DE102009001603A1

DE102009001603A1 - Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang

Info

Publication number: DE102009001603A1
Application number: DE102009001603A
Authority: DE
Inventors: Jürgen LEGNER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-09-23
Also published as: US20100236348A1; US8460147B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (2) für einen Fahrzeugantriebsstrang (1) mit einer Getriebeeinrichtung (3) zum Variieren verschiedener Übersetzungen und mit einer hydraulischen Einrichtung (4), über die im Bereich eines Abtriebes (5) des Fahrzeugantriebsstranges (1) ein Antriebsmoment zur Verfügung stellbar ist und in deren Bereich ein Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges (1) zumindest teilweise abstützbar ist, beschrieben. Der Getriebeeinrichtung (3) ist getriebeeingangsseitig ein Wendegetriebe (6) zur Darstellung einer Drehrichtungsumkehr vorgeschaltet und die hydraulische Einrichtung (4) ist zwischen dem Wendegetriebe (6) und der Getriebeeinrichtung (3) im Bereich des Getriebeeingangs (15) mit der Getriebeeinrichtung (3) in Wirkverbindung bringbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Fahrzedgantriebsstrang.
Aus der DE 10 2007 018 999 A1 ist eine Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe und einem Reversiergetriebe bzw. einem Wendegetriebe bekannt. Ein Antrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes treibt über das Reversiergetriebe ein Planetengetriebe an, in dessen Bereich die Leistung zwischen einem hydraulischen Leistungszweig und einem mechanischen Leistungszweig aufgeteilt wird. Der hydraulische Leistungszweig besteht aus einer Pumpe und zwei Motoren. Zusätzlich steht mit dem Antrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes eine hydraulische Versorgungspumpe in Verbindung, welche den geschlossenen Kreislauf der hydraulischen Pumpe und der hydraulischen Motoren im Sinne einer Speisepumpe mit Druckflüssigkeit versorgt.
Über die zusätzliche hydraulische Einrichtung bzw. die hydraulische Versorgungspumpe ist jedoch nachteilhafterweise weder im Zugbetrieb noch im Schubbetrieb am Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges ein Antriebsmoment zur Verfügung stellbar bzw. ein anliegendes Abtriebsmoment abstützbar. Darüber hinaus ist mittels der hydraulischen Einrichtung auch kein Rekuperationsbetrieb durchführbar, während welchem ein Schubmoment im Antriebsstrang zur Energierückgewinnung nutzbar ist und über den ein effizienter Betrieb eines Fahrzeuges erreichbar ist.
Ein hydrostatischer Antrieb, mit dem eine Rückgewinnung von Bremsenergie durchführbar ist, wird in der DE 10 2006 060 014 A1 beschrieben. Der hydrostatische Antrieb ist mit einer Hydropumpe und einem Hydromotor ausgebildet, die über eine erste Arbeitsleitung und eine zweite Arbeitsleitung miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist der hydrostatische Antrieb mit einem ersten Speicher und einem zweiten Speicher ausgeführt, wobei der erste Speicher zum Speichern von Druckenergie ausgelegt ist und über ein erstes Sitz ventil mit der ersten Arbeitsleitung und über ein zweites Sitzventil mit der zweiten Arbeitsleitung verbindbar ist. Der zweite Speicher ist über ein drittes Sitzventil mit der ersten Arbeitsleitung und über ein viertes Sitzventil mit einer zweiten Arbeitsleitung verbindbar.
Der hydrostatische Antrieb ist nachteilhafterweise durch einen komplexen Aufbau und hohe Herstellkosten gekennzeichnet, wodurch der Antrieb nur bedingt für den Einsatz in einem hybriden Fahrzeugantriebsstrang geeignet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer Getriebeeinrichtung zum Variieren verschiedener Übersetzungen und mit einer hydraulischen Einrichtung zur Verfügung zu stellen, die durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau gekennzeichnet ist und mittels der am Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges über eine hydraulische Einrichtung sowohl ein Antriebsmoment als auch ein Abtriebsmoment zur Verfügung stellbar bzw. abstützbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang ist mit einer Getriebeeinrichtung zum Variieren verschiedener Übersetzungen und mit einer hydraulischen Einrichtung ausgeführt. Über die hydraulische Einrichtung ist am Abtrieb des Fahrzeugantriebsstranges ein Antriebsmoment zur Verfügung stellbar. Zusätzlich ist im Bereich der hydraulischen Einrichtung ein Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges zumindest teilweise abstützbar. Getriebeeingangseitig ist der Getriebeeinrichtung ein Wendegetriebe zur Darstellung einer Drehrichtungsumkehr vorgeschaltet. Die hydraulische Einrichtung ist zwischen dem Wendegetriebe und der Getriebeeinrichtung im Bereich des Getriebeeinganges mit der Getriebeeinrichtung in Wirkverbindung bringbar.
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 nutzen zu können. Zusätzlich ist das durch die hydraulische Einrichtung jeweils zur Verfügung zu stellende Drehmoment aufgrund der getriebeeingangsseitigen Anbindung der hydraulischen Einrichtung niedrig, da diese durch die im Bereich der Getriebeeinrichtung eingestellte Übersetzung an den jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugantriebsstranges angepasst und entsprechend transformiert am Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges zur Verfügung steht.
