DE102007037664A1

DE102007037664A1 - Leistungsverzweigungsgetriebe und Verfahren zum Wechseln von Fahrbereichen

Info

Publication number: DE102007037664A1
Application number: DE102007037664A
Authority: DE
Inventors: Steffen Mutschler; Markus Dr. Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe (2) sowie ein Verfahren zum Wechsel zwischen Fahrbereichen. Das Leistungsverzweigungsgetriebe (2) weist einen ersten Leistungszweig (4) sowie einen Summiergetriebeabschnitt (20) auf. Ein Ausgang (19) des ersten Leistungszweigs (3) ist mit einem ersten Eingang (21) des Summiergetriebeabschnitts (20) verbunden. Ein Ausgang (44) des zweiten Leistungszweigs (4) ist mit einem zweiten Eingang (23) des Summiergetriebeabschnitts (20) verbindbar. Der Ausgang (19) des ersten Leistungszweigs (3) ist direkt mit einer Ausgangswelle (29) des Summiergetriebeabschnitts (20) verbindbar. Zum Wechsel von einem rein hydrostatischen Fahrbereich in einen ersten leistungsverzweigten Fahrbereich bei einem mittels eines Leistungsverzweigungsgetriebes (2) angetriebenen Fahrzeugs wird zunächst ein Ausgang eines Summiergetriebeabschnitts (20) durch einen Hydromotor (13) des hydrostatischen Leistungszweigs (3) angetrieben. Die Drehzahl des Hydromotors (13) wird erhöht, bis eine Synchronisationsdrehzahl des anderen Eingangs (23) des Summiergetriebeabschnitts (20) erreicht ist. Anschließend wird der hydrostatische Leistungszweig (3) von dem Ausgang (29) des Summiergetriebeabschnitts (20) getrennt und der mechanische Leistungszweig (20) mit dem anderen Eingang (23) des Summiergetriebeabschnitts (20) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe sowie ein Verfahren zum Wechseln von Gangstufen, insbesondere eines Fahrantriebs.
Leistungsverzweigungsgetriebe sind in der Regel so aufgebaut, dass sie neben einem mechanischen Leistungszweig, welcher mit einer festen Übersetzung arbeitet, einen hydrostatischen Leistungszweig aufweisen. Dieser hydrostatische Leistungszweig erlaubt es, das gesamte Übersetzungsverhältnis des Leistungsverzweigungsgetriebes stufenlos zu variieren. Hierzu werden die beiden Leistungszweige über einen Summiergetriebeabschnitt in dem Leistungsverzweigungsgetriebe zusammengeführt und wirken so auf eine gemeinsame Abtriebswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes.
Bei den bekannten Leistungsverzweigungsgetrieben ist es nachteilig, dass der hydrostatische Leistungszweig und der mechanische Leistungszweig in jedem Betriebszustand das Leistungsverzweigungsgetriebes zusammenwirken müssen, um ein Abtriebsmoment an der Abtriebswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes erzeugen zu können. Es ist somit kein rein hydrostatischer Antrieb vorgesehen. Dementsprechend muss zur Umkehr der Fahrtrichtung das Getriebe mechanisch auf Rückwärtsfahrt umgeschaltet werden. Dies erfordert das Vorsehen einer Trennkupplung und das Zuschalten eines Vorgeleges, um die Drehrichtung der Getriebeausgangswelle umzukehren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mechanisch einfaches Leistungsverzweigungsgetriebe zu schaffen, bei dem ein rein hydrostatischer Fahrbereich möglich ist und der eine Fahrtrichtungsumkehr ohne Betätigen einer mechanischen Kupplung erlaubt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Wechsel zwischen einem rein hydrostatischen Fahrbereich zumindest und einem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich eines Fahrzeugs zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bezüglich des Leistungsverzweigungsgetriebes und durch die Merkmale des Anspruchs 10 bezüglich des Verfahrens gelöst.
Erfindungsgemäß weist das Leistungsverzweigungsgetriebe einen ersten Leistungszweig und einen zweiten Leistungszweig sowie einen Summiergetriebeabschnitt auf. Der Ausgang des ersten Leistungszweigs ist mit einem ersten Eingang des Summiergetriebeabschnitts verbunden. Zudem ist der Ausgang des zweiten Leistungszweigs mit einem zweiten Eingang des Summiergetriebeabschnitts verbindbar. Der Ausgang des ersten Leistungszweigs ist direkt mit einer Ausgangswelle des Summiergetriebeabschnitts oder des Gesamtgetriebes verbindbar.
