Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe.

Ein hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe wird beispielsweise in der DE 10 2004 001 929 A1 beschrieben. Vorgeschlagen wird ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit ^' stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis, das einen hydrostatischen Getriebeteil, bestehend aus einer ersten Hydrostateinheit mit ersteilbarem Volumen und einer zweiten Hydrostateinheit mit konstantem Volumen und einem mechanischen Getriebeteil, umfassend ein Summierungsgetriebe und ein Bereichsgetriebe aufweist, bei dem das Summierungsgetriebe und das Bereichsgetriebe achsversetzt zu den Hydrostateinheiten angeordnet sind.

Ein weiteres hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe ist in der WO 2009/071060 A2 beschrieben, bestehend aus einem Gehäuse, respektive einem aus einzelnen Gehäuseteilen zusammengesetztem Gehäuse, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmotor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, antreibbare Antriebswelle, die über Zahnradelemente, nach Art eines Pumpenverteilergetriebes, auf mindestens zwei Hydropumpen einwirkt und über mindestens ein weiteres Zahnrad verfügt, das mittel- oder unmittelbar auf ein Abtriebselement eines Lastschaltgetriebes einwirkt, wobei zumindest im Bereich des Zahnrades mindestens ein Kupplungselement positioniert ist, und wobei das Lastschaltgetriebe zumindest eine über mindestens eine, im hydrostatischen Kreislauf antreibbare Welle verfügt, im Bereich derer Kupplungen, Bremsen, Bauteile eines einstufigen Planetengetriebes und dergleichen Bauteile vorgesehen sind, wobei das Abtriebselement des Lastschaltgetriebes auf mindestens eine Ausgangswelle geschaltet ist.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein alternatives hydrostatisch mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe bereit zu stellen, das geeignet ist,

BESTÄTIGUNGSKOPIE Verbrennungsmotoren drehzahloptimiert zu betreiben und gleichzeitig verbesserte Wirkungsgrade dadurch zu erzielen, dass in unterschiedlichen Betriebszuständen jeweils über Kupplungen diejenigen Antriebselemente aktiviert werden, die eine optimale Wirkungsgradbilanz begründen und indem über Kupplungen solche Antriebselemente abgeschaltet und in Stillstand versetzt werden, die in bestimmten Betriebsbereichen funktionell nicht eingesetzt werden, aber den Gesamtwirkungsgrad, z.B. durch Schleppverlust von Hydraulikmotoren, verschlechtern könnten.

Dieses Ziel wird erreicht durch ein hydrostatisch mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe, beinhaltend ein Gehäuse, mindestens einen, aus mindestens einer Hydraulikpumpe und mindestens einem Hydraulikmotor bestehenden ersten Leistungszweig, mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete von mindestens einem Antriebsmötor, insbesondere einer Brennkraftmaschine als weiteren Leistungszweig, mittel- oder unmittelbar antreibbare Antriebswelle, die über Zahnradelemente verfügt, welche über mindestens eine Kupplung wahlweise entweder mittel- oder unmittelbar auf das Sonnenrad eines Planetengetriebes wirkt oder die Antriebswelle vom Planetengetriebe entkoppelt werden kann, wobei das Planetengetriebe abhangig vom jeweiligen Betriebszustand des Leistungsverzweigungsgetnebes über weitere Kupplungen in einen Zwanglauf schaltbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Getriebe kann mittel- oder unmittelbar von mindestens einem Antriebsmötor, insbesondere einer Brennkraftmaschine, über eine mit mindestens einer Kupplung versehene Antriebswelle angetrieben werden, die mittel- oder unmittelbar wahlweise entweder auf das Sonnenrad des Planetengetriebes geschaltet oder wahlweise kraftunschlüssig geschaltet werden kann, wobei das Planetengetriebe wahlweise über mindestens zwei Kupplungen in einen Zwanglauf geschaltet werden kann. Unter einem Zwanglauf versteht der Fachmann einen Zustand, bei welchem die Bewegung einer der drei Wellen des Planetengetriebes die Bewegung der beiden restlichen Wellen des Planetengetriebes definiert. In der Getriebelehre wird dies nach der„Grüblerschen Gleichung" auch mit dem Laufgrad F=1 beschrieben.

Die im Bereich des Leistungsverzweigungsgetriebes vorgesehenen Kupplungen/Bremsen, können so betätigt werden, dass das Getriebe wahlweise rein hydraulisch mit abgeschalteter mechanischer Antriebswelle leistungsverzweigt, d.h. hydraulisch angetrieben und mit mechanisch zugeschalteter Antriebswelle rein mechanisch bei wahlweise geschaltetem Zwanglauf des Planetengetriebes und/oder bei wahlweiser Abschaltung des hydrostatischen Leistungszweiges. betrieben werden kann.