Die Anbindung der hydraulischen Einrichtung zwischen dem Wendegetriebe und der Getriebeeinrichtung im Bereich des Getriebeeingangs der Getriebeeinrichtung bietet zusätzlich den Vorteil, dass die Vorrichtung ohne einen zusätzlichen Achsstich ausführbar ist, wenn die hydraulische Einrichtung im Bereich des zur Verfügung stehenden Achsabstandes zum Antriebsflansch der Getriebeeinrichtung montierbar ist.
Ist dies aufgrund der äußeren Abmessungen der hydraulischen Einrichtung nicht möglich, ist die hydraulische Einrichtung an die Getriebeeinrichtung auch über einen zusätzlichen Achsstich koppelbar, über den ein größerer Achsabstand zum Antriebsflansch der Getriebeeinrichtung zur Verfügung stellbar ist. Dann ist die Vorrichtung mit hydraulischen Einrichtungen ausführbar, die eine größere Leistungsfähigkeit aufweisen. Darüber hinaus bietet ein zusätzlicher Achsstich die Möglichkeit, eine Übersetzung zwischen der hydraulischen Einrichtung und der Getriebeeinrichtung aufgrund des größeren Bauraumangebotes innerhalb eines großen Übersetzungsbereiches an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall angepasst mit großer Flexibilität zur Verfügung zu stellen.
Sind die realisierbaren Achsabstände für den direkten Anbau der hydraulischen Einrichtung mit oder ohne zusätzlichen Achsstich nicht ausreichend, besteht auch die Möglichkeit, die hydraulische Einrichtung mit dem erforderlichen Abstand von der Getriebeeinrichtung im Fahrzeug zu montieren und über eine Gelenkwelle mit der Getriebeeinrichtung zu verbinden, wobei bei einer derartigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Getriebeeinrichtung nur ein Antriebsflansch erforderlich ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im Bereich des Ausgangs der Getriebeeinrichtung mehrere Bereichskupplungen zur Darstellung verschiedener Übersetzungsbereiche vorgesehen, innerhalb der die Übersetzung der 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.
Um die hydraulische Einrichtung bei hohen Fahrgeschwindigkeiten nicht mit jeweils die Funktionsweise der Einrichtung nachhaltig schädigenden Überdrehzahlen zu betreiben, ist die hydraulische Einrichtung bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung über eine Kupplungseinrichtung mit der Getriebeeinrichtung verbindbar und dann in ungünstigen Betriebszuständen vom Fahrzeugantriebsstrang trennbar. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die hydraulische Einheit in einem sogenannten Gelenkwellenstrang eines Fahrzeugantriebsstranges eines Baufahrzeuges oder eines Landmaschinenfahrzeuges angeordnet ist.
Bei einer konstruktiv einfachen und mit geringem Aufwand betätigbaren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die hydraulische Einrichtung über ein Losrad mit einem Zahnrad der Getriebeeinrichtung in Wirkverbindung bringbar.
Eine bauraumgünstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine in beide Drehrichtungen betreibbare hydraulische Maschine der hydraulischen Einrichtung auf.
Um am Abtrieb des Fahrzeugantriebsstranges ein Antriebsmoment auf konstruktiv einfache Art und Weise über die hydraulische Einrichtung zur Verfügung stellen zu können oder in deren Bereich ein Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges zumindest teilweise abstützen und vorzugsweise Bremsenergie im Bereich der hydraulischen Einrichtung rekuperieren zu können, steht die hydraulische Maschine bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung druckseitig mit einer Druckmittelbehältereinrichtung und ansaugseitig mit einem Hydraulikfluidreservoir in Wirkverbindung.
Eine durch einen konstruktiv einfachen Aufbau gekennzeichnete 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.
Bei einer einfach zu betätigenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Rückschlagventileinrichtung über ein 3/2-Wegeventil betätigbar.
Um unzulässig hohe Belastungen im Bereich der hydraulischen Einrichtung zu vermeiden, umfasst die hydraulische Einrichtung bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Druckbegrenzungsventileinrichtung zur Begrenzung des maximalen Betriebsdruckes.
Eine ebenfalls einfach betreibbare Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit einem Drucksensor zur Überwachung eines Speicherdruckes der Druckmittelbehältereinrichtung ausgebildet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges; und
2 eine detaillierte Ansicht des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1.
1 zeigt einen Fahrzeugantriebsstrang 1 eines als Arbeitsmaschine ausgeführten Fahrzeuges, wie eines Radladers oder einer Landmaschine. Der Fahrzeugantriebsstrang 1 ist mit einer Vorrichtung 2 ausgebildet, die vorliegend unter anderem eine Getriebeeinrichtung 3 zum Variieren verschiedener Übersetzungen und eine hydraulische Einrichtung 4 umfasst. Über die hydraulische Einrichtung 4 ist im Bereich eines Abtriebes 5 des Fahrzeugantriebsstranges 1 im Zugbetrieb ein Antriebsmoment zur Verfügung stellbar. Darüber hinaus ist im Bereich der hydraulischen Einheit 4 im Schubbetrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 ein Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges 1 zumindest teilweise abstützbar.