Das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe hat den Vorteil, dass durch die direkte Verbindung zwischen dem Ausgang des ersten Leistungszweigs gleichzeitig mit einem Eingang sowie dem Ausgang des Summiergetriebeabschnitts ein direkter Antrieb des Fahrzeugs durch den ersten Leistungszweig möglich ist. Es erfolgt in diesem Fall keine Summierung der beiden Leistungszweige. Der zweite Leistungszweig ist hierzu mit dem zweiten Eingang des Summiergetriebeabschnitts verbindbar ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe ermöglicht es, einen Fahrbereich vorzusehen, in dem der Antrieb ausschließlich über den ersten Leistungszweig erfolgt. Insbesondere im Zusammenwirken mit einem hydrostatischen Leistungszweig hat dies den Vorteil, dass reversiert werden kann, ohne dass eine Kupplung an der Eingangsseite des Leistungsverzweigungsgetriebes betätigt werden muss. Die Fahrtrichtungsumkehr erfolgt ausschließlich durch Umkehr der Drehrichtung des Hydromotors des hydrostatischen Getriebes. Somit ist der erste Fahrbereich als Langsamfahrbereich vorgesehen, welcher für beide Fahrtrichtungen genutzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umschalten zwischen dem rein hydrostatischen Fahrbereich und zumindest einem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich erfolgt durch Trennen der direkten Antriebsverbindung zwischen dem Hydromotor des hydrostatischen Leistungszweigs und gleichzeitig dem Verbinden des Ausgangs des zweiten, mechanischen Leistungszweigs mit dem zweiten Eingang des Summierungsgetriebeabschnitts. Dabei wird zunächst durch den hydrostatischen Leistungszweig in dem ersten, hydrostatischen Fahrbereich das Übersetzungsverhältnis so lange erhöht, bis eine Synchronisationsdrehzahl des anderen Eingangs des Summiergetriebeabschnitts ist. Die Drehzahl des anderen Eingangs des Summiergetriebeabschnitts stellt sich dabei zwangsweise ein, da der Hydromotor des hydrostatischen Getriebes sowohl mit einem Eingang als auch mit dem Ausgang des Summiergetriebeabschnitts verbunden ist. Wenn die Synchronisationsdrehzahl des anderen Eingangs des Summiergetriebeabschnitts erreicht ist, wird der hydrostatische Leistungszweig von dem Ausgang des Summiergetriebeabschnitts getrennt und gleichzeitig der mechanische Leistungszweig mit dem anderen Eingang des Summiergetriebeabschnitts verbunden. Dementsprechend stellt sich nun die Drehzahl des Ausgangs des Summiergetriebeabschnitts aufgrund der an den beiden Eingängen des Summiergetriebeabschnitts anliegenden Drehzahlen ein. Der erste leistungsverzweigte Fahrbereich entspricht somit dem normalen Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Wechsel zwischen Fahrbereichen ausgeführt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, den Summiergetriebeabschnitt als Planetengetriebe auszuführen. Dabei ist der erste Eingang des Summiergetriebeabschnitts vorzugsweise ein Hohlrad des Planetengetriebes oder ein Sonnenrad des Planetengetriebes. Entsprechend ist der zweite Eingang des Summiergetriebeabschnitts das Sonnenrand des Planetengetriebes bzw. das Hohlrad des Planetengetriebes.
Die Getriebeausgangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes ist vorzugsweise mit dem Steg des Planetengetriebes verbunden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erste Leistungszweig ein hydrostatisches Getriebe, welches besonders bevorzugt eine verstellbare Hydropumpe und/oder einen verstellbaren Hydromotor aufweist.
Insbesondere wird bevorzugt, dass eine Getriebeausgangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes vorgesehen ist, welche über zumindest eine erste oder eine zweite Getriebestufe mit dem Summiergetriebeabschnitt verbindbar ist. Damit lässt sich am Ausgang des Summiergetriebeabschnitts das Gesamtübersetzungsverhältnis den jeweiligen Fahrsituationen anpassen. Insbesondere kann eine Getriebestufe vorgesehen werden, welche auf maximale Zugkraft ausgelegt ist. Die andere Getriebestufe kann dagegen als Energiesparstufe vorgesehen werden, welche beispielsweise bei Überführungsfahrten von Nutzfahrzeugen eingelegt wird.
Erfindungsgemäß wird nach dem Wechsel von dem hydrostatischen Fahrbereich in den ersten leistungsverzweigten Fahrbereich das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Leistungszweigs wieder reduziert. Durch die Reduzierung des Übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Leistungszweigs erhöht sich die Drehzahl an dem Ausgang des Summierungsgetriebes als resultierende Drehzahl aus den beiden Drehzahlen der Eingänge des Summiergetriebeabschnitts.
Erfindungsgemäß wird beim Wechsel zwischen einem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich und einem zweiten Leistungsverzweigten Fahrbereich das Leistungsverzweigungsgetriebe in einen rein mechanischen Betriebspunkt gebracht. Der rein mechanische Betriebspunkt wird durch Verstellen des Hydromotors auf ein maximales Schluckvolumen und ein gleichzeitiges Verstellen des Fördervolumens der Hydropumpe des hydrostatischen Leistungszweigs auf ein Nullfördervolumen eingestellt. Insbesondere ist es vorteilhaft, beim Wechsel der dem Summiergetriebeabschnitt nachgeordneten Gangstufen die Synchronisation zu verbessern, indem der Hydromotor des hydrostatischen Leistungszweigs zunächst auf ein verschwindendes Schluckvolumen eingestellt wird.
Das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Wechsel der Fahrbereiche ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebes;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe;
3 eine erste schematische Darstellung zur Vorgehensweise beim Wechsel zwischen den Fahrbereichen für das Ausführungsbeispiel nach 1;
4 eine zweite schematische Darstellung zum Wechsel zwischen den Fahrbereichen für ein Ausführungsbeispiel gemäß 2; und
5 eine weitere Darstellung zur Erläuterung des Wechsels zwischen den einzelnen Fahrbereichen.
In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fahrantriebs 1 eines Nutzfahrzeugs dargestellt. Der Fahrantrieb 1 umfasst das erfindungsgemäße Leistungsverzweigungsgetriebe 2. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 2 weist einen ersten Leistungszweig und einen zweiten Leistungszweig auf. Der erste Leistungszweig ist als hydrostatischer Leistungszweig 3 ausgeführt. Der zweite Leistungszweig ist als mechanischer Leistungszweig 4 ausgeführt.
