle 7 ist über eine Übersetzungsstufe
permanent mit einer Abtriebswelle 8 des Antriebsmotors 2 verbunden.
Der erste Leistungszweig und der zweite Leistungszweig werden ausgangsseitig über ein Summiergetriebe 25
miteinander gekoppelt. Zum Zuführen des Abtriebsmoments, welches über den ersten Leistungszweig bzw. dort den
Hydromotor 6 erzeugt wird, ist die Ausgangswelle 9 des Hydromotors 6 mit dem Summiergetriebe 25 verbunden.
Der zweite Leistungszweig 4 wird durch einen mechanischen Getriebezweig, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein
Doppelkupplungsgetriebe 10, gebildet. Das
Doppelkupplungsgetriebe 10 ist eingangsseitig ebenfalls permanent mit dem Antriebsmotor 2 verbunden. Über eine zweite Übersetzungsstufe ist hierzu die Eingangswelle 11 des Doppelkupplungsgetriebes 10 mit der Abtriebswelle 8 des Antriebsmotors 2 verbunden.
Ausgangsseitig ist eine Ausgangswelle 12 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 mit dem Summiergetriebe 25 verbunden. Das Summiergetriebe 25 weist daher zwei
Eingänge auf, die einerseits permanent mit dem Hydromotor 6 und andererseits permanent mit der Ausgangswelle 12 des Doppelkupplungsgetriebes 10 verbunden sind. Auf die genaue Ausbildung des Summiergetriebes 25 und den Anschluss an die Abtriebswelle 23 des Antriebssystems 1 wird
nachfolgend noch im Detail eingegangen.
Um verschiedene Übersetzungen für die zumindest zwei leistungsverzweigten Fahrbereiche realisieren zu können, sind in dem Doppelkupplungsgetriebe 10 zumindest eine erste Übersetzungsstufe 13 und eine zweite
Übersetzungsstufe 14 ausgebildet. Beide Übersetzungsstufen 13, 14 sind permanent mit der Ausgangswelle 12 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 verbunden. Um die jeweils einzulegende Übersetzungsstufe mit einer Eingangswelle 11 des Doppelkupplungsgetriebes 10 zu verbinden, ist eine erste Kupplung 16 bzw. eine zweite Kupplung 17 vorgesehen. Die beiden Kupplungen 16, 17 sind mit jeweils einer
Kupplungswelle 16 λ , 17 λ verbunden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu den beiden Übersetzungsstufen 13, 14 noch eine weitere für Rückwärtsfahrt vorgesehene Übersetzungsstufe 15 vorhanden. Um zwischen der zweiten Übersetzungsstufe 14 und der
Übersetzungsstufe für Rückwärtsfahrt 15 zu wechseln, ist eine Schaltmuffe 18 vorgesehen, mit der jeweils ein Losrad der Übersetzungsstufe für Rückwärtsfahrt 15 oder der zweiten Übersetzungsstufe 14 drehfest mit der zweiten Kupplungswelle 17' verbunden werden kann. Durch die
Anordnung der Schaltmuffe 18 zwischen der zweiten
Übersetzungsstufe 14 und der Übersetzungsstufe 15 für Rückwärtsfahrt kann ohne Betätigung der Schaltmuffe 18 zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt in den jeweils ersten beiden Fahrbereichen gewechselt werden. Dagegen ist die erste Übersetzungsstufe 13 permanent mit der ersten Kupplungswelle 16 x verbunden. Zum Wechseln des
Übersetzungsverhältnisses des Doppelkupplungsgetriebes 10 wird bei drehfester Verbindung der ersten
Übersetzungsstufe 13 mit der ersten Kupplungswelle 16' jeweils eine der Kupplungen 16, 17 geöffnet, während die andere geschlossen wird. Es sind jedoch in dem
Doppelkupplungsgetriebe 10 auch beide Kupplungen 16, 17 gleichzeitig zu öffnen. Damit kann ein rein
hydrostatischer erster Fahrbereich realisiert werden.
Das Summiergetriebe 25 ist als einfaches Planetengetriebe ausgeführt. Einfaches Planetengetriebe bedeutet dabei, dass lediglich ein Radsatz vorhanden ist. Dieser Radsatz enthält als erstes Getriebeelement ein Sonnenrad 19, als zweites Getriebeelement einen Steg 20 und als drittes Getriebeelement ein Hohlrad 21. Das Hohlrad 21 ist
permanent drehfest mit der Ausgangswelle 12 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 verbunden. Das Sonnenrad 19 ist permanent drehfest mit der Ausgangswelle 9 des
Hydromotors 6 verbunden. Der Steg 20 ist permanent
drehfest mit der Abtriebswelle 23 des Antriebssystems 1 verbunden.