Der Getriebeeinrichtung 3 ist getriebeeingangsseitig ein Wendegetriebe 6 zur Darstellung einer Drehrichtungsumkehr vorgeschaltet, wobei die hydraulische Einrichtung 4 im Leistungsfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 zwischen dem Wendegetriebe 6 und der Getriebeeinrichtung 3 angeordnet ist. Das bedeutet, dass im Bereich des Wendegetriebes 6 zwischen Betriebsmodi für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt umgeschaltet werden kann.
Zwischen einer vorliegend als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 7 des Fahrzeugantriebsstranges 1 und dem Wendegetriebe 6 zweigt ein sogenannter Nebenabtrieb 8 ab, über den verschiedene Gerätschaften des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges betriebszustandsabhängig antreibbar sind. Die Getriebeeinrichtung 3 umfasst einen Variator 9 und einen in 2 näher dargestellten, Bereichskupplungen K1 bis K3 umfassenden Getriebebereich 10.
In 2 ist ein Hydraulikschaltbild der hydraulischen Einrichtung 4 und ein das Wendegetriebe 6, die Getriebeeinrichtung 3 und den Abtrieb 5 umfassendes Räderschema gezeigt. Die Getriebeeinrichtung 3 ist mit sekundär gekoppelter Leistungsverzweigung ausgeführt und über die Bereichskupplungen K1 bis K3 sind in den Betriebsmodi für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt nichtsynchrone Bereichswechsel zwischen drei Übersetzungsbereichen der Getriebeeinrichtung 3 durchführbar. Die Getriebeeinrichtung 3 ist somit mit drei Fahrbereichen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt ausgeführt, welche jeweils durch Abschalten eines der Schaltelemente K1, K2 oder K3 und durch Zuschalten von wenigstens einem der Schaltelemente K1, K2 oder K3 darstellbar sind.
Ein Teil des jeweils von der Antriebsmaschine 7 zur Verfügung gestellten Drehmomentes ist in einem ersten Leistungszweig 11 der Getriebeeinrichtung 3 über eine Hydrostateinrichtung 12 und der andere Teil des Drehmomentes ist über einen zweiten Leistungszweig 13 über eine mechanische Einrichtung 14 zwischen einem Getriebeeingang 15 bzw. einer Getriebeeingangswelle und einem Getriebeausgang 16 bzw. einer Getriebeausgangswelle führbar. Die beiden Leistungszweige 11 und 13 der Getriebeeinrichtung 3 stehen über eine Planetengetriebeeinrichtung 17 der Getriebeeinrichtung 3 in Wirkverbindung.
Zwischen einer Motorausgangswelle 18 der Antriebsmaschine 7 und der Getriebeeingangswelle 15 ist ein sogenannter Schwingungsdämpfer 19 angeordnet, mittels welchem Drehungleichförmigkeiten im Bereich der Antriebsmaschine 7 gedämpft und nur zu einem geringen Anteil in das Wendegetriebe 6 und den restlichen Teil des Fahrzeugantriebsstranges 1 eines Fahrzeuges bzw. eines Baufahrzeuges eingeleitet werden.
Die Hydrostateinrichtung 12 des ersten Leistungszweiges 11 umfasst eine Pumpe 20 und einen über einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten hydraulischen Kreislauf damit wirkverbundenen Motor 21, die über ein gemeinsames Joch 22 verstellt werden und als Schrägachseneinheiten ausgeführt sind. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Pumpe und der Motor der Hydrostateinrichtung unabhängig voneinander einstellbar sind und eine andere ebenfalls geeignete Bauform aufweisen.
Zusätzlich sind die Getriebeeinrichtung 3 und das Wendegetriebe 6 als Vorgelegegetriebe mit mehreren zueinander beabstandeten Vorgelegewellen 23 bis 26 und 31 ausgebildet, womit die Getriebeeinrichtung 3 und das Wendegetriebe 6 in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf und in radialer Richtung bzw. in Fahrzeughochrichtung einen hohen Bauraumbedarf aufweisen, wobei der hohe radiale Bauraumbedarf zur Überbrückung eines Achsabstandes zwischen der Motorausgangswelle 18 der Antriebsmaschine 7 bzw. der Getriebeausgangswelle 16 und den Antriebsachsen des vorliegend als Radlager ausgeführten Fahrzeuges verwendet wird.
Das Wendegetriebe 6 umfasst vorliegend zwei Fahrtrichtungsschaltelemente KR und KV, mittels welchen zwischen dem Modus für Vorwärtsfahrt und dem Modus für Rückwärtsfahrt umgeschaltet werden kann. Auf der dem Fahrtrichtungsschaltelement KR für Rückwärtsfahrt zugeordneten Vorgelegewelle 26 ist eine Getriebepumpe 27 angeordnet, wobei die Vorgelegewelle 26 von der Antriebsmaschine 7 über eine Zahnradpaarung 28 antreibbar ist.
