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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang
einer Getriebeeinrichtung zum Variieren verschiedener Übersetzungen.
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Ein
unter Last schaltbares, mehrgängiges Wendegetriebe ist
aus der
DE 44 44 843
A1 bekannt. Um eine in axialer Richtung kurze Bauweise
zu erreichen sind auf jeder Vorgelegewelle eine einzige Schaltkupplung,
ein Losrad und bis zu zwei Festräder angeordnet. Zahnräder
des Wendegetriebes bilden einen Antriebsrädersatz, einen
Verteilerrädersatz und eine Antriebsräderkette.
Um neben der Übersetzung des Antriebsrädersatzes
eine abweichende Übersetzung, bezogen auf eine weitere
Schaltkupplung, zu verwirklichen, ist neben dem Antriebsrädersatz
eine unabhängige Antriebskette, bestehend aus einem festen
Rad und einem Losrad mit einer Schaltkupplung vorgesehen. Bei prinzipiell
gleichem Aufbau lassen sich unterschiedliche Getriebevarianten mit
abweichender Gangzahl und abweichenden Achsabständen darstellen.
Das Wendegetriebe ist insbesondere für den Einsatz in Baumaschinen
geeignet.
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Ein
Motor treibt eine Eingangswelle des Wendegetriebes an, wobei die
Eingangswelle mit einem Pumpenrad eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers
drehfest verbunden ist. Ein Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers überträgt
die Antriebsleistung auf eine Hohlwelle, die konzentrisch zur Eingangswelle
liegt.
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Nachteilhafterweise
ist während eines Bremsbetriebes eines mit dem Wendegetriebe
ausgeführten Fahrzeuges oder während eines Bremsbetriebes
kein Rekuperationsbetrieb zur Energierückgewinnung darstellbar.
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Ein
hydrostatischer Antrieb mit Rückgewinnung von Bremsenergie
wird in der
DE
10 2005 060 992 A1 beschrieben. Der hydrostatische Antrieb
umfasst eine Hydropumpe und einen Hydromotor, die über
eine erste Arbeitsleitung und über eine zweite Arbeitsleitung
miteinander verbunden sind. Zusätz lich umfasst der hydrostatische
Antrieb ein Speicherelement zum Speichern von Druckenergie, das
zur Zurückgewinnung der gespeicherten Energie mit einem
saugseitigen Anschluss der Hydropumpe verbunden ist.
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Über
den hydrostatischen Antrieb ist sowohl eine Vorwärtsfahrt
als auch eine Rückwärtsfahrt eines Fahrzeuges
darstellbar, wobei der Vorwärts- und Rückwärtsfahrbetrieb
des Fahrzeuges mit und ohne Einbeziehung des Speicherelementes durchführbar ist.
Das bedeutet, dass über den hydrostatischen Antrieb ausgehend
von der Hydropumpe Drehmoment der mit der Hydropumpe wirkverbundenen
Arbeitsmaschine auf den Hydromotor und von dort während eines
Zugbetriebes auf den Fahrzeugantrieb übertragbar ist. im
Gegensatz dazu wird ein Abtriebsmoment ausgehend vom Fahrzeugantrieb über
den Hydromotor übertragen und im Bereich der Arbeitsmaschine
abgestützt.
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Sowohl
im Zug- als auch im Schubbetrieb des mit dem hydrostatischen Antrieb
ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges ist im Bereich des
Speicherelementes Energie in Form von hydraulischem Druck speicherbar
oder eine Druckbeaufschlagung des die Hydropumpe und den Hydromotor
miteinander verbindenden geschlossenen hydraulischen Kreislauf einleitbar
und im Bereich der Hydropumpe bzw. des Hydromotors in Drehmoment
umwandelbar.
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Betrifft
der hydrostatische Antrieb einen Fahrantrieb, so ist der verstellbare
Hydromotor über eine Abtriebswelle mit einem Fahrzeugantrieb
gekoppelt, der einen Radantrieb, ein Differenzialgetriebe oder ein
nachgeschaltetes Lastschaltgetriebe oder Schaltgetriebe sein kann.
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Der
hydrostatische Antrieb weist einen konstruktiv komplexen Aufbau
auf und ist zusätzlich nur mittels hohem Steuer- und Regelaufwand
betreibbar, was jedoch unerwünscht ist.