Zum Antrieb des Fahrzeugs ist eine Antriebsmaschine 5 vorgesehen. In der Regel ist die Antriebsmaschine 5 als Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt. Die Antriebsmaschine 5 treibt eine Getriebeeingangswelle 6 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 an. Zum Antrieb des Fahrzeugs ist eine Getriebeausgangswelle 7 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 mit einer angetriebenen Fahrzeugachse 8 verbunden. Die angetriebenen Fahrzeugachse 8 umfasst in der Regel ein Differenzialgetriebe 9, welches über Halbwellen 10 angetriebene Räder 11 antreibt.
Der hydrostatische Leistungszweig 3 weist eine Hydropumpe 12 und einen Hydromotor 13 auf. Die Hydropumpe 12 ist in ihrem Fördervolumen einstellbar und zur Förderung in zwei Richtungen ausgelegt. Zum Einstellen der Förderrichtung sowie des Fördervolumens der Hydropumpe 12 ist eine erste Verstellvorrichtung 14 vorgesehen, die in nicht dargestellter Weise beispielsweise durch eine Fahrzeugelektronik angesteuert wird. Eine zweite Verstellvorrichtung 15 wirkt auf einen Verstellmechanismus des Hydromotors 13. Der Hydromotor 13 ist ebenfalls für beide Strömungsrichtungen ausgelegt und in seinem Schluckvolumen durch die zweite Verstellvorrichtung 15 einstellbar. Die Hydropumpe 12 und der Hydromotor 13 sind über eine erste Arbeitsleitung 16 und eine zweite Arbeitsleitung 17 in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf miteinander verbunden.
Zum Antreiben der Hydropumpe 12 weist die Hydropumpe 12 eine Pumpenantriebswelle 18 auf. Der hydrostatische Leistungszweig 3 wirkt über eine Motorabtriebswelle 19 auf einen Summiergetriebeabschnitt 20. Die Motorabtriebswelle 19 bildet dabei den Ausgang des hydrostatischen Leistungszweigs 3. Entsprechend bildet die Pumpenantriebswelle 18 den Eingang des hydrostatischen Leistungszweigs 3.
Der Ausgang des hydrostatischen Leistungszweigs 3, also die Motorabtriebswelle 19, ist mit einem ersten Eingang des Summiergetriebes 20 verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Summiergetriebeabschnitt 20 als einstufiges Planetengetriebe ausgeführt. Das einstufige Planetengetriebe weist ein Hohlrad 21 auf, welches einen ersten Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 bildet. Ein zweiter Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 ist durch ein Sonnenrad 23 realisiert, das drehfest mit einer Sonnenradwelle 22 verbunden ist.
Das Hohlrad 21 weist eine Außenverzahnung 24 auf, welche sich im permanenten Eingriff mit einem ersten Motorzahnrad 25 befindet. Das erste Motorzahnrad 25 ist mit der Motorabtriebswelle 19 des Hydromotors 13 fest verbunden. Dementsprechend wird das Hohlrad 21 permanent mit der Drehzahl des Hydromotors 13 angetrieben. In einem leistungsverzweigten Fahrbetrieb ist ferner die Sonnenradwelle 22 permanent drehfest mit einem Ausgang des mechanischen Leistungszweigs 4 verbunden.
Das Hohlrad 21 weist zudem eine Innenverzahnung 26 auf. Zwischen dem Sonnenrad 23 und dem Hohlrad 21 sind mehrere Planetenräder 27 angeordnet, welche drehbar auf einem Planetenträger, dem sogenannten Steg 28, angeordnet sind. Infolge der Drehzahlen der beiden Eingänge des Summiergetriebeabschnitts 20, also der Drehzahl des Hohlrads 21 und der Drehzahl des Sonnenrads 23 stellt sich eine Ausgangsdrehzahl des Stegs 28 ein, welcher mit der Stegwelle 29 verbunden ist.
Die Stegwelle 29 bildet in dem ersten Ausführungsbeispiel den Ausgang des Summiergetriebeabschnitts 20, der mit einem Schaltgetriebeabschnitt 30 verbunden ist. Über den Schaltgetriebeabschnitt 30 ist die Stegwelle 29 entweder über eine erste Getriebestufe 31 oder über eine zweite Getriebestufe 32 mit der Getriebeausgangswelle 7 verbindbar. Die erste Getriebestufe 31 umfasst ein mit der Stegwelle 29 verbindbares erstes Zahnrad 34, ein zweites Zahnrad 35 sowie ein drittes Zahnrad 36. Die zweite Getriebestufe 32 umfasst ein mit der Stegwelle 29 verbindbares viertes Zahnrad 37, ein fünftes Zahnrad 38 sowie das dritte Zahnrad 36, welches fest mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden ist.
Das zweite Zahnrad 35 und das fünfte Zahnrad 38 sind beide drehfest mit einer ersten Zwischenwelle 33 verbunden. In Abhängigkeit von der Schaltstellung des Schaltgetriebeabschnitts 30 wird über eine Synchronisationseinrichtung 40 entweder das erste Zahnrad 34 oder das vierte Zahnrad 37 drehfest mit der Stegwelle 29 verbunden. Durch Betätigen einer entsprechenden, in der 1 nicht dargestellten Schaltvorrichtung wird somit zwischen der ersten Getriebestufe 31 und der zweiten Getriebestufe 32 umgeschaltet.
Das von der Antriebsmaschine 5 über die Getriebeeingangswelle 6 in das Leistungsverzweigungsgetriebe 2 eingespeiste Drehmoment wird auf die beiden Leistungszweige 3 und 4 verteilt. Hierzu ist die Pumpenantriebswelle 18 über ein erstes Stirnrad 41, ein zweites Stirnrad 42 und ein drittes Stirnrad 43 mit der Getriebeeingangswelle 6 gekoppelt.