Einem Gedanken der Erfindung gemäß ist eine Welle, die vorteilhafterweise als Gelenkwelle ausgebildet ist, unmittelbar vom Antriebsmotor antreibbar.

Darüber hinaus kann der einzelne Hydraulikmotor wahlweise auf das Sonnenrad und/oder auf das Hohlrad gekoppelt werden.

Der Hydraulikmotor kann darüber hinaus über entsprechende Kupplungen vom Planetengetriebe abgekuppelt werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Hydraulikmotor im abgekoppelten Zustand dadurch in den Stillstand versetzt wird, dass die Hydraulikpumpe auf den Fördervolumenstrom Q = 0 l/min geregelt wird. Von besonderem Vorteil ist, wenn der Hydraulikmotor und/oder die Hydraulikpumpe innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch wird eine extrem raumsparende Bauweise des erfindungsmäßen Leistungsverzweigungsgetriebes herbeigeführt.

Der Erfindungsgegenstand schließt jedoch nicht aus, dass der Hydraulikmotor und/oder die Hydraulikpumpe auch außerhalb des Gehäuses positioniert sein kann, sofern die Einbauverhältnisse, innerhalb eines Fahrzeuges, beispielsweise eines Radladers, dies zu lassen.

Ist der Hydraulikmotor und/oder die Hydraulikpumpe innerhalb des Gehäuses angeordnet, wird, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, vorgeschlagen, den Hydraulikmotor und/oder die Hydraulikpumpe ohne eigenen Gehäusekörper auszubilden. Die beweglichen Antriebselemente des Hydraulikmotorsr und/oder der Hydraulikpumpe können daher - zur Vermeidung von Planschverlusten - außerhalb eines Gehäuseölsumpfes positioniert werden. Die bei einem Gehäuse für einen Hydraulikmotor und/oder eine Hydraulikpumpe notwendigerweise vorgesehenen Leckölanschlüsse zur Kühlung der beweglichen Antriebselemente sind nunmehr entbehrlich, da Öl aus dem Gehäuseölsumpf verwendet werden kann, mittels welchem die beweglichen Antriebselemente des gehäuselosen Hydraulikmotors und/oder der Hydraulikpumpe angespritzt werden. Durch Vermeidung von Planschverlusten kann eine nicht unerhebliche Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des Leistungsverzweigungsgetriebes herbeigeführt werden.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß kann der weitere (mechanische) Leistungszweig leistungsadaptiv und/oder drehzahladaptiv und/oder beschleunigungsadaptiv über eine zugehörige Kupplung auf das Sonnenrad geschaltet werden. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der weitere (mechanische) Leistungszweig dergestalt auf das Sonnenrad schaltbar ist, dass der Verbrennungsmotor verbrauchsoptimiert betrieben werden kann.

Ebenfalls denkbar ist, dass der Hydraulikmotor leistungsadaptiv und/oder drehzahladaptiv und/oder beschleunigungsadaptiv über eine Kupplung auf das Sonnenrad schaltbar ist.

Des Weiteren kann es in bestimmten Betriebsbereichen des Fahrzeugs sinnvoll sein, den Hydraulikmotor leistungsadaptiv und/oder drehzahladaptiv und/oder beschleunigungsadaptiv über eine Kupplung auf das Hohlrad zu schalten.

Da mit dem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe ausgerüstete Fahrzeuge, wie beispielsweise Radlader, Dumper/Trecker oder dergleichen, nicht immer nur vorwärts fahren, wird vorgeschlagen, im Bereich der Antriebswelle eine Reversierstufe vorzusehen, die über eine Kupplung die Drehrichtung des Sonnenrades umkehrt.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß ist der Hydraulikmotor durch einen Verstellmotor und die Hydraulikpumpe durch eine Verstellpumpe gebildet.

Von Vorteil kann auch sein, wenn die Hydraulikpumpe mittel- oder unmittelbar vom Antriebsmotor angetrieben wird.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Hohlrad des Planetengetriebes über eine Bremse festsetzbar ist, wobei der Steg des Planetengetriebes mittel- oder unmittelbar mit der Abtriebswelle verbunden ist.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen: Figuren 1 und 2 Prinzipskizzen des erfindungsgemäßen hydrostatisch mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes mit unterschiedlichem Aufbau der Antriebselemente.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Prinzipskizzen des erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebes 1 mit unterschiedlichem Aufbau der Antriebselemente.