Die Ausgangswelle 9 lässt sich zudem über eine Kupplung 22 ebenfalls mit der Abtriebswelle 3 drehfest verbinden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, dass die Ausgangswelle 9 des Hydromotors 6 über eine
Übersetzungsstufe auf das Sonnenrad 19 wirkt. Ferner ist eine weitere Übersetzungsstufe zwischen der Sonnenradwelle und der Eingangsseite der Kupplung 22 vorgesehen. Die Kupplung 22 wirkt ausgangsseitig wiederum über eine weitere Übersetzungsstufe mit der Abtriebswelle 3
zusammen. Die gesamte Übersetzung von der Ausgangswelle 9 bei geschlossener Kupplung 22 zur Abtriebswelle 23 wird mit in bezeichnet. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Steg 20 und der Abtriebswelle 3 wird mit i st bezeichnet .
In einem ersten, nicht leistungsverzweigten Fahrbereich, der rein durch das hydrostatische Getriebe 3 realisiert wird, sind die beiden Kupplungen 16, 17 des Doppelkupplungsgetriebes 10 geöffnet. Die Kupplung 22 ist dagegen geschlossen. Damit ist die Ausgangswelle 9 des Hydromotors 6 nicht nur über eine einfache Übersetzung mit dem Sonnenrad 19, sondern auch über die Übersetzungen i H und ist mit dem Steg 20 drehfest verbunden. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Summiergetriebes 25 stellt sich somit an dem Hohlrad 21 eine resultierende Drehzahl ein. Diese resultierende Drehzahl ist abhängig von der Drehzahl der Ausgangswelle 9 und den
Übersetzungsverhältnissen. Die Übersetzungsverhältnisse, insbesondere das Übersetzungsverhältnis ist des Stegs zur Abtriebswelle 23 wird so gewählt, dass bei annähernd maximaler Übersetzung des hydrostatischen Getriebes 3, was dem eingestellten maximalen Fördervolumen der Hydropumpe 5 entspricht, eine Synchronbedingung für den Wechsel in den zweiten Fahrbereich vorliegt. Bei dieser Synchronbedingung muss die erste Kupplungswelle 16 N mit einer zur
Eingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes 10 identischen Drehzahl rotieren. In diesem Zustand kann ein Wechsel von dem ersten rein hydrostatischen Fahrbereich auf einen leistungsverzweigten Betrieb erfolgen. Der Schaltpunkt ist synchron und der Übergang wird durch Öffnen der Kupplung 22 und gleichzeitiges Schließen der ersten Kupplung 16 des Doppelkupplungsgetriebes 10 erzeugt. Das
Übersetzungsverhältnis der verstellbaren Getriebeeinheit bleibt dabei konstant. In dieser Betriebssituation steht die Hydropumpe 5 nahe ihrem maximalen Fördervolumen. Durch nachfolgende Reduktion des Fördervolumens der Hydropumpe 5 in dem zweiten Fahrbereich und damit Reduzierung der
Drehzahl der Ausgangswelle 9 des Hydromotors 6 wird auch die Drehzahl des Sonnenrads 19 verringert. Dadurch kommt es zu einer Beschleunigung des Stegs 20 und somit
letztlich der Abtriebswelle 23. Die Beschleunigung erfolgt dabei bei konstanter Drehzahl der Ausgangswelle 12 des Doppelkupplungsgetriebes 10.
Die Hydropumpe 5 ist vorzugsweise über ihre Nulllage hinaus verschwenkbar, so dass zur weiteren Beschleunigung bei Erreichen der Nulllage eine Drehrichtungsumkehr des Hydromotors 6 bewirkt wird. Die Hydropumpe 5 wird hier weiter in Richtung ihres maximalen Fördervolumens in der zweiten Förderrichtung eingestellt. Bei Erreichen der maximalen Fördermenge der Hydropumpe 5 ist dann der asynchrone Schaltpunkt zum Wechseln von dem zweiten
Fahrbereich in den dritten Fahrbereich erreicht. Die
Kupplung 22 bleibt bei diesem Wechsel weiterhin geöffnet und es wird die erste Kupplung 16 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 geöffnet und gleichzeitig die zweite Kupplung 17 des Doppelkupplungsgetriebes 10
geschlossen. Entsprechend den unterschiedlichen
Übersetzungsverhältnissen der ersten Übersetzungsstufe 13 und der zweiten Übersetzungsstufe 14 muss beim Wechsel zwischen der ersten Kupplung 16 und der zweiten Kupplung 17 die Drehzahl der Ausgangswelle 12 angepasst werden.