Der mechanische Leistungszweig 4 umfasst eine Ausgangswelle 44 des mechanischen Leistungszweigs 4, der mit der Getriebeeingangswelle 6 über einen Zahnradsatz 49 verbunden ist, welcher in dem dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Zahnräder umfasst. Zwei der Zahnräder des Zahnradsatzes 49 sind fest mit einer zweiten Zwischenwelle 50 verbunden. Dadurch ist die Drehrichtung der Ausgangswelle 44 des mechanischen Leistungszweigs 4 gleich der Drehrichtung der Getriebeeingangswelle 6. Ebenso ist die Drehrichtung der Pumpenantriebswelle 18 gleich der Drehrichtung der Getriebeeingangswelle 6.
Vorstehend war der Betrieb in einem normalen leistungsverzweigten Fahrbereich bereits beschrieben worden. Zum Antrieb des Sonnenrads 23 ist die Sonnenradwelle 22 mit der Ausgangswelle 44 des mechanischen Leistungszweigs 4 verbunden. Hierzu befindet sich eine erste Kupplung 45 in ihrem eingekuppelten Zustand.
Um zwischen dem leistungsverzweigten Fahrbereich und einem rein hydrostatischen Fahrbereich umschalten zu können, ist zusätzlich zu der ersten Kupplung 45 eine zweite Kupplung 48 vorgesehen. Mittels der zweiten Kupplung 48 ist der Steg 28 drehfest direkt mit der Motorabtriebswelle 19 des Hydromotors 13 des hydrostatischen Leistungszweigs 3 koppelbar.
In einem rein hydrostatischen Fahrbereich wird die erste Kupplung 45 getrennt und die zweite Kupplung 48 eingekuppelt. Durch Einkuppeln der zweiten Kupplung 48 wird der Steg 28 über ein zweites Motorzahnrad 46 und ein Stegantriebsrad 47 drehfest und direkt mit der Motorabtriebswelle 19 verbunden. Das zweite Motorzahnrad 46 ist permanent fest mit der Motorabtriebswelle 19 verbunden und befindet sich im permanenten Eingriff mit dem Stegantriebsrad 47. Durch die direkte Verbindung des Stegs 28 mit der Motorabtriebswelle 19 stellt sich an der Stegwelle 29 eine Drehzahl ein, die gleich der Drehzahl der Motorabtriebswelle 19 ist. An dem Sonnenrad 23 stellt sich dagegen eine Drehzahl ein, die sich aus der Drehzahl des Hohlrads 21 und des Stegs 28 als resultierende Drehzahl ergibt.
Die Zahnradpaare bestehend aus dem ersten Motorzahnrad 25 und der Außenverzahnung 24 des Hohlrads 21 sowie dem zweiten Motorzahnrad 46 und dem Stegantriebsrad 47 sind dabei so gewählt, dass die Drehzahl des Hohlrads 21 größer als die Drehzahl des Stegs 28 ist. Infolgedessen stellt sich an dem Sonnenrad 22 eine Drehrichtung ein, die umgekehrt zu der Drehrichtung des Hohlrads 21 ist.
In diesem rein hydrostatischen Fahrbereich, in dem eine Verbindung zwischen dem mechanischen Leistungszweig und dem zweiten Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 unterbrochen ist, kann folglich durch die Drehrichtung des Hydromotors 13 die Fahrtrichtung des angetriebenen Fahrzeugs bestimmt werden. Durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses und der Förderrichtung des hydrostatischen Leistungszweigs 3 sind somit Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit frei wählbar. Die Änderung der Fahrtrichtung erfolgt über eine Vorgabe der Förderrichtung der Hydropumpe 12. Die Einstellung der gewünschten Fahrgeschwindigkeit erfolgt dagegen über eine Einstellung des Übersetzungsverhältnisses, wozu die Fördermenge der Hydropumpe 12 und das Schluckvolumen des Hydromotors 13 entsprechend eingestellt werden.
Wird aus dem Stillstand heraus das Fahrzeug beschleunigt, so ist die erste Kupplung 45 geöffnet und die zweite Kupplung 48 geschlossen. In bereits beschriebener Weise wird somit die Getriebeausgangswelle 7 allein durch den hydrostatischen Leistungszweig 3 angetrieben. Infolge der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse zwischen der Pumpenabtriebswelle 19 und dem Hohlrad 21, also dem ersten Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 in dem ersten Ausführungsbeispiel sowie dem Steg 28, also dem Ausgang des Summiergetriebeabschnitts 20, stellt sich an der Sonnenradwelle 22 zwangsweise eine Ausgangsdrehzahl ein.