Die Übersetzung der Zahnradpaarung 28, die aus einem ersten drehfest mit der weiteren Vorgelegewelle 31 des Wendegetriebes 6 verbundenen und als Stirnrad ausgeführten Zahnrad 29 und einem zweiten Zahnrad 30 gebildet ist, ist dabei derart, dass die Drehzahl der weiteren Vorgelegewelle 31 in Richtung der Vorgelegewelle 26 des Wendegetriebes 6 ins Schnelle übersetzt wird. Dadurch läuft die Getriebepumpe 27 vorliegend mit 20% höherer Drehzahl als die Antriebsmaschine 7 und ist bei dieser Ausgestaltung des Wendegetriebes 6 im Vergleich zu einer direkt auf der im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl wie die Antriebsmaschine 7 rotierenden Vorgelegewelle 31 angeordneten Getriebepumpe kleiner dimensionierbar.
Über die Getriebepumpe 27 ist neben einem die Pumpe 20 und den Motor 21 der Hydrostateinrichtung 12 miteinander verbindenden hydraulischen Kreislauf, der als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist, auch ein Schmier- und Kühlkreislauf mit Hydraulikfluid beaufschlagbar. Zusätzlich sind die Schaltelemente K1 bis K3 sowie die Fahrtrichtungsschaltelemente KR und KV über die Getriebepumpe 27 mit hydraulischem Arbeitsdruck beaufschlagbar und von einem im Wesentlichen geöffneten Betriebszustand in einen im Wesentlichen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführbar.
Neben der Getriebepumpe 27 findet im Bereich der Vorgelegewelle 26 des Wendegetriebes 6 eine weitere Leistungsabnahme statt, die für die Betätigung der Arbeitsausrüstung eines vorzugsweise als Radlader ausgeführten Baufahrzeuges vorgesehen ist. Dabei werden in einem offenen hydraulischen Kreislauf angeordnete hydraulische Zylinder, mittels welchen eine Ladeschaufel oder dergleichen betätigbar ist, mit entsprechendem Arbeitsdruck versorgt.
Sowohl die Schaltelemente K1 bis K3 als auch die Fahrtrichtungsschaltelemente KR und KV sind als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet, womit nicht synchrone Bereichswechsel zwischen den über die drei Schaltelemente K1 bis K3 zu- und abschaltbaren Fahrbereiche durchführbar sind.
Die Planetengetriebeeinrichtung 17 weist vorliegend zwei Sonnenräder 32, 33 auf, welche mit gemeinsamen Doppelplanetenrädern 34 kämmen, die wiederum auf einem Planetenträger 35 drehbar gelagert sind. Die weitere Vor gelegewelle 31 des Wendegetriebes 6 ist über die Fahrtrichtungsschaltelemente KV und KR mit dem Planetenträger 35 der Planetengetriebeeinrichtung 17 in Wirkverbindung bringbar, während die Pumpe 20 der Hydrostateinrichtung 12 mit dem kleinen Sonnenrad 33 der Planetengetriebeeinrichtung 17 verbunden ist. Das große Sonnenrad 32 der Planetengetriebeeinrichtung 17 ist durch ein als Hohlwelle ausgeführtes Hohlrad 36 der Planetengetriebeeinrichtung 17 hindurch mit einem Zahnrad 37 drehfest verbunden.
In Abhängigkeit eines Schluckvolumens des Motors 21 und eines Fördervolumens der Pumpe 20 ist wenigstens ein Teil des von der Antriebsmaschine 7 anliegenden Drehmomentes über das große Sonnenrad 32 der Planetengetriebeeinrichtung 17 in den die mechanische Einrichtung 14 aufweisenden zweiten Leistungszweig 13 einleitbar.
Grundsätzlich wird der Antrieb der Antriebsmaschine 7 bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1 über die Fahrtrichtungskupplung KR oder KV auf den Planetenträger 35 der Planetengetriebeeinrichtung 17 geführt. Ausgehend vom Planetenträger 35 wird das Drehmoment über die Doppelplanetenräder 34 aufgeteilt und ein Teil über das kleine Sonnenrad 33 weitergeleitet und zum Antrieb der Pumpe 20 verwendet. Der mechanische Abtrieb des anderen Teils des Abtriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 erfolgt über das große Sonnenrad 32 der Planetengetriebeeinrichtung 17 und das Zahnrad 37 oder das Hohlrad 36 und ein damit wiederum drehfest verbundenes Zahnrad 38.
Steht der Motor 21 still und dreht die Pumpe 20 mit maximaler Drehzahl ist das Schluckvolumen des Motors 21 maximal während das Fördervolumen der Pumpe 20 gleich Null ist. Dabei wird keine Antriebsleistung übertragen. Dabei besteht die Möglichkeit, ein vom Fahrzeug auf den Abtrieb wirkendes Drehmoment vollkommen hydraulisch abzustützen. Wird nun ausgehend von dieser Stellung der Hydrostaten das Fördervolumen der Pumpe 20 vergrößert, und ggf. gleichzeitig das Schluckvolumen des Motors 21 verringert, beginnt einerseits die Pumpe 20 mit der Ölförderung und Drehmomentaufnahme und andererseits der Motor 21 mit der Drehbewegung und Drehmomentabgabe.
Um das Drehmomententgleichgewicht am Planetengetriebe 17 aufrecht zu erhalten, wird in dem Moment, wo die Pumpe 20 Drehmoment aufnimmt, diese abgebremst. Es fließt somit ab Bewegungsbeginn eine Teilleistung mechanisch.