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Zusätzlich
ist ein Antriebsmoment der Arbeitsmaschine immer über den
hydrostatischen Antrieb in Richtung des Fahrzeugantriebes zu führen, womit
ein Wirkungsgrad eines mit dem hydrostatischen Antrieb ausgeführten
Fahr zeugantriebsstranges im Vergleich zu einem mit dem aus der
DE 44 44 843 A1 ausgeführten
Wendegetriebe herabgesetzt ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung
für einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer Getriebeeinrichtung zum
Variieren verschiedener Übersetzungen zur Verfügung
zu steilen, mittels welcher ein Fahrzeug über einen großen
Betriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist und mittels
der zumindest ein Rekuperationsbetrieb sowie ein Hybridbetrieb darstellbar
sind.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang
mit einer Getriebeeinrichtung zum Variieren verschiedener Übersetzungen
ist mit einem getriebeeingangsseitig angeordneten Wendegetriebe
zur Darstellung einer Drehrichtungsumkehr, einer dem Wendegetriebe
vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandlereinrichtung und
mit einer hydraulischen Einrichtung ausgeführt, die im
Leistungsfluss zwischen dem Wendegetriebe und der Getriebeeinrichtung
mit diesen in Wirkverbindung bringbar ist. Über die hydraulische
Einrichtung ist ein Drehmoment erzeugbar, welches im Bereich zwischen
dem Wendegetriebe und der Getriebeeinrichtung einleitbar ist.
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Ein
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführter
Fahrzeugantriebsstrang ist aufgrund der verschiedenen Übersetzungen
sowohl in einem Vorwärtsfahrbetrieb als auch in einem Rückwärtsfahrbetrieb
mit hohem Wirkungsgrad betreibbar, da ein über die Vorrichtung
zu führendes Antriebsmoment einer Antriebsmaschine direkt
von der Antriebsmaschine in Richtung eines Fahrzeugantriebes bzw. eines
Abtriebes des Fahrzeugantriebsstranges führbar ist. Dies
resultiert aus der Tatsache, dass das Antriebsmoment der Antriebsmaschine
nicht über die hydraulische Einrichtung zum Fahrzeugabtrieb
geführt wird, sondern direkt über das Wendegetriebe und
die Getriebeeinrichtung weitergeleitet wird.
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Die
Anbindung der hydraulischen Einrichtung zwischen dem Wendegetriebe
und der Getriebeeinrichtung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bietet auf einfache Art und Weise die Möglichkeit,
die Funktionalität der hydraulischen Einrichtung über den
gesamten Betriebsbereich eines Fahrzeugantriebsstranges nutzen zu
können. Zusätzlich ist die durch die hydraulische
Einrichtung jeweils zur Verfügung zu stellende Leistung
aufgrund der getriebeeingangsseitigen Anbindung der hydraulischen
Einrichtung niedrig, da diese durch die im Bereich der Getriebeeinrichtung
eingestellte Übersetzung an den jeweiligen Betriebszustand
des Fahrzeugantriebsstranges angepasst und entsprechend transformiert am
Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges zur Verfügung steht.
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Darüber
hinaus bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Hybridlösung in Verbindung mit einem Wandlerlastschaltgetriebe
den Vorteil, dass mittels des hydraulischen Zusatzantriebes ungünstige Betriebspunkte
des hydrodynamischen Drehmomentwandlers auf einfache Art und Weise
vermeidbar sind. So besteht beispielsweise während Betriebszuständen,
die durch eine hohe Zugkraftanforderung gekennzeichnet sind, die
Möglichkeit, hohe Verlustleistungen während eines
Schlupfbetriebes im Bereich des hydrodynamischen Drehmomentwandlers
durch Einleiten eines im Bereich der hydraulischen Einrichtung erzeugten
Antriebsmomentes zu reduzieren, da während solchen Betriebszuständen ein
Drehmoment im Bereich der hydraulischen Einrichtung mit höherem
Wirkungsgrad als im Bereich des hydrodynamischen Drehmomentwandlers
zur Verfügung stellbar ist. Letztbeschriebene Betriebszustände
treten häufig bei als Radlader ausgeführten Baumaschinen
während Befüllvorgängen der Schaufeln
auf.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind im Bereich des Ausgangs der Getriebeeinrichtung
mehrere Bereichskupplungen zur Darstellung verschiedener Übersetzungsbereiche
vorgesehen, innerhalb der die Übersetzung der Getriebeeinrichtung
jeweils stufenlos variierbar ist. Damit ist ein mit der Vorrichtung ausgeführtes
Fahrzeug über einen großen Geschwindigkeitsbereich
an den jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeuges optimal angepasst
betreibbar.