Beim Stillstand des Fahrzeugs steht zunächst die Hydropumpe 12 auf einem Nullfördervolumen. Gleichzeitig ist der Hydromotor 13 auf sein maximales Schluckvolumen ausgeschwenkt, um ein möglichst hohes Anfahrtdrehmoment zur Verfügung zu haben. Wird das Fahrzeug aus dem Stillstand beschleunigt, so wird zunehmend die Hydropumpe 12 in Richtung ihres maximalen Fördervolumens in Vorwärtsrichtung verschwenkt. Ist das maximale Fördervolumen der Hydropumpe 12 erreicht, so wird im Anschluss das Schluckvolumen des Hydromotors 13 reduziert, wodurch die Drehzahl der Motorabtriebswelle 19 erhöht wird. Aufgrund des festen Übersetzungsverhältnisses zwischen der Motorabtriebswelle 19 und der Getriebeausgangswelle 7 wird das Fahrzeug dabei beschleunigt. Gleichzeitig wird durch die größer werdende Drehzahldifferenz zwischen dem Steg 28 und dem Hohlrad 21 das Sonnenrad 22 in entgegengesetzter Richtung beschleunigt. Diese Beschleunigung erfolgt soweit, bis ein Schaltkriterium erreicht ist. Das Schaltkriterium ist im einfachsten Fall durch die maximal erreichbare Geschwindigkeit in dem rein hydrostatischen Fahrbereich gegeben. In diesem Betriebspunkt erreicht die Sonnenradwelle 22 eine Synchronisationsdrehzahl, welche durch den Zahnradsatz 49 und die Drehzahl der Antriebsmaschine 5 festgelegt ist. Bei Erreichen der Synchronisationsdrehzahl durch die Sonnenradwelle 22 dreht die Sonnenradwelle 22 mit derselben Drehzahl wie die Ausgangswelle 44 des mechanischen Leistungszweigs 4.
Zum Wechsel aus dem rein hydrostatischen Fahrbereich in einen ersten leistungsverzweigten Fahrbereich wird nun die erste Kupplung 45 geschlossen und die zweite Kupplung 48 geöffnet. Das öffnen und Schließen der beiden Kupplungen 45, 48 kann gleichzeitig oder geringfügig zeitversetzt zueinander erfolgen. Um Schaltrucke zu vermeiden, ist es dabei insbesondere vorteilhaft, die zweite Kupplung 48 zu öffnen, kurz bevor die erste Kupplung 45 geschlossen wird. Eventuelle Drehzahlunterschiede, die sich durch eine nicht perfekte Abstimmung ergeben, können so durch den freilaufenden Steg 28 ausgeglichen werden. Ein besonders schaltruckfreier Wechsel ergibt sich, wenn das Öffnen der zweiten Kupplung 48 durch Reduzieren einer Schließkraft bei gleichzeitigem Schließen der ersten Kupplung 45 durch Erhöhen der Schließkraft erfolgt. Das Reduzieren und das Erhöhen der Anpresskräfte der jeweiligen Kupplung 45, 48 erfolgt entlang einer Rampe in einem identischen Zeitfenster.
Sobald die erste Kupplung 45 geschlossen ist, stellt sich die Drehzahl des Stegs 48 und somit der Stegwelle 29 zwingend aufgrund der Drehzahl des Hohlrads 21 sowie der Drehzahl der Sonnenradwelle 22 ein. Für die nachfolgenden Ausführungen sei angenommen, dass im Schaltpunkt, also bei Synchronisationsdrehzahl der Sonnenradwelle 22, das maximale Fördervolumen der Hydropumpe 12 und das minimale Schluckvolumen des Hydromotors 13 eingestellt sei.
Das Hohlrad 21 und die Sonnenradwelle 22 und somit das Sonnenrad 22 rotieren in entgegengesetzer Richtung. Um eine Beschleunigung der Stegwelle 29 zu erreichen, wird nun wiederum das Übersetzungsverhältnis im hydrostatischen Leistungszweig 3 angepasst. Hierzu wird zunächst der Hydromotor 13 in Richtung größeren Schluckvolumens verstellt. Durch die Verstellung des Hydromotors 13 in Richtung größeren Schluckvolumens wird die Drehzahl des Hohlrads 21 reduziert. Zur weiteren Reduzierung der Drehzahl des Hohlrads 21, was zu einer Erhöhung der Drehzahl der Stegwelle 29 führt, wird bei Erreichen des maximalen Schluckvolumens des Hydromotors 13 das Fördervolumen der Hydropumpe 12 in Richtung Nullfördervolumen verstellt. Die Verstellung erfolgt solange, bis durch die Hydropumpe 12 kein Druckmittel in dem hydraulischen Kreis gefördert wird. Infolgedessen steht das Hohlrad 21 in diesem Betriebspunkt still, so dass ein rein mechanischer Betriebspunkt erreicht ist, da Leistung ausschließlich über den mechanischen Leistungszweig übertragen wird.
Zur weiteren Beschleunigung wird die Hydropumpe 12 in entgegengesetzter Förderrichtung in Richtung zunehmenden Fördervolumens ausgeschwenkt. Damit dreht nun das Hohlrad 21 gleichsinnig zu der Sonnenradwelle 22 und eine Erhöhung der Drehzahl des Hohlrads 21 führt zu einer weiteren Erhöhung der Drehzahl der Stegwelle 29. Die weitere Beschleunigung wird solange fortgesetzt, bis die Hydropumpe 12 auf ihr maximales Fördervolumen in negativer Richtung ausgeschwenkt ist. Als negative Richtung wird diejenige Förderrichtung bezeichnet, die zur Rückwärtsfahrt im rein hydrostatischen Fahrbereich erforderlich ist.