Die zweite Grenze der über die Schaltelemente K1 bis K3 darstellbaren Fahrbereiche liegt dann vor, wenn die Pumpe 20 stillsteht und die Drehzahl des Motors 21 maximal ist, wobei das Schluckvolumen des Motors 21 dann gleich Null ist und das Fördervolumen der Pumpe 20 seinen maximalen Wert aufweist. In diesem Betriebszustand der Hydrostateinrichtung 12 wird die Antriebsleistung der Antriebsmaschine 7 über die Getriebeeinrichtung 3 vollständig mechanisch von der weiteren Vorgelegewelle 31 des Wendegetriebes 6 auf die Getriebeausgangswelle 16 der Getriebeeinrichtung 3 übertragen.
Über den über das erste Schaltelement K1 zuschaltbaren ersten Fahrbereich ist die größte Übersetzung darstellbar, während über den über das zweite Schaltelement K2 zuschaltbaren zweiten Fahrbereich mittlere Übersetzungen und über den über das dritte Schaltelement K3 zuschaltbaren dritten Fahrbereich die kleinste Übersetzung darstellbar sind. Zudem sind die drei Fahrbereiche derart ausgelegt, dass sich der erste Fahr- bzw. Übersetzungsbereich und der zweite Übersetzungsbereich sowie der dritte Übersetzungsbereich überlappen und die Übersetzung in der Getriebeeinrichtung 3 über den gesamten Übersetzungsbereich der Getriebeeinrichtung 3, der sich vom unteren Grenzwert der Übersetzung des ersten Fahrbereiches bis zum oberen Grenzwert der Übersetzung des dritten Fahrbereiches erstreckt, stufenlos und für einen Fahrer eines mit der Getriebeeinrichtung 3 ausgeführten Fahrzeuges nicht merkbar sowie zugkraftunterbrechungsfrei veränderbar ist.
Bei über die erste Bereichskupplung K1 zugeschaltetem erstem Fahrbereich wird das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 7 in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Hydrostateinrichtung 12 wenigstens teilweise vom Motor 21, über ein damit drehfest verbundenes Stirnrad 39 und ein damit kämmendes weiteres Stirnrad 40 übertragen. Das weitere Stirnrad 40 ist drehbar auf der Vorgelegewelle 24 gelagert und über das erste Schaftelement K1 drehfest mit einem drehfest mit der Vorgelegewelle 24 verbundenen und ebenfalls als Stirnrad ausgeführten Zahnrad 41 verbindbar. Das bedeutet, dass bei entsprechender Übertragungsfähigkeit des als reibschlüssige Kupplung ausgeführten ersten Schaltelementes K1 der hydraulisch übertragene Teil des Drehmomentes der Antriebsmaschine 7 auf das Stirnrad 41 geführt wird. Das Stirnrad 41 kämmt wiederum mit einem weiteren Zahnrad 42, welches drehfest mit der Getriebeausgangswelle 16 verbunden ist, über die das Drehmoment zu den Antriebswellen des Fahrzeuges führbar ist.
Der andere Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 wird bei zugeschaltetem ersten Fahrbereich vom großen Sonnenrad 32 und dem damit drehfest verbundenen Zahnrad 38 sowie einem damit kämmenden weiteren Zahnrad 43 auf die Vorgelegewelle 23 geführt, die drehfest mit dem Motor 21 und dem Stirnrad 39 verbunden ist. Damit wird der über die mechanische Einrichtung 14 geführte Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 dem über die Hydrostateinrichtung 12 geführten Teil des Antriebsmomentes bereits im Bereich der Vorgelegewelle 23 überlagert und anschließend gemeinsam über die Stirnräder 39, 40, 41 und 42 auf die Getriebeausgangswelle 16 weitergeleitet.
Bei zugeschaltetem zweitem Fahrbereich wird ein in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Hydrostateinrichtung 12 stehender Anteil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 vom Motor 21 über die Vorgelegewelle 23 und das damit drehfest verbundene Zahnrad 43 auf das drehfest mit dem Hohlrad 36 der Planetengetriebeeinrichtung 17 verbundene Zahnrad 38 geleitet. In der Planetengetriebeeinrichtung 17 wird das am Hohlrad 36 anliegende Dreh moment dem auf das große Sonnenrad 32 geleiteten Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 überlagert und über das Zahnrad 37 auf ein drehbar auf der Vorgelegewelle 25 und mit dem Zahnrad 37 kämmendes weiteres Zahnrad 44 übertragen. Da das Zahnrad 44 in geschlossenem Betriebszustand der zweiten Bereichskupplung K2 mit der Vorgelegewelle 25 drehfest verbunden ist, wird das am Zahnrad 44 anliegende Drehmoment auf ein drehfest mit der Vorgelegewelle 25 verbundenes Zahnrad 45 weitergeleitet, welches wiederum mit dem Zahnrad 41 der Vorgelegewelle 24 kämmt, womit das Drehmoment vom Stirnrad 41 auf das Zahnrad 42 und somit auf die Getriebeausgangswelle 16 übertragen wird.