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Um
die hydraulische Einrichtung bei hoher Fahrgeschwindigkeit, insbesondere
bei einer Anordnung der hydraulischen Einrichtung in einem Gelenkwellenstrang,
vor einer die Funktionsweise der hydraulischen Einrichtung nachhaltig
beeinträchtigenden Überdrehzahl zu schützen,
ist die hydraulische Einrichtung bei einer vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung über eine
Kupplung mit dem Fahrzeugantriebsstrang verbindbar.
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Eine
konstruktiv einfache und mit geringem Aufwand betätigbare
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist eine hydraulische Einrichtung auf, die über ein Zahnrad
mit einem Zahnrad des Wendegetriebes in Wirkverbindung bringbar
ist.
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Eine
bauraumgünstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist eine in beide Drehrichtungen betreibbare hydraulische
Maschine der hydraulischen Einrichtung auf.
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Um
am Abtrieb des Fahrzeugantriebsstranges ein Antriebsmoment auf konstruktiv
einfache Art und Weise über die hydraulische Einrichtung
zur Verfügung stellen zu können oder in deren
Bereich ein Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges zumindest
teilweise abstützen und vorzugsweise Bremsenergie im Bereich
der hydraulischen Einrichtung rekuperieren zu können, steht
die hydraulische Maschine bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung druckseitig
mit einer Druckmittelbehältereinrichtung und ansaugseitig
mit einem Hydraulikfluidreservoir in Wirkverbindung.
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Eine
durch einen konstruktiv einfachen Aufbau gekennzeichnete Weiterbildung
der Vorrichtung weist zwischen der Druckseite der hydraulischen
Maschine und der Druckmittelbehältereinrichtung eine betätigbare
Rückschlagventileinrichtung auf, die die Verbindung zwischen
der hydraulischen Maschine und der Druckmittelbehältereinrichtung
bei Vorliegen eines positiven Druckgefälles zwischen der
Druckmittelbehältereinrichtung und der Druckseite der hydraulischen
Maschine sperrt.
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Der
hydrodynamischen Drehmomentwandlereinrichtung ist bei einer weiteren
vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung eine Wandlerüberbrückungskupplung
zugeordnet, mittels der der hydrodynamische Drehmomentwandler insbesondere
bei schneller Fahrt mit geringeren Zugkräften überbrückbar
ist, um einen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgeführten Fahrzeugantriebsstrang mit hohem Wirkungsgrad
zu betreiben.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme
auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigt:
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1 eine
stark schematisierte Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges; und
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2 eine
detailliertere Ansicht des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1.
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In 1 ist
eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges 1 mit
einer Vorrichtung 2 gezeigt, die eine Getriebeeinrichtung 3 zum
Variieren verschiedener Übersetzungen, ein getriebeeingangsseitig
angeordnetes Wendegetriebe 4, eine dem Wendegetriebe 4 vorgeschaltete
hydrodynamische Drehmomentwandlereinrichtung 5 und eine
hydraulische Einrichtung 6 umfasst, die im Leistungsfluss
zwischen dem Wendegetriebe 4 und der Getriebeeinrichtung 3 mit
diesen in Wirkverbindung bringbar ist. Über die Vorrichtung 2 sind
maximal sechs Vorwärts- und drei Rückwärtsgänge
darstellbar. Im Bereich des Wendegetriebes 4 ist zur Darstellung
einer Drehrichtungsum kehr im Fahrzeugantriebsstrang 1 zwischen
Betriebsmodi für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt
des Fahrzeugantriebsstranges 1 umschaltbar.