Ist die Stegwelle 29 unmittelbar mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden bzw. geht die Stegwelle 29 unmittelbar in die Getriebeausgangswelle 7 über, so wird durch den zuvor beschriebenen Zustand die Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs erreicht.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jedoch die Stegwelle 29 mit einem Schaltgetriebeabschnitt 30 gekoppelt, so dass ein zweiter leistungsverzweigter Fahrbereich vorgesehen ist. Der erste leistungsverzweigte Fahrbereich wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die zweite Getriebestufe 32 eingestellt. Dieser erste leistungsverzweigte Fahrbereich ist auf maximale Zugkraft hin optimiert. Zusätzlich ist jedoch ein zweiter leistungsverzweigter Fahrbereich vorgesehen, in den durch Wechsel von der zweiten Getriebestufe 32 auf die erste Getriebestufe 31 übergegangen wird. Dieser zweite leistungsverzweigte Fahrbereich ist auf ökonomische Transportfahrt bei höherer Fahrgeschwindigkeit ausgelegt. Zum Wechsel zwischen den beiden leistungsverzweigten Fahrbereichen wird die Synchronisationseinrichtung 40 betätigt, wodurch entweder das erste Zahnrad 34 in dem zweiten Leistungsverzweigten Fahrbereich oder aber das vierte Zahnrad 37 in dem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich drehfest mit der Stegwelle 29 verbunden wird. Der genaue Ablauf beim Übergang zwischen dem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich und dem zweiten leistungsverzweigten Fahrbereich wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 noch ausführlich erläutert.
In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Leistungsverzweigungsgetriebe 2' dargestellt. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, sind gleiche oder sich entsprechende Element entweder mit denselben Bezugszeichen oder mit entsprechenden, gestrichenen Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 dient nunmehr als erster Eingang des Summiergetriebeabschnitts nicht mehr das Hohlrad 21, sondern das Sonnenrad 23 des Summiergetriebeabschnitts 20. Die Sonnenradwelle 22 ist hierzu über ein Zwischenrad 52 und ein Sonnenantriebsrad 56 mit dem ersten Motorzahnrad 25 direkt verbunden. Somit dreht die Sonnenradwelle 22 und das Sonnenrad 23 permanent mit der Drehzahl der Motorabtriebswelle 19. Dementsprechend bildet den zweiten Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 das Hohlrad 21, welches mit einer Hohlradwelle 51, verbunden ist. Die Hohlradwelle 51 ist mit der Getriebeeingangswelle 6 über den mechanischen Leistungszweig 4 verbindbar, wozu zwischen der Ausgangswelle 44' und der Hohlradwelle 51 die erste Kupplung 45 angeordnet ist. Der mechanische Leistungszweig 4 wird durch eine einzelne Übersetzungsstufe realisiert, welche ein einzelnes Zahnrad sowie das erste Stirnrad 41 umfasst, welches fest mit der Getriebeeingangswelle 6 verbunden ist. Anstelle einer zweistufigen Anpassung der Drehzahl der Pumpenantriebswelle 18 an die Drehzahl der Antriebsmaschine 4 ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich eine einstufige Ausführung des Antriebs für die Pumpenantriebswelle 8 vorgesehen. Diese umfasst neben dem ersten Stirnrad 41 das zweite Stirnrad 42'.
Für den rein hydrostatischen Fahrbereich wird die erste Kupplung 45 geöffnet. Infolgedessen kann sich die Hohlradwelle 51 unabhängig von der Ausgangswelle 44' des mechanischen Leistungszweigs 4 drehen. Die Drehzahl des Hohlrads 21 und der Hohlradwelle 51 stellt sich somit infolge der sich aufgrund der Übersetzungsverhältnisse ergebenden Drehzahldifferenz zwischen dem Sonnenrad 23 und dem Steg 28 ein. Der Steg 28 ist in dem rein hydrostatischen Fahrbereich, wie es schon im Hinblick auf das erste Ausführungsbeispiel erläutert wurde, über die Kupplung 48' ebenfalls mit der Abtriebswelle 19 des Hydromotors 13 verbunden. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist die zweite Kupplung 48' in dem zweiten Ausführungsbeispiel auf der Motorabtriebswelle 19 angeordnet, so dass eine drehfeste Verbindung des zweiten Motorzahnrads 46 über die Kupplung 48' mit der Motorabtriebswelle 19 herstellbar ist. Das zweite Motorzahnrad 46 befindet sich dagegen in permanentem Eingriff mit dem Stegantriebsrad 47. Der Wechsel zwischen den einzelnen Fahrbereichen sowie der Betrieb im rein hydrostatischen Fahrbereich entspricht im Wesentlichen der Vorgehensweise bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 2 befindet sich der Steg 28 über dem Stegantriebsrad 47 im Eingriff mit einem Stegabtriebsrad 53. Das Stegabtriebsrad 53 ist fest mit einer Summiergetriebeausgangswelle 54 verbunden, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel den Ausgang des Summiergetriebeabschnitts 20' bildet. Die Ausgangswelle 54 des Summiergetriebeabschnitts 20' ist über eine weitere Getriebestufe 55 mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden. Durch die einzelne Getriebestufe 55 wird eine Vereinfachung gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht, indem auf den Schaltgetriebeabschnitt 30 verzichtet wird. Infolgedessen ist existiert bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 eine besonders einfache Bauweise, welche neben dem rein hydrostatischen Fahrbereich lediglich einen leistungsverzweigten Fahrbereich ermöglicht.
Wie es in dem Ausführungsbeispiel der 2 dargestellt ist, kann die Getriebeausgangswelle 7 auch ohne Vorsehen eines nachgeordneten Schaltgetriebeabschnitts 30 in dem Leistungsverzweigungsgetriebe 2 direkt mit einem Fahrantrieb eines angetriebenen Fahrzeugs zusammenwirken. Eine solche direkte Verbindung ist auch bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel möglich.
Das Ausführungsbeispiel der 2 hat den Vorteil, dass die Anordnung des Summiergetriebeabschnitts im Vergleich zu der Anordnung der 1 kompakter ausgeführt werden kann.