Ist in der Getriebeeinrichtung 3 der dritte Fahrbereich zugeschaltet, wird ein in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustandes der Hydrostateinrichtung 12 stehender Anteil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 über den ersten Leistungszweig 11 hydraulisch vom Motor 21 über die dritte Bereichskupplung K3 und ein über das dritte Schaftelement K3 drehfest mit der Vorgelegewelle 23 verbindbares Zahnrad 46, ein damit kämmendes Zahnrad 47, das mit der Vorgelegewelle 24 verbunden ist, und das ebenfalls mit der Vorgelegewelle 24 drehfest verbundene Stirnrad 41 auf das Zahnrad 42 und die Getriebeausgangswelle 16 weitergeleitet. Gleichzeitig wird der andere Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 7 über den zweiten Leistungszweig 13 der Getriebeeinrichtung 3 über die Doppelplanetenräder 34 und das Hohlrad 36 der Planetengetriebeeinrichtung 17 auf die Vorgelegewelle 23 geführt und dort dem vom Motor 21 abgegebenen Drehmoment überlagert und über die vorbeschriebene Zahnradkette zu der Getriebeausgangswelle 16 weitergeleitet.
Zur Zuschaltung eines der drei Fahrbereiche ist jeweils eines der Schaltelemente K1 bis K3 mit einer Übertragungsfähigkeit darzustellen, zu welcher ein über die Getriebeeinrichtung 3 zu führendes Drehmoment vollständig über eines der Schaltelemente K1 bis K3 führbar ist. Das bedeutet, dass das erste Schaltelement K1 bei zugeschaltetem ersten Fahrbereich mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt wird, zu dem das erste Schaltelement K1 vollständig ge schlossen ist. Die beiden anderen Schaltelemente K2 und K3 werden in diesem Betriebszustand der Getriebeeinrichtung 3 im Wesentlichen druckfrei geschaltet und liegen in geöffnetem Zustand vor.
Bei einem Wechsel vom ersten Fahrbereich in den zweiten Fahrbereich erfolgt ausgehend vom ersten Schaltelement K1 in Richtung des zweiten Schaltelementes K2 eine Lastübernahme, wobei das erste Schaltelement K1 das abzuschaltende Schaltelement und das zweite Schaltelement K2 das zuzuschaltende Schaltelement ist. Liegt eine Anforderung für einen Wechsel vom zweiten Fahrbereich in Richtung des dritten Fahrbereiches vor, wird das zweite Schaltelement K2 abgeschaltet und das dritte Schaltelement K3 zugeschaltet.
Liegt jeweils eine Anforderung für einen Fahrbereichswechsel vom dritten Fahrbereich in Richtung des zweiten Fahrbereiches oder vom zweiten Fahrbereich in Richtung des ersten Fahrbereiches vor, ist jeweils das dritte Schaltelement K3 oder das zweite Schaltelement K2 das abzuschaltende Schaltelement, während das zweite Schaltelement K2 oder das erste Schaltelement K1 jeweils das zuzuschaltende Schaltelement darstellt.
Da im Bereich der mechanischen Einrichtung 14 durch einen Wechsel des Fahrbereiches die durch die verschiedenen Zahnräder der mechanischen Einrichtung 14 jeweils fest vorgegebene Übersetzung wechselt, wird im Bereich der Hydrostateinrichtung 12 durch Verstellen des Schluckvolumens des Motors 21 und des Fördervolumens der Pumpe 20 eine Veränderung der Übersetzung im Bereich der Hydrostateinrichtung 12 dahingehend vorgenommen, dass sich am Ende des Fahrbereichswechsels dieselbe Übersetzung in der Getriebeeinrichtung 3 einstellt wie vor dem Fahrbereichswechsel und die Gesamtübersetzung der Getriebeeinrichtung 3 über den gesamten Betriebsbereich der Getriebeeinrichtung 3 stufenlos veränderbar ist.
Über die im Bereich zwischen dem Wendegetriebe 6 und dem Getriebeeingang der Getriebeeinrichtung 3 leistungsmäßig angeordnete hydraulische Einrichtung 4 ist ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 aufgeführten Fahrzeuges rein hydraulisch betreibbar bzw. rein hydrostatisch antreibbar, wobei die Antriebsmaschine 7 dann im Wesentlichen am Abtrieb 5 kein Antriebsmoment zur Verfügung stellt. Zusätzlich ist über die hydraulische Einrichtung 4 ein hybrider Fahrbetrieb darstellbar, während welchem sowohl von der hydraulischen Einrichtung 4 als auch der Antriebsmaschine 7 Drehmoment in den Leistungsfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 eingeleitet wird.
Dabei ist der hybride Fahrbetrieb sowohl im Zug- als auch im Schubbetrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 durchführbar. Während eines Schubbetriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 ist im Bereich der hydraulischen Einrichtung 4' zumindest ein Teil des abzustützenden Abtriebsmomentes mittels eines Rekuperationsbetriebes der hydraulischen Einrichtung 4 in der später beschrieben Art und Weise zur Energierückgewinnung nutzbar.