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Über
die hydraulische Einrichtung 6 ist ein Drehmoment erzeugbar,
welches im Bereich zwischen dem Wendegetriebe 4 und der
Getriebeeinrichtung 3 in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 einleitbar
ist. So besteht beispielsweise im Zugbetrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 die
Möglichkeit, im Bereich des Abtriebes 8 des Fahrzeugantriebsstranges 1 über
die hydraulische Einrichtung 6 ein Antriebsmoment zur Verfügung
zu stellen. Darüber hinaus ist im Schubbetrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 im
Bereich der hydraulischen Einrichtung 6 des Fahrzeugantriebsstranges 1 ein
Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges 1 zumindest
teilweise abstützbar. Während eines Schubbetriebes
des Fahrzeugantriebsstranges 1 ist im Bereich der hydraulischen
Einrichtung 6 zumindest ein Teil des abzustützenden
Abtriebsmomentes über einen Rekuperationsbetrieb der hydraulischen
Einrichtung 6 in der später beschriebenen Art
und Weise zur Energierückgewinnung nutzbar.
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Die
Vorrichtung 2 ist zwischen einer Antriebsmaschine 7 und
einem Abtrieb 8 des Fahrzeugantriebsstranges 1 angeordnet,
wobei im Verbindungsbereich zwischen der Antriebsmaschine 7 und der
Vorrichtung 2 Nebenabtriebe eines als Baumaschine ausgeführten
Fahrzeuges über eine so genannte Power-Take-Off-Antriebswelle 9 (PTO)
an den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 angebunden
und somit direkt von der Antriebsmaschine 7 antreibbar
sind.
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In 2 ist
ein Hydraulikschaltbild der hydraulischen Einrichtung 6 und
ein das Wendegetriebe 4, die Getriebeeinrichtung 3 und
den Abtrieb 8 des Fahrzeugantriebsstranges 1 umfassendes
Räderschema gezeigt. Darüber hinaus ist die getriebeeingangsseitige
hydrodynamische Drehmomentwandlereinrichtung 5 dargestellt,
welche über eine Wandlerüberbrückungskupplung 10 insbesondere
bei schneller Fahrt mit geringen Zugkräften überbrückbar
ist, um den Fahrzeugantriebsstrang 1 mit hohem Wirkungsgrad
betreiben zu können.
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Bei
dem Fahrzeugantriebsstrang 1 sind über die hydraulische
Einrichtung 6 ungünstige Betriebspunkte der hydrodynamischen
Drehmomentwandlereinrichtung 5 vermeidbar. So besteht beispielsweise während
Betriebszustandsverläufen mit hoher Zugkraftanforderung,
während den im Bereich der hydrodynamischen Drehmomentwandlereinrichtung 5 ein hoher
Schlupf vorliegt und eine hohe Verlustleistung entsteht, die Möglichkeit,
die Verlustleistung durch ein zusätzlich zur Verfügung
gestelltes Antriebsmoment zu reduzieren. Dies resultiert aus der
Tatsache, dass die hydraulische Einrichtung 6 in derartigen
Betriebszuständen des Fahrzeugantriebsstranges mit besserem
Wirkungsgrad betreibbar ist. Letztgenannte Betriebszustände
treten insbesondere bei Radladern während Befüllvorgängen
der Schaufeln auf. Während eines Transportbetriebes eines
mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten
Fahrzeuges wird das Fördervolumen der hydraulischen Einrichtung 6 vorzugsweise
auf Null eingestellt, um den Fahrzeugantriebsstrang 1 mit
hohem Wirkungsgrad betreiben zu können.
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Die
Antriebsmaschine 7 ist mit einer Eingangswelle 11 des
Wendegetriebes 4 verbunden, womit in diesem Bereich des
Fahrzeugantriebsstranges 1 ein Antriebsmoment der Antriebsmaschine 7 einleitbar
ist bzw. im Schubbetrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 ein
vom Abtrieb 8 anliegendes Schubmoment zumindest teilweise
im Bereich der Antriebsmaschine 7 abstützbar ist.
Zusätzlich ist die Antriebsmaschine 7 über
die Eingangswelle 11 direkt mit der PTO-Antriebswelle 9 verbunden,
um Nebenabtriebe einer mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten
Baumaschine oder dergleichen mit der Drehzahl der Antriebsmaschine
antreiben zu können.
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Ein
Pumpenrad 12 der hydrodynamischen Drehmomentwandlereinrichtung 5 ist
mit der Eingangswelle 11 des Wendegetriebes 4 drehfest
verbunden. Ein Turbinenrad 13 der hydrodynamischen Drehmomentwandlereinrichtung 5 überträgt
die Antriebsleistung der Antriebsmaschine 7 auf eine Hohlwelle 14,
die konzentrisch zur Eingangswelle 11 angeordnet ist. In
an sich bekannter Art und Weise ist die hydrodynamische Drehmomentwandlereinrichtung 5 mit
einem Leitrad 15 ausgebildet, das über einen Freilauf 16 abstützbar
ist.
