DE19944999A1 - Elektromechanisches Getriebe - Google Patents
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Abstract
Eine elektromechanisches Getriebe weist einen elektrischen Abschnitt und ein mechanisches Getriebe auf, um einen kontinuierlich variablen Leistungsfluß durch das Getriebe vorzusehen. Das mechanische Getriebe weist einen Planetengetriebemechanismus mit drei Planetengetriebesätzen und fünf Gliedern auf, die mit dem elektrischen Abschnitt zusammenwirken, und einen Gangwechselmechanismus, um eine kontinuierlich variable Ausgangsdrehzahl bzw. -geschwindigkeit vorzusehen.
Description
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein elektrome
chanisches Getriebe und insbesondere auf ein Getriebe mit
einem Planetengetriebemechanismus mit fünf Gliedern und
drei Planetengetriebesätzen.
Bei einer Maschine, wie beispielsweise einem Radlader
oder einem Raupentraktor liefert ein Motor Leistung zum
Antrieb der Maschine in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung
genauso wie er Leistungsversorgung für Maschinenwerkzeuge
liefert. Ein Getriebe ist mit dem Motor gekoppelt und
überträgt Leistung vom Motor zum Antriebsstrang, um die
Maschine anzutreiben. Es ist wünschenswert, ein kontinu
ierlich variables Getriebe zu verwenden, und das Getrie
be- bzw. Übersetzungsverhältnis zu managen, um dadurch
Motorleistung für die Werkzeuge einzusparen, und um auch
einen kontinuierlich variablen Leistungsfluß durch das
Getriebe vorzusehen, um die Produktivität der Maschine zu
verbessern. Da Maschinen mit relativ niedrigen Geschwin
digkeiten und in zyklischen Arbeitsroutinen arbeiten,
gibt es eine Notwendigkeit, die Geschwindigkeit bzw.
Drehzahl präzise zu steuern, und daß diese stufenlos über
den gesamten Bereich des Getriebes einstellbar ist. Eines
der Probleme, die mit einer solchen Anordnung assoziiert
sind, ist es, ein elektromechanisches Getriebe vorzuse
hen, welches mit hohen Wirkungsgraden in einer großen
Vielzahl von Betriebszuständen arbeiten wird.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines
oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein
elektromechanisches Getriebe mit einem Eingang und einem
Ausgang vorgesehen. Das elektromechanische Getriebe weist
einen ersten und einen zweiten Motor/Generator und einen
Planetengetriebemechanismus auf. Ein erstes Glied des
Planetengetriebemechanismuses ist mit einem Teil des Mo
tor/Generators verbunden und ist selektiv mit dem Ausgang
verbunden. Ein zweites Glied ist selektiv mit dem Ausgang
verbunden. Ein drittes Glied ist mit dem Eingang verbun
den. Ein viertes Glied ist selektiv mit dem Ausgang ver
bunden. Ein fünftes Glied ist mit dem anderen Teil des
Motor/Generators verbunden. Ein Gangwechselmechanismus
verbindet selektiv den Planetengetriebemechanismus mit
dem Ausgang, um die verschiedenen Gangübersetzungen zu
erreichen.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines elektrome
chanischen Getriebes, die die vorliegende Er
findung mit fünf Gliedern eines Planetengetrie
bemechanismuses zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines elektrome
chanischen Getriebes, die die vorliegende Er
findung zeigt, die die fünf Glieder des Plane
tengetriebemechanismuses zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer alternati
ven Getriebeanordnung;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer alternati
ven Getriebeanordnung;
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer alternati
ven Getriebeanordnung;
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer alternati
ven Getriebeanordnung;
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer alternati
ven Getriebeanordnung;
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer alternati
ven Getriebeanordnung;
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht einer alternati
ven Getriebeanordnung;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht einer alternati
ven Getriebeanordnung; und
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer Kurven
darstellung, die Veränderungen der verschiede
nen Komponenten mit Bezug auf die Maschinen
drehzahl zeigt.