Die hydraulische Einrichtung 4 weist eine in beide Drehrichtungen betreibbare hydraulische Maschine 47 auf, die über eine Stirnradpaarung 48 mit dem Getriebeeingang 15 im Bereich des Planetenträgers 35 der Planetengetriebeeinrichtung 17 verbunden ist. Die hydraulische Maschine 47 ist auch in beide Richtungen verschwenkbar ausgeführt und die Ansaugseite sowie die Druckseite der hydraulischen Maschine 47 sind über den gesamten Betriebsbereich der hydraulischen Maschine 47 identisch. Die Stirnradpaarung 48 umfasst ein drehfest mit einer Ausgangswelle 49 der hydraulischen Maschine 48 verbundenes Stirnrad 50 und ein wiederum drehfest mit dem Planententräger 35 verbundenes weiteres Stirnrad 51.
In der als Hohlwelle ausgeführten Ausgangswelle 49 der hydraulischen Maschine 47 ist eine Nebenabtriebswelle 52 drehbar gelagert, welche ein damit drehfest verbundenes Stirnrad 53 aufweist, das wiederum mit dem drehfest mit der weiteren Vorgelegewelle 31 des Wendegetriebes 6 verbundenen Zahnrad 29 kämmt. Über die Nebenabtriebswelle 52 sind weitere Nebenabtriebe des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges antreibbar.
Die hydraulische Maschine 47 ist ansaugseitig mit einem im Wesentlichen drucklosen Hydraulikfluidreservoir 54 und druckseitig mit einer Druckmittelbehältereinrichtung 55 wirkverbunden, die vorliegend drei Behälter aufweist. Die Anzahl der Behälter der Druckmittelbehältereinrichtung variiert in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles und des erforderlichen Umfanges der Energiespeicherung. Das Hydraulikfluidreservoir 54 ist bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 auch der Fluidspeicher der Arbeitsmaschine des Fahrzeuges. Bei weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung ist das Hydraulikfluidreservoir der Vorrichtung getrennt vom Fluidspeicher der Arbeitsmaschine ausgeführt, womit der Modulcharakter der erfindungsgemäßen Vorrichtung stärker ausgeprägt ist.
Zwischen der Druckseite der hydraulischen Maschine 47 und der Druckmittelbehältereinrichtung 55 ist eine betätigbare Rückschlagventileinrichtung 56 angeordnet, die die Verbindung zwischen der hydraulischen Maschine 47 und der Druckmittelbehältereinrichtung 55 bei Vorliegen eines positiven Druckgefälles zwischen der Druckbehältereinrichtung 55 und der Druckseite der hydraulischen Maschine 47 sperrt. Die Rückschlagventileinrichtung 56 ist über ein 3/2-Wegeventil 59 betätigbar, womit das Ansprechverhalten der Rückschlagventileinrichtung 56 druckabhängig variierbar ist.
Um einen maximalen Betriebsdruck der hydraulischen Einrichtung 4 begrenzen zu können, umfasst die hydraulische Einrichtung 4 eine Druckbegrenzungsventileinrichtung 57. Zusätzlich wird ein Speicherdeck der Druckmittelbehältereinrichtung 55 über einen Drucksensor 58 ermittelt. Das Drucksignal des Drucksensors 58 wird für die Betriebsstrategie des Hybridantriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 verwendet. Wird beispielsweise ein Speicherdruck in der Nähe des Gasfülldruckes ermittelt, wird das Schluckvolumen der hydraulischen Maschine 47 auf Null abgesenkt.
Soll über die hydraulische Maschine 47 ein positives Drehmoment bzw. ein Antriebsmoment in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 eingeleitet werden, wird die Verbindung zwischen der Druckmittelbehältereinrichtung 58 und der hydraulischen Maschine 47 im Bereich der entsperrbaren Rückschlagventileinrichtung 56 durch entsprechendes Umschalten des 3/2-Wegeventiles 59 freigegeben. Das in der Druckmittelbehältereinrichtung 55 gespeicherte Druckmittel treibt dann die hydraulische Maschine 47 an, in deren Bereich der hydraulische Druck in mechanische Energie umgewandelt wird. Damit wird während des Antriebsmodus der hydraulischen Maschine 47 das aus der Druckmittelbehältereinrichtung 55 verwendete Druckmittel der hydraulischen Maschine 47 über die Druckseite zugeführt und anschließend über die Saugseite der hydraulischen Maschine 47 in das Hydraulikfluidreservoir 54 eingeleitet.
Während eines Rekuperationsbetriebes der hydraulischen Einrichtung 4 wird ein Teil des abzustützenden Abtriebsmomentes über die Stirnradpaarung 48 in die hydraulische Maschine 47 eingeleitet. Die hydraulische Maschine 47 saugt aus dem Hydraulikfluidreservoir 54 Hydraulikfluid an und pumpt dieses über die ab einem voreingestellten Druckniveau öffnende Rückschlagventileinrichtung 56 Hydraulikfluid in die Druckmittelbehältereinrichtung 55. Wird ein im Bereich der Druckbegrenzungsventileinrichtung 57 maximaler Betriebsdruck. erreicht, öffnet die Druckbegrenzungsventileinrichtung 57 stromauf der Druckmittelbehältereinrichtung 55 eine Verbindung zwischen der Druckseite der hydraulischen Maschine 47 und dem Hydraulikfluidreservoir 54, womit überschüssiges Hydraulikfluid über einen nicht dargestellten Kühler wieder in das Hydraulikfluidreservoir 54 zurückgeführt wird.