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Ein
drehfest mit der Hohlwelle 14 verbundenes Festrad 17 stellt
das Eingangsrad eines Antriebsrädersatzes 18 dar.
Der Antriebsrädersatz 18 umfasst neben dem Festrad 17 Losräder 19 und 20,
wobei das Festrad 17 in ständigem Zahneingriff
mit den Losrädern 19 und 20 steht. Die
Losräder 19 und 20 sind jeweils auf einer
der Vorgelegewellen 21 und 22 gelagert.
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Dem
Losrad 19 ist eine Schaltkupplung 23 und dem Losrad 20 ist
eine Schaltkupplung 24 zugeordnet. Auf der Hohlwelle 14 ist
ein weiteres Festrad 25 drehfest angeordnet, das mit einem
Losrad 26 in ständigem Zahneingriff steht. Das
Losrad 26 ist auf einer Vorgelegewelle 27 gelagert,
wobei dem Losrad 26 eine Schaltkupplung 28 zugeordnet
ist.
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Durch
die beiden Festräder 17 und 25 wird neben
dem Antriebsrädersatz 18 eine unabhängige Antriebskette
bestehend aus dem Festrad 25 und dem Losrad 26 gebildet.
Bei konstanten Achsabständen ist das Übersetzungsverhältnis
innerhalb des Antriebsrädersatzes 18 zwischen
der Bereichskupplung bzw. Schaltkupplung 23 und der Bereichskupplung
bzw. Schaltkupplung 24 nicht veränderbar. Die unabhängige
Antriebskette bietet die Möglichkeit, unterschiedliche Übersetzungen
in Bezug auf die Schaftkupplung 28 vorzusehen, die unabhängig
von der Übersetzung des Antriebsrädersatzes 18 sind. Für
den Antrieb der Schaltkupplung 24 liegt somit eine Entkopplung
von der Zähnezahl des Festrades 17 des Antriebsrädersatzes
vor.
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Bei
geschlossener Schaltkupplung 23 ist das Losrad 19 drehfest
mit der Vorgelegewelle 21 verbunden. Das Losrad 20 ist
an die Vorgelegewelle 22 gekoppelt, wenn die Schaltkupplung 24 entsprechend
betätigt ist. Ist die Schaftkupplung 28 geschlossen,
besteht eine drehfeste Verbindung zwischen dem Losrad 26 und
der Vorgelegewelle 27. Über die Schaltkupplungen 23, 24 und 28 ist
die vorbeschriebene Umkehr der Drehrichtung einer Abtriebswelle 29 darstellbar,
die eine Ausgangswelle des Wendegetriebes 4 ist. Aus diesem
Grunde sind die Schaltkupplungen 23, 24 und 28 Richtungskupplungen
der Vorrichtung 2 bezeichenbar.
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Neben
den Vorgelegewellen 21, 22 und 27 sowie
der Abtriebswelle 29 Ist das Wendegetriebe 4 mit
weiteren Vorgelegewellen 30 bis 32 ausgebildet. Auf
der Vorgelegewelle 21 ist neben dem Losrad 19 ein
Festrad 33 angeordnet, welches mit einem weiteren Festrad 34 in
ständigem Zahneingriff steht. Das Festrad 34 übernimmt
betriebszustandsabhängig die Funktion eines Zwischenrades.
Auf der Vorgelegewelle 32 ist ein Losrad 35 gelagert,
dass mit dem Festrad 34 der Vorgelegewelle 31 in
Eingriff steht. Dem Losrad 35 ist eine Schaltkupplung 36 zugeordnet, über
die das Losrad 35 drehfest mit der Vorgelegewelle 32 verbindbar
ist.