Hierzu wird gleichzeitig die Hydropumpe 5 wieder
durchgeschwenkt und auf maximale Fördermenge in der entgegengesetzten Richtung eingestellt. Die zu
kompensierenden Drehzahlunterschiede an den Kupplungen 16, 17 beim Wechsel werden somit minimiert. Dennoch tritt beim asynchronen Schaltpunkt zunächst Schlupf an der zu
schließenden Kupplung, gegen Ende des Schaltvorgangs an der zu öffnenden Kupplung auf. Bevorzugt gibt es daher ein Zeitfenster, in dem beide Kupplungen 16, 17 leicht
geöffnet sind und Schlupf auftreten kann. Dieses
Zeitfenster wird genutzt, um die Hydropumpe 5 zu
verschwenken. In dem dritten Fahrbereich ist dann wieder ein Beschleunigen der Abtriebswelle 23 möglich, indem die Hydropumpe 5 wieder zunächst in Richtung eines
verschwindenden Fördervolumens und dann weiter in Richtung eines maximalen, entgegengesetzt gerichteten Volumenstroms verstellt wird. Eine schematische Darstellung der
Schaltwechsel und der Drehzahlen des Hydromotors 6 über der Abtriebswellendrehzahl ist vereinfacht noch einmal in der Fig. 2 dargestellt. Um die Fahrbereiche in entgegengesetzter Richtung zu wechseln, werden die beschriebenen Abläufe entsprechend in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Es ist noch zu bemerken, dass auch für Rückwärtsfahrt der Fahrbereichswechsel zwischen dem ersten rein
hydrostatischen Fahrbereich und dem zweiten Fahrbereich mit der Übersetzungsstufe 15 synchron erfolgen kann. Das Übersetzungsverhältnis für Rückwärtsfahrt und
Vorwärtsfahrt ist dabei vorzugsweise gleich. Die ersten Fahrbereiche für Vorwärts- (V 1 ) und Rückwärtsfahrt (Ri) sowie die zweiten Fahrbereiche für Vorwärts- (Vi 1 ) und Rückwärtsfahrt (Rn) entsprechen sich dann vollkommen.
Dabei ist die Schaltmuffe 18 nicht mit der zweiten
Übersetzungsstufe 14 für den dritten Fahrbereich, sondern mit der Übersetzungsstufe 15 für Rückwärtsfahrt drehfest mit der zweiten Kupplungswelle 17' verbunden. Die
Drehrichtung des Hydromotors 6 ist dadurch
entgegengesetzt. Es ist dabei selbstredend keine
Limitierung auf lediglich einen ersten und einen zweiten Fahrbereich in Rückwärtsrichtung erforderlich. Vielmehr ist in gleicher Weise, wie dies zuvor bereits für
Vorwärtsfahrt beschrieben wurde, eine Erweiterung der Spreizung des Übersetzungsverhältnisses des gesamten
Antriebssystems durch Hinzunahme weiterer Fahrbereiche für Rückwärtsfahrt mittels des Doppelkupplungsgetriebes 10 möglich.
In der Fig. 2 ist der Verlauf der sich aus dem
eingestellten Fördervolumen der Pumpe 5 ergebenden
Hydromotordrehzahlen nHM über der Drehzahl n ab der
Abtriebswelle 23 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass beim Übergang des ersten Fahrbereichs in Vorwärtsrichtung Vi ZU dem zweiten Fahrbereich in Vorwärtsrichtung Vn kein Sprung in der Hydromotordrehzahl n m auftritt. Dagegen ist in dem asynchronen Schaltpunkt beim Übergang der
Fahrbereiche Vn zu Vm ein Sprung in der Drehzahl des Hydromotors N HM ZU erkennen. Dies wird durch schnelles Durchschwenken der Hydropumpe 5 erreicht. In entsprechender Weise ist auch für die Rückwärtsfahrt der synchrone Schaltpunkt dargestellt. Beim Reversieren, d. h. also dem Wechseln zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt in dem ersten Fahrbereich RiZV 1 ist dagegen überhaupt kein Schalten erforderlich. In diesem rein hydrostatischen ersten Fahrbereich wird allein über die Verstellung der Fördermenge und -richtung der Hydropumpe 5 sowohl die Fahrgeschwindigkeit als auch die Fahrtrichtung bestimmt.