Das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 gemäß Figur 1 beinhaltet ein Gehäuse 2, das über eine in diesem Beispiel als Gelenkwelle ausgebildete Welle 8 mechanisch angetrieben wird. Ein als Brennkraftmaschine ausgebildeter Antriebsmotor 3 treibt dabei eine Antriebswelle 4 an, auf der ein Zahnradelement 5 unmittelbar befestigt ist und mit einem weiteren Zahnradelement 24 kämmt, das wiederum die Welle 8 antreibt. Das Zahnradelement 5 steht darüber hinaus mit ^" einem Zahnrad 12 in Wirkverbindung, wobei die Zahnradelemente 5,12, die Hydraulikpumpen 9 und 14 und die als Verstellpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe 9 den am Leistungsverzweigungsgetriebe 1 , respektive dessen Gehäuse 2, montierten, als Verstellmotor ausgebildeten, Hydraulikmotor 16 antreibt.

Der Hydraulikmotor 16 kann zur Reduzierung des Bauraumes auch innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und in dieser Bauform als gehäuseloser Hydraulikmotor 16 eingesetzt werden.

Innerhalb des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 , respektive dessen Gehäuse 2, befindet sich ein Planetengetriebe 31 , im Wesentlichen bestehend aus Hohlrad 11 , Planeten 30, Sonnenrad 42 und einem Steg 32. Weiterhin beinhaltet das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 , respektive dessen Gehäuse 2, die Antriebswelle 41 für einen hydrostatischen Betrieb über den Hydraulikmotor 16.

In der Phase eines ersten Fahrbereichs mit üblicherweise niedrigen Geschwindigkeiten und hohem Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf treibt der Hydraulikmotor 16 auf das Sonnenrad 42, wobei eine Bremse 34 kraftschlüssig geschaltet wird, um das Hohlrad 11 gegen das Gehäuse 2 zu klemmen, während eine weitere Kupplung 29 geöffnet und eine weitere Kupplung 43 geschlossen wird. In diesem Betriebszustand treibt der Hydraulikmotor 16 über die Zahnräder 26,22 das Sonnenrad 42 an, so dass über den Steg 32 die Zahnräder 18,19 die Abtriebswelle 20 antreiben. In diesem Betriebszustand ist die gleichfalls im Leistungsverzweigungsgetriebe 1 eingebrachten Kupplungen 13 geöffnet, so dass kein mechanischer Leistungsfluss über die Welle 8 bzw. die Antriebswelle 25, z.B. eine Gelenkwelle, auf das ebenfalls im Leistungsverzweigungsgetriebe 1 vorhandene Zahnrad 22 erfolgen kann. In diesem ersten Fahrbereich, mit niedrigen Geschwindigkeiten und hohem Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf, wird das hohe Drehmomentvermögen der Hydrostaten 9,16 ausgenutzt, sowie deren Möglichkeit der hohen Kraftentfaltung auch bei Drehzahlen im Bereich von n = 0 U/min. Die gute Regelbarkeit der Hydrostaten 9,16 erlaubt es dabei, den Antriebsmotor 3 drehzahl- und leistungsoptimiert zu betreiben.

Aus diesem Grund treten die bekannten Wirkungsgradnachteile der Hydrostatik, im Vergleich zur Mechanik, im Sinne einer gesamtheitlichen Betrachtung für niedrige Geschwindigkeiten innerhalb dieses ersten Geschwindigkeitsbereiches in den Hintergrund. Bei Erreichen einer hinreichend hohen Drehzahl des Sonnenrades 42 bzw. des Zahnrades 22, wird in diesem ersten Fahrbereich der mechanische Leistungszweig 3 über die Kupplung 13 auf die Zahnräder 21 ,22 geschaltet und der hydrostatische Leistungszweig 9,16 wird über die Deaktivierung der Kupplung 43 abgeschaltet. In diesem Betriebszustand wird also bereits der erste Fahrbereich das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 rein mechanisch betrieben. Zur Erhöhung der Wirkungsgrade wird dabei, abhängig von der benötigten Leistung bzw. des benötigten Drehmoments, der Hydraulikmotor 16 über die Kupplung 43 zur Vermeidung von Schleppverlusten abgeschaltet und stillgesetzt.

Mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit und daraus resultierendem eingeschränkten Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf wird das hohe Drehmomentvermögen der Hydrostaten 9,16 stetig weniger benötigt, so dass die Hydrostaten 9,16 abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit, zurückgeregelt und entkoppelt werden können. Dabei wird zunächst im mittleren Geschwindigkeitsbereich eine Phase der hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigung eingestellt und im hohen Geschwindigkeitsbereich wird, zur Optimierung der Wirkungsgrade, in einen ausschließlich mechanischen Betrieb übergegangen.

Im mittleren Geschwindigkeitsbereich wird die Leistungsverzweigung zur optimalen Drehzahl- und/oder LeistungseinsteNung des Antriebsmotors 3 eingestellt, indem die Bremse 34 und eine weitere Kupplung 43 gelöst sowie die Kupplung 13 und die Kupplung 29 geschlossen werden. In diesem Betriebszustand wird die Leistung des Antriebsmotors 3 einerseits über den mechanischen Strang Antriebswelle 4, Zahnradelemente 5 und 24, Welle 8 und Antriebswelle 25, Kupplung 13 und Zahnrad 22 auf das Sonnenrad 42 des Planetengetriebes 31 geleitet und anderseits wird Leistung des Antriebsmotors 3 hydrostatisch über die Hydraulikpumpe 9 gewandelt und auf den Hydraulikmotor 16 geleitet, wobei der Hydraulikmotor 16 nun das Hohlrad 11 über Welle 41 , Kupplung 29, Zahnrad 44 und Zahnrad 23 antreibt Die Leistung des mechanischen Stranges und die hydrostatische Leistung werden dabei im Planetengetriebe 31 summiert und auf den Steg 32 geleitet. Die Drehzahlen des Hohlrades 11 und des Sonnenrades 42 werden hierbei nach Art eines Überlagerungsgetriebes addiert und die Summe beider Drehzahlen ergibt die Planetengetriebe-Ausgangsdrehzahl am Steg 32, die direkt proportional die Drehzahl der Abtriebsweile 20 bzw. die daraus resultierende Fährzeuggeschwindigkeit bestimmt. Die Einstellung der Drehzahl des Hohlrades 11 wird dabei über den gut regelbaren Hydraulikmotor 16 so vorgenommen, dass mit Blick auf die erforderliche Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehzahl des Sonnenrades 42 und damit die direkt proportionale Drehzahl des Antriebsmotors 3 im CVT-Betrieb (Contihous Variable Transmission) Wirkungsgrad- ünd/oder leistungsoptimal eingestellt wird. Im letzten und hohen Geschwindigkeitsbereich wird ausschließlich mechanisch angetrieben, indem die Hydrostaten 9,16 leistungsmäßig gegen P = 0 kW gesteuert werden und das Planetengetriebe 31 komplett über die Kupplungen 29 und 43 in einen Zwanglauf versetzt wird. In diesem Betriebsfall wird die Hydraulikpumpe 9 nicht für das Fahren eingesetzt und wahlweise zur Vermeidung von Schleppverlusten über eine nicht dargestellte Kupplung abgekoppelt.

Figur 2 zeigt eine andere Konfiguration der Antriebselemente, wobei die Fahrbereiche in gleicher Weise erfolgen, wie in Figur 1 beschrieben. Zur Realisierung der Rückwärtsfahrt mit dem mechanischem Pfad wird aber zusätzlich eine Reversierstufe, bestehend aus einem Zahnrad 35, einer Kupplung 36 sowie Zahnrädern 45,37, im Bereich der Antriebswelle 25 vorgesehen, um die Drehrichtung der Antriebswelle wahlweise zu ändern.

Bezugszeichenliste

1 Leistungsverzweigungsgetriebe 27

2 Gehäuse 28

3 Antriebsmotor (Brennkraftmaschine) 29 Kupplung

4 Antriebswelle 30 Planet

5 Zahnradelement 31 Planetengetriebe

6 Zahnrad 32 Steg

7 Welle 33

8 Welle (Gelenkwelle) 34 Bremse

9 Hydraulikpumpe 35 Zahnrad

10 36 Kupplung

11 Hohlrad 37 Zahnrad

12 Zahnrad 38

13 Kupplung 39

14 Hydraulikpumpe 40

15 41 Antriebswelle

16 Hydraulikmotor 42 Sonnenrad

17 43 Kupplung

18 Zahnrad 44 Zahnrad

19 Zahnrad 45 Zahnrad

20 Abtriebswelle

21 Zahnrad

22 Zahnrad

23 Zahnrad

24 Zahnradelement

21/23 Zahnradstufe

26/18 Zahnradstufe

25 Antriebswelle

26 Zahnrad