Die 3 zeigt die Verhältnisse der Drehzahlen des Sonnenrads 23 und des Hohlrads 21 zum einen im Zeitpunkt der Synchronisation und des sich daraus ergebenden Wechsels der Fahrbereiche zwischen dem rein hydrostatischen Fahrbereich und dem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich. Wie es in der oberen Hälfte der schematischen Darstellung der 3 erkennbar ist, drehen sich das Sonnenrad 23 sowie das Hohlrad 21 mit den Drehzahlen "Sonnenrad" und "Hohlrad" gegenläufig zueinander. Infolgedessen stellt sich eine Synchronisationsdrehzahl ein, die bei einer Synchronisationsfahrgeschwindigkeit V_synchron des Fahrzeugs erreicht wird. In diesem Zustand werden die beiden Kupplungen 45 und 48 betätigt. Nachfolgend wird ausgehend von dem eingestellten Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Leistungszweigs 3 beim Wechsel der Fahrbereiche das Übersetzungsverhältnis geändert und die Drehrichtung des Ausgangs des hydrostatischen Leistungszweigs 3 durch Durchschwenken der Hydropumpe 12 umgekehrt, wodurch sich auch die Drehrichtung des Hohlrads 21, wie in dem unteren Teil des Diagramms dargestellt, umkehrt. Als Folge daraus stellt sich die maximale Fahrgeschwindigkeit zu v_max ein.
In der 4 ist eine entsprechende Veranschaulichung des Wechsels von dem hydrostatischen Fahrbereich in den ersten leistungsverzweigten Fahrbereich für ein Leistungsverzweigungsgetriebe 2' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Aus der maximalen Drehzahl des Sonnenrads n_Sonnenrad sowie der resultierenden Drehzahl des Hohlrads n_Hohlrad ergibt sich die Geschwindigkeit v_synchron des Fahrzeugs bei Erreichen der Synchronisationsdrehzahl des Hohlrads. Die weitere Beschleunigung erfolgt bei konstanter Drehzahl der Antriebsmaschine 5 mit konstanter Drehzahl des Hohlrads durch Ändern des Übersetzungsverhältnisses, bis die Drehzahl des Sonnenrads betragsmäßig gleich groß ist, wie vor dem Wechsel der Fahrbereiche, jedoch mit geänderter Rotationsrichtung des Sonnenrads. Infolgedessen stellt sich eine maximale Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs V_max ein.
Die Vorgehensweise beim Wechsel zwischen den einzelnen Fahrbereichen ist noch einmal schematisch in der 5 dargestellt. Die Darstellung bezieht sich auf ein Leistungsverzweigungsgetriebe 2, 2', mit einem rein hydrostatischen Fahrbereich I, sowie einem ersten und einem zweiten leistungsverzweigten Fahrbereich II und III. Die gestrichelte Linie 60 gibt das eingestellte Fördervolumen bzw. den eingestellten Schwenkwinkel α_P der Hydropumpe 12 vor. Die durchgezogenen Linie 61 zeigt dagegen den Verlauf des Schluckvolumens bzw. des Schwenkwinkels α_M des Hydromotors 13 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit. Bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs aus dem Stillstand wird zunächst das Fördervolumen der Hydropumpe sukzessive bis zu einem Maximalwert α_max,P erhöht. Um eine weitere Beschleunigung in einem rein hydrostatischen Fahrbereich I zu erhalten, wird bei Erreichen des maximalen Schwenkwinkels α_max,P der Hydropumpe 12 anschließend das Schluckvolumen des Hydromotors 13 durch Reduzieren seines Schwenkwinkels α_M reduziert. Bei einem minimalen Schluckvolumen des Hydromotors α_min,M wird die Synchronisationsgeschwindigkeit ^Vsynchron bzw. die Synchronisationsdrehzahl erreicht. Durch Betätigen der beiden Kupplungen 45 und 48 bzw. 45 und 48' wird zwischen dem rein hydrostatischen Fahrbereich I und dem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich II umgeschaltet.
Eine weitere Beschleunigung in dem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich II erfolgt durch anschließende Erhöhung des Schluckvolumens des Hydromotors 13, wodurch die Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 13 reduziert wird. Erreicht der Hydromotor 13 sein maximales Schluckvolumen bei seinem maximalen Schwenkwinkel am, so wird anschließend das Fördervolumen der Hydropumpe 12 in Richtung 0 bis zum Erreichen eines Nullfördervolumens verstellt. In diesem Zustand, bei dem die Hydropumpe 12 auf ein Nullfördervolumen eingestellt ist, wird ein erster mechanischer Betriebspunkt P1 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2, 2' erreicht. Zur weiteren Beschleunigung wird die Hydropumpe 12 aus ihrer Neutrallage heraus in entgegengesetzter Richtung in Richtung größer werdenden Schwenkwinkels ausgelenkt bis zum Erreichen ihres maximal einstellbaren negativen Schwenkwinkels –α_max,P. Sowie die Hydropumpe 12 in entgegengesetzter Richtung auf ihr maximales Fördervolumen (–α_max,P ) eingestellt ist, wird anschließend wieder das Schluckvolumen des Hydromotors 13 reduziert bis auf einen minimalen Wert α_min,M. Zu diesem Zeitpunkt ist die maximal erreichbare Geschwindigkeit in dem ersten leistungsverzweigten Fahrbereichs II erreicht.