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Auf
der Vorgelegewelle 31 ist ein Losrad 37 drehbar
gelagert, das über eine weitere Schaltkupplung 38 drehfest
mit dem Festrad 34 verbindbar ist. Sei geschlossener Schaltkupplung 31 wird
die Antriebsleistung zwischen der Antriebsmaschine 7 und dem
Abtrieb 8 über das Losrad 37 auf ein
Festrad 39 der Vorgelegewelle 32 geleitet. Auf
der Abtriebswelle 29 der Getriebeeinrichtung 3 ist
ein Festrad 40 angeordnet, das mit dem Festrad 39 der
Vorgelegewelle 32 in ständiger Antriebsverbindung
steht. Das Losrad 37 und die Festräder 39 und 40 bilden
wiederum eine Antriebsräderkette 41.
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Die
Festräder 33, 34 und das Losrad 35 bilden
einen Verteilerrädersatz 42, der durch ein weiteres
Festrad 43 der Vorgelegewelle 22, zwei Festräder 44 und 45 der
Vorgelegewelle 27 und ein Festrad 46 der Vorgelegewelle 30 vervollständigt
wird.
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Auf
der Vorgelegewelle 30 ist ein Losrad 47 drehbar
gelagert, das über eine Schaltkupplung 48 drehfest
mit der Vorgelegewelle 30 verbindbar ist. Das Losrad 47 steht
in ständigem Zahneingriff mit dem Festrad 39,
wobei der Zahneingriff durch eine Linie 49 in der Zeichenebene
von 2 grafisch dargestellt ist. Das Losrad 47 ist
somit ebenfalls ein Teil der Antriebsräderkette 41.
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Das
Festrad 34 steht mit dem Festrad 44 des Verteilerrädersatzes 42 in
Eingriff, wobei der außerhalb der Zeichenebene liegende
räumliche Zahneingriff durch eine Linie 50 in
der Zeichenebene von 2 dargestellt ist. Das Losrad 26 der
Vorgelegewelle 27 kämmt mit dem Festrad 25,
wobei der Zahneingriff in der Zeichenebene der 2 durch
eine Linie 51 grafisch wiedergegeben ist.
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Die
Schaltkupplungen 48, 38 und 36 sind neben
den Richtungskupplungen 23, 24 und 28 zur
Darstellung der verschiedenen Übersetzungen und stellen
sogenannte Gang- bzw. Bereichskupplungen dar, wobei eine Übersetzung
bzw. ein Ganges jeweils durch eine geschlossene Richtungs- und eine
geschlossene Gangkupplung eingelegt wird. Die Schaltkupplung 28 ist
sowohl eine Richtungs- als auch eine Gangkupplung.
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Auf
der Vorgelegewelle 27 sind neben dem Losrad 26 die
Festräder 44 und 45 des Verteilerrädersatzes 42 gelagert.
Die Drehzahl und die Drehrichtung sämtlicher Zahnräder
des Verteilerrädersatzes 42 werden bei Betätigung
einer der Richtungskupplungen 23, 24 und 28 definiert.
Auf den Vorgelegewellen 30, 31 und 32 sind
neben den Schaltkupplungen 48, 38 und 36 je
ein Festrad 46, 34 und ein Losrad 35 des
Verteilerrädersatzes 42 sowie jeweils ein Losrad 47, 37 und
ein Festrad 39 der Antriebsräderkette 41 angeordnet.
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Die
hydraulische Einrichtung 6 ist im Bereich zwischen den
Richtungskupplungen bzw. den Wendekupplungen 23, 24 und 28 und
den Gangkupplungen 48, 38 und 36 über
eine Zahnradpaarung 52 an den Fahrzeugantriebsstrang 1 gekoppelt.
Die Zahnradpaarung 52 umfasst das Festrad 44 und
ein damit permanent kämmendes Festrad 53, das
drehfest mit einer Ausgangswelle 54 einer in beide Drehrichtungen
betreibbaren hydraulischen Maschine 55 verbunden ist.
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Die
vorbeschriebene Anbindung der hydraulischen Einrichtung 6 an
den Leistungsfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 bietet
auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, alle nachgeschalteten Übersetzungen
der Vorrichtung 2 zu nutzen und die hydraulische Einrichtung 6 hinsichtlich
ihrer Leistungsfähigkeit und ihrer baulichen Abmessungen
klein dimensionieren zu können sowie gleichzeitig im gesamten
Geschwindigkeitsbereich eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgebildeten
Fahrzeuges einsetzen zu können.