Eine vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist noch einmal in Fig. 3 zu erkennen. Zunächst wird in Schritt 30 die Kupplung 22 geschlossen. Während die Kupplungen 16, 17 des Doppelkupplungsgetriebes 10 offen sind, ist nun in dem ersten Fahrbereich Vorwärts- und Rückwärtsfahrt (V Ϊ /R I ) rein hydrostatisch möglich. Im weiteren wird eine Beschleunigung in Vorwärtsrichtung beschrieben. Es ist selbsterklärend, dass dies analog auch für die Rückwärtsrichtung erfolgen kann.
Zur Erhöhung der Drehzahl n ab der Abtriebswelle 23 wird die Fördermenge der Hydropumpe 5 in Richtung ihres
maximalen Fördervolumens +V P in der ersten Förderrichtung verstellt (Schritt 31) . Bei Erreichen der maximalen
Fördermenge +V P der Hydropumpe 5 wird dann zum
Fahrbereichswechsel in den zweiten Fahrbereich Vn die Kupplung 22 geöffnet und somit die Verbindung zwischen der Ausgangswelle 9 und der Abtriebswelle 23 unterbrochen. Gleichzeitig wird die erste Kupplung 16 des
Doppelkupplungsgetriebes 10 geschlossen und so eine
Verbindung der Eingangswelle 11 mit der Ausgangswelle 12 des Doppelkupplungsgetriebes 10 über die erste
Übersetzungsstufe 13 (Schritt 32) hergestellt. Bei diesem Fahrbereichswechsel ist aufgrund des synchronen
Schaltpunkts eine Verstellung der Fördermenge der
Hydropumpe 5 nicht erforderlich. Dies ist auch an dem Verlauf der Drehzahl n^ in der Fig. 2 zu erkennen. Zur weiteren Beschleunigung wird anschließend die Hydropumpe 5 von ihrem maximalen Fördervolumen in der ersten Richtung +V P in Richtung auf ihr maximales Fördervolumen in der entgegengesetzten Förderrichtung -V P verstellt (Schritt 33) . Ist das maximale Fördervolumen (-V P )in der
entgegengesetzten zweiten Förderrichtung erreicht, so ist auch der asynchrone Schaltpunkt des Fahrbereichswechsels von V 11 auf V 1 H erreicht.
Hier wird die erste Kupplung 16 geöffnet und die zweite Kupplung 17 des Doppelkupplungsgetriebes 10 geschlossen
(Schritt 34a) . Damit wird auf die zweite Übersetzungsstufe 14 des Doppelkupplungsgetriebes 10 umgeschaltet, wobei hierzu die Schaltmuffe 18 die zweite Übersetzungsstufe 14 drehfest mit der zweiten Kupplungswelle verbindet.
Theoretisch wäre es denkbar, dass ohne Verstellung der Drehzahl des Hydromotors 6 eine weitere Beschleunigung durch diesen Wechselprozess beim Öffnen und Schließen der Kupplungen 16, 17 durchgeführt wird. Dies würde aber zu einem Schleifen der Kupplung 17 bis zum Erreichen der maximalen Fahrgeschwindigkeit führen. Um dies zu
verhindern, wird die Pumpe 5 stattdessen schnell
durchgeschwenkt, d. h. in möglichst kurzer Zeit von -V P auf +V P verstellt (Schritt 34b) . Das Durchschwenken der Hydropumpe 5 und das Öffnen und Schließen der Kupplungen 16 und 17 erfolgt gleichzeitig in den Verfahrensschritten 34a und 34b. Zum weiteren Beschleunigen wird anschließend die Pumpe 5, die nach Abschluss des Schaltvorgangs vom Fahrbereich 2 in den Fahrbereich 3 auf ihrem maximalen Fördervolumen in der ersten Förderrichtung steht, wieder von +V P auf -V P verstellt.
Die vorstehenden Ausführungen betreffen jeweils eine
Beschleunigung aus dem Stillstand in Vorwärtsrichtung über alle drei Fahrbereiche hinweg. Es ist leicht ersichtlich, dass in analoger Weise auch bei Rückwärtsfahrt die
Fahrbereiche gewechselt werden können und dass zum
Wechseln der Fahrbereiche von III auf II bzw. von II auf I die Schritte in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden müssen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind auch einzelne Elemente und Merkmale der vorliegenden Erfindung vorteilhaft miteinander kombinierbar. Insbesondere kann das Doppelkupplungsgetriebe auch mehr oder weniger
Übersetzungsstufen aufweisen.
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