Der Vorteil der hydraulischen Schaltung der hydraulischen Einrichtung 4 ist, dass der jeweils zum Betrieb der hydraulischen Maschine 47 zwischen der Druckmittelbehältereinrichtung 55 und der hydraulischen Maschine 47 geführte Hydraulikfluidvolumenstrom nicht durch das 3/2-Wegeventil sondern nur durch die entsperrbare Rückschlagventileinrichtung 56 geführt wird, womit hydraulische Verluste gering sind.
Grundsätzlich ist die hydraulische Einrichtung 4 auf einfache und kostengünstige Art und Weise herstellbar, da sich diese aus herkömmlichen Bauelementen zusammensetzt. Aufgrund des über die hydraulische Einrichtung 4 und die Antriebsmaschine 7 darstellbaren Hybridantriebes ist die Antriebsmaschine 7, die als Dieselbrennkraftmaschine ausgebildet sein kann, im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugantriebssträngen kleiner dimensionierbar. Darüber hinaus ist über die hydraulische Einrichtung 4 ein sogenannter Boostbetrieb möglich und auch eine Betriebspunktverschiebung der Antriebsmaschine 7 während eines einrichtungsseitigen Ladebetriebes der Druckmittelbehältereinrichtung 55 möglich.

1: Fahrzeugantriebsstrang
2: Vorrichtung
3: Getriebeeinrichtung
4: hydraulische Einrichtung
5: Abtrieb
6: Wendegetriebe
7: Antriebsmaschine
8: Nebenabtrieb
9: Variator
10: Getriebebereich
11: erster Leistungszweig
12: Hydrostateinrichtung
13: zweiter Leistungszweig
14: mechanische Einrichtung
15: Getriebeeingang
16: Getriebeausgang
17: Planetengetriebeeinrichtung
18: Motorausgangswelle
19: Schwingungsdämpfer
20: Pumpe
21: Motor
22: Joch
23–26: Vorgelegewelle
27: Getriebepumpe
28: Zahnradpaarung
29, 30: Zahnrad
31: weitere Vorgelegewelle des Wendegetriebes
32: großes Sonnenrad
33: kleines Sonnenrad
34: Doppelplanetenrad
35: Planetenträger
36: Hohlrad
37, 38: Zahnrad
39–41: Stirnrad
42–46: Zahnrad
47: hydraulische Maschine
48: Stirnradpaarung
49: Ausgangswelle
50, 51: Stirnrad
52: Nebenabtriebswelle
53: Stirnrad
54: Hydraulikfluidreservoir
55: Druckmittelbehältereinrichtung
56: Rückschlagventileinrichtung
57: Druckbegrenzungsventileinrichtung
58: Drucksensor
59: 3/2-Wegeventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007018999 A1 [0002]
- DE 102006060014 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (2) für einen Fahrzeugantriebsstrang (1) mit einer Getriebeeinrichtung (3) zum Variieren verschiedener Übersetzungen und mit einer hydraulischen Einrichtung (4), über die im Bereich eines Abtriebes (5) des Fahrzeugantriebsstranges (1) ein Antriebsmoment zur Verfügung stellbar ist und in deren Bereich ein Abtriebsmoment des Fahrzeugantriebsstranges (1) zumindest teilweise abstützbar ist, wobei der Getriebeeinrichtung (3) getriebeeingangsseitig ein Wendegetriebe (6) zur Darstellung einer Drehrichtungsumkehr vorgeschaltet ist und die hydraulische Einrichtung (4) zwischen dem Wendegetriebe (6) und der Getriebeeinrichtung (3) im Bereich des Getriebeeinganges (15) mit der Getriebeeinrichtung (3) in Wirkverbindung bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ausgangs der Getriebeeinrichtung (16) mehrere Bereichskupplungen (K1, K2, K3) zur Darstellung verschiedener Übersetzungsbereiche, innerhalb der die Übersetzung der Getriebeeinrichtung (3) jeweils stufenlos variierbar ist, vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Einrichtung über eine Kupplungseinrichtung mit der Getriebeeinrichtung verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Einrichtung (4) über ein Zahnrad (50) mit einem Zahnrad (51) der Getriebeeinrichtung (3) in Wirkverbindung bringbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Einrichtung (4) eine in beide Drehrichtungen betreibbare hydraulische Maschine (47) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine (47) druckseitig mit einer Druckmittelbehältereinrichtung (55) und ansaugseitig mit einem Hydraulikfluidreservoir (54) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckseite der hydraulischen Maschine (47) und der Druckmittelbehältereinrichtung (55) eine betätigbare Rückschlagventileinrichtung (56) angeordnet ist, die die Verbindung zwischen der hydraulischen Maschine (47) und der Druckmittelbehältereinrichtung (55) bei Vorliegen eines positiven Druckgefälles zwischen der Druckmittelbehältereinrichtung (55) und der Druckseite der hydraulischen Maschine (47) sperrt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventileinrichtung (56) über ein 3/2-Wegeventil (59) betätigbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Einrichtung (4) eine Druckbegrenzungsventileinrichtung (57) zur Begrenzung des maximalen Betriebsdruckes umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (58) zur Überwachung eines Speicherdruckes der Druckmittelbehältereinrichtung (55) vorgesehen ist.