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Die
hydraulische Maschine 55 ist in beide Richtungen verschwenkbar
ausgeführt und die Ansaugseite sowie die Druckseite der
hydraulischen Maschine 55 sind über den gesamten
Betriebsbereich der hydraulischen Maschine 55 identisch.
Die Ausgangswelle 54 der hydraulischen Maschine 55 ist mit
einer Nebenabtriebswelle 56 verbunden, über die weitere
Nebenabtriebe des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten
Fahrzeuges antreibbar sind.
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Die
hydraulische Maschine 55 ist ansaugseitig mit einem im
Wesentlichen drucklosen Hydraulikfluidreservoir 57 und
druckseitig mit einer Druckmittelbehältereinrichtung 58 wirkverbunden,
die vorliegend drei Behälter aufweist. Die Anzahl der Behälter der
Druckmittelbehältereinrichtung 58 variiert in
Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles
und des erforderlichen Umfanges der Energiespeicherung. Das Hydraulikfluidreservoir 57 ist
bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 1 auch der Fluidspeicher der Arbeitsmaschine
des Fahrzeuges. Bei weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung
ist das Hydraulikfluidreservoir der Vorrichtung getrennt vom Fluidspeicher
der Arbeitsmaschine ausgeführt, womit der Modulcharakter
der erfindungsgemäßen Vorrichtung stärker
ausgeprägt ist.
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Zwischen
der Druckseite der hydraulischen Maschine 55 und der Druckmittelbehältereinrichtung 58 ist
eine betätigbare Rückschlagventileinrichtung 59 angeordnet,
die die Verbindung zwischen der hydraulischen Maschine 55 und
der Druckmittelbehältereinrichtung 58 bei Vorliegen
eines positiven Druckgefälles zwischen der Druckmittelbehältereinrichtung 58 und
der Druckseite der hydraulischen Maschine 55 sperrt. Die
Rückschlagventileinrichtung 59 ist über ein
3/2-Wegeventil 60 betätigbar, womit das Ansprechverhalten
der Rückschlagventileinrichtung 59 druckabhängig
variierbar ist.
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Um
einen maximalen Betriebsdruck der hydraulischen Einrichtung 6 begrenzen
zu können, umfasst die hydraulische Einrichtung 6 eine
Druckbegren zungsventileinrichtung 61. Zusätzlich
wird ein Speicherdruck der Druckmittelbehältereinrichtung 58 über
einen Drucksensor 62 ermittelt. Das Drucksignal des Drucksensors 62 wird
für die Betriebsstrategie des Hybridantriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 verwendet.
Wird beispielsweise ein Speicherdruck in der Nähe des Gasfülldruckes
ermittelt, wird das Schluckvolumen der hydraulischen Maschine 47 auf
Null abgesenkt. Während eines Transportbetriebes wird des
Fördervolumen der hydraulischen Maschine 55 ebenfalls
auf Null eingestellt.
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Soll über
die hydraulische Maschine 55 ein positives Drehmoment bzw.
ein Antriebsmoment in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 eingeleitet
werden, wird die Verbindung zwischen der Druckmittelbehältereinrichtung 58 und
der hydraulischen Maschine 55 im Bereich der entsperrbaren Rückschlagventileinrichtung 59 durch
entsprechendes Umschalten des 3/2-Wegeventiles 60 freigegeben.
Das in der Druckmittelbehältereinrichtung 58 gespeicherte
Druckmittel treibt dann die hydraulische Maschine 55 an,
in deren Bereich der hydraulische Druck in mechanische Energie umgewandelt
wird. Damit wird während des Antriebsmodus der hydraulischen
Maschine 55 das aus der Druckmittelbehältereinrichtung 58 verwendete
Druckmittel der hydraulischen Maschine 55 über
die Druckseite zugeführt und anschließend über
die Saugseite der hydraulischen Maschine 55 in das Hydraulikfluidreservoir 57 eingeleitet.