Zum weiteren Beschleunigen bzw. zum Einstellen eines Energiesparmodus wird in diesem Punkt in einen zweiten leistungsverzweigten Fahrbereich III gewechselt. Hierzu wird zunächst der Hydromotor 13 auf ein verschwindendes" Schluckvolumen eingestellt, wobei als "verschwindendes Schluckvolumen" auch ein von 0 verschiedenes Schluckvolumen einstellbar sein kann, wodurch gerade die Schleppverluste des Hydromotors 13 kompensiert werden.
Damit wird die Motorabtriebswelle 19 drehmomentenfrei und ein Wechsel zwischen den Getriebestufen 31, 32 in dem Schaltgetriebeabschnitt 30 kann durchgeführt werden. Nach dem Wechsel zwischen den Getriebestufen 31, 32 wird der hydrostatische Leistungszweig 3 abgeschaltet, indem die Hydropumpe 12 auf 0 Fördervolumen eingestellt wird und gleichzeitig der Hydromotor 13 auf sein maximales Schluckvolumen α_max,M eingestellt wird. Der erste Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20, 20' ist somit hydraulisch blockiert und das Leistungsverzweigungsgetriebe 2, 2' überträgt ausschließlich über den mechanischen Leistungszweig 4 Antriebsleistung. Dieser Betriebspunkt ist in der 5 mit P2 gekennzeichnet. In den rein mechanischen Betriebspunkten P1, P2 kann eine Einstellung der Fahrgeschwindigkeit auch durch Einstellen eines Betriebspunktes der Brennkraftmaschine erfolgen. Eine weitere Beschleunigung des Fahrzeugs ist möglich, indem ausgehend von dem Punkt P2 die Hydropumpe 12 zunächst wieder in Richtung ihres maximalen, negativen Fördervolumens verstellt wird. Ist bei der Hydropumpe 12 das maximale negative Fördervolumen erreicht, so wird im Anschluss daran erneut zur Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit das Schluckvolumen des Hydromotors 13 in Richtung seines minimalen Schluckvolumens verstellt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, einzelne Aspekte der beiden Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander zu kombinieren.

Claims

Leistungsverzweigungsgetriebe (2) mit einem ersten Leistungszweig (3), mit einem zweiten Leistungszweig (4) und mit einem Summiergetriebeabschnitt (20), wobei ein Ausgang (19) des ersten Leistungszweigs (3) mit einem ersten Eingang (21, 23) des Summiergetriebeabschnitts (20) verbunden ist und ein Ausgang (44) des zweiten Leistungszweigs (4) mit einem zweiten Eingang (23, 21) des Summiergetriebeabschnitts (20) verbindbar ist und wobei der Ausgang (19) des ersten Leistungszweigs direkt mit einer Ausgangswelle des Summiergetriebeabschnitts verbindbar ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Summiergetriebeabschnitt (20) ein Planetengetriebe ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang des Summiergetriebeabschnitts (20) ein Hohlrad (21) des Planetengetriebes ist und dass der zweite Eingang das Sonnenrad (23) des Planetengetriebes ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang des Summiergetriebeabschnitts (20) das Sonnenrad (23) des Planetengetriebes ist und dass der zweite Eingang das Hohlrad (21) des Planetengetriebes ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebeausgangswelle (7) des Leistungsverzweigungsgetriebes (2, 2') mit einem Steg des Planetengetriebes verbunden ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leistungszweig (3) ein hydrostatisches Getriebe ist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische Getriebe eine verstellbare Hydropumpe (12) aufweist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische Getriebe einen verstellbaren Hydromotor (13) aufweist.
Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsverzweigungsgetriebe (2, 2') eine Getriebeausgangswelle (7) aufweist, die über zumindest eine erste oder eine zweite Getriebestufe (31, 32) mit dem Summiergetriebeabschnitt (20) verbindbar ist.
Verfahren zum Wechseln von einem rein hydrostatischen Fahrbereich I in einen ersten leistungsverzweigten Fahrbereich II eines mittels eines Leistungsverzweigungsgetriebes (2, 2') angetriebenen Fahrzeugs, wobei das Leistungsverzweigungsgetriebe (2, 2') zumindest einen hydrostatischen Leistungszweig (3) mit variablem Übersetzungsverhältnis, einen mechanischen Leistungszweig (4) und einen Summiergetriebeabschnitt (20) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: – Direktes Antreiben eines Ausgangs (29, 54) und eines von zwei Eingängen (21, 23) des Summiergetriebeabschnitts (20) durch einen Hydromotor (13) – Erhöhen des Übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Zweigs (3) bis zum Erreichen einer Synchronisationsdrehzahl des anderen Eingangs (23, 21) des Summiergetriebeabschnitts (20) – Trennen des hydrostatischen Leistungszweigs (3) von dem Ausgang (29, 54) des Summiergetriebeabschnitts (20) und Verbinden des mechanischen Leistungszweigs (4) mit dem anderen Eingang (23, 21) des Summiergetriebeabschnitts (20).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum weiteren Beschleunigen in dem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich II das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Leistungszweigs (3) wieder reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wechseln von einem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich II in einen zweiten leistungsverzweigten Fahrbereich III das Leistungsverzweigungsgetriebe (2, 2') in einen rein mechanischen Betriebspunkt (P1) gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der rein mechanische Betriebspunkt (P1) durch Verstellen des Hydromotors (13) auf ein maximales Schluckvolumen und Verstellen eines Fördervolumens einer Hydropumpe (12) des hydrostatischen Leistungszweigs (3) auf ein Nullfördervolumen eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wechseln von einem ersten leistungsverzweigten Fahrbereich II in einen zweiten leistungsverzweigten Fahrbereich III der Hydromotor (13) zunächst auf ein verschwindendes Schluckvolumen eingestellt wird.