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Während
eines Rekuperationsbetriebes der hydraulischen Einrichtung 6 wird
ein Teil des abzustützenden Abtriebsmomentes über
die Zahnradpaarung 52 in die hydraulische Maschine 55 eingeleitet. Die
hydraulische Maschine 55 saugt aus dem Hydraulikfluidreservoir 57 Hydraulikfluid
an und pumpt dieses über die ab einem voreingestellten
Druckniveau öffnende Rückschlagventileinrichtung 59 Hydraulikfluid
in die Druckmittelbehältereinrichtung 58. Wird
ein im Bereich der Druckbegrenzungsventileinrichtung 61 maximaler
Betriebsdruck erreicht, öffnet die Druckbegrenzungsventileinrichtung 61 stromauf der
Druckmittelbehältereinrichtung 58 eine Verbindung
zwischen der Druckseite der hydraulischen Maschine 55 und
dem Hydraulikfluidreservoir 57, womit überschüssiges
Hydraulikfluid wieder in das Hydraulikfluidreservoir 57 zurückgeführt
wird.
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Der
Vorteil der hydraulischen Schaltung der hydraulischen Einrichtung 6 ist,
dass der jeweils zum Betrieb der hydraulischen Maschine 55 zwischen
der Druckmittelbehältereinrichtung 58 und der
hydraulischen Maschine 55 geführte Hydraulikfluidvolumenstrom
nicht durch das 3/2-Wegeventil 60 sondern nur durch die
entsperrbare Rückschlagventileinrichtung 59 geführt
wird, womit hydraulische Verluste gering sind.
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Grundsätzlich
ist die hydraulische Einrichtung 6 auf einfache und kostengünstige
Art und Weise herstellbar, da sich diese aus herkömmlichen
Bauelementen zusammensetzt. Aufgrund des über die hydraulische
Einrichtung 6 und die Antriebsmaschine 7 darstellbaren
Hybridantriebes ist die Antriebsmaschine 7, die als Dieselbrennkraftmaschine
ausgebildet sein kann, im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugantriebssträngen
kleiner dimensionierbar. Darüber hinaus ist über
die hydraulische Einrichtung 6 ein sogenannter Boostbetrieb
möglich und auch eine Betriebspunktverschiebung der Antriebsmaschine 7 während
eines einrichtungsseitigen Ladebetriebes der Druckmittelbehältereinrichtung 58 möglich.
Während eines Transportbetriebes eines Fahrzeuges ist das
Fördervolumen vorzugsweise auf Null einstellbar, um eine Überlastung
des hydraulischen Kreislaufes sowie unerwünschte Verlustleistungen
durch uneffektives Umwälzen von Hydraulikfluid im Bereich der
hydraulischen Einheit zu vermeiden. Darüber hinaus ist über
das erfindungsgemäße Konzept eine hydrostatische
Unterstützung im Haufwerk durchführbar.
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- 1
- Fahrzeugantriebsstrang
- 2
- Vorrichtung
- 3
- Getriebeeinrichtung
- 4
- Wendegetriebe
- 5
- hydrodynamische
Drehmomentwandlereinrichtung
- 6
- hydraulische
Einrichtung
- 7
- Antriebsmaschine
- 8
- Abtrieb
- 9
- PTO-Welle
- 10
- Wandlerüberbrückungskupplung
- 11
- Eingangswelle
- 12
- Pumpenrad
- 13
- Turbinenrad
- 14
- Hohlwelle
- 15
- Leitrad
- 16
- Freilauf
- 17
- Festrad
- 18
- Antriebsrädersatz
- 19,
20
- Losrad
- 21,
22
- Vorgelegewelle
- 23,
24
- Schaltkupplung
- 25
- weiteres
Festrad
- 26
- Losrad
- 27
- Vorgelegewelle
- 28
- Schaltkupplung
- 29
- Abtriebswelle
- 30–32
- Vorgelegewelle
- 33,
34
- Festrad
- 35
- Losrad
- 36
- Schaltkupplung
- 37
- Losrad
- 38
- Schaltkupplung
- 39,
40
- Festrad
- 41
- Antriebsräderkette
- 42
- Verteilerrädersatz
- 43–46
- Festrad
- 47
- Losrad
- 48
- Schaltkupplung
- 49–51
- Linie
- 52
- Zahnradpaarung
- 53
- Festrad
- 54
- Ausgangswelle
- 55
- Hydraulische
Maschine
- 56
- Nebenabtriebswelle
- 57
- Hydraulikfluidreservoir
- 58
- Druckmittelbehältereinrichtung
- 59
- Rückschlagventileinrichtung
- 60
- 3/2-Wegeventil
- 61
- Druckbegrenzungsventileinrichtung
- 62
- Drucksensor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4444843
A1 [0002, 0010]
- - DE 102005060992 A1 [0005]