Mit Bezug auf Fig. 1 weist ein elektromechanisches Ge
triebe 10 einen elektrischen Abschnitt 12 und ein mecha
nisches Getriebe 14 auf, die zusammenwirken, um eine
nicht gezeigte Maschine anzutreiben. Das elektromechani
sche Getriebe sieht die Struktur vor, um die Eingangslei
stung von einer Leistungsquelle zu verteilen, wie bei
spielsweise von einem Motor 16 zu einem Ausgang. Der Mo
tor 16 hat eine Ausgangswelle 18 mit einem Zahnrad 19.
Der elektrische Abschnitt 12 weist einen ersten Mo
tor/Generator 20 auf, und zwar mit einem Zahnrad 22, das
mit dem mechanischen Getriebe 14 verbunden ist, einen
zweiten Motor/Generator 24 mit einer Welle 26, die mit
dem mechanischen Getriebe 14 verbunden ist, und eine
Steuervorrichtung 28, die elektrisch mit den Moto
ren/Generatoren 20, 24 durch elektrische Kabel 30, 32
verbunden sind. Die Steuervorrichtung 28 steuert die
Drehzahl und Richtung der Motoren/Generatoren 20, 24 und
steuert auch, wann zwischen dem Motor oder dem Generator
umzuschalten ist.
Das mechanische Getriebe 14 weist einen Planetengetriebe
mechanismus 36 und einen Gangwechselmechanismus 38 mit
einer Ausgangswelle 40 auf. Die Ausgangswelle 40 ist mit
einem Vorwärts/Rückwärts-Mechanismus 41 verbunden, um die
Maschinenrichtung zu steuern. Der Gangwechselmechanismus
38 steuert die Übersetzung des Getriebes durch Einrücken
einer ersten Kupplung 42, einer zweiten Kupplung 44 oder
einer dritten Kupplung 46, um selektiv ein jeweiliges
Zahnrad 48, 50, 52 mit der Ausgangswelle 40 zu verbinden.
Ein erstes Glied 60 des Planetengetriebemechanismuses 36
weist ein Zahnrad 62 auf, welches treibend mit dem Zahn
rad 22 des ersten Motor/Generators 20 verbunden ist, und
das auch treibend mit dem Zahnrad 48 des Gangwechselme
chanismuses 38 verbunden ist. Die erste Kupplung 42 ver
bindet selektiv das Zahnrad 48 mit der Ausgangswelle 40,
um eine erste Gangübersetzung zu erreichen. Ein zweites
Glied 68 des Planetengetriebemechanismuses 36 weist ein
Zahnrad 70 auf, welches treibend mit dem Zahnrad 52 des
Gangwechselmechanismuses 38 verbunden ist. Die dritte
Kupplung 46 verbindet selektiv das Zahnrad 52 mit der
Ausgangswelle 40, um eine dritte Gangübersetzung zu er
reichen. Ein drittes Glied 74 des Planetengetriebemecha
nismuses 36 weist ein Zahnrad 76 auf, welches treibend
mit dem Zahnrad 19 des Motors 16 verbunden ist. Ein vier
tes Glied 80 des Planetengetriebemechanismuses 36 weist
ein Zahnrad 82 auf, welches treibend mit dem Zahnrad 50
des Gangwechselmechanismuses 38 verbunden ist. Die zweite
Kupplung 44 verbindet selektiv das Zahnrad 50 mit der
Ausgangswelle 40, um eine zweite Gangübersetzung zu er
reichen. Ein fünftes Glied 84 des Planetengetriebemecha
nismuses 36 ist treibend mit der Ausgangswelle 26 des
zweiten Motor/Generators 24 verbunden. Die Ausgangswelle
40 des Gangwechselmechanismuses 38 ist mit dem herkömmli
chen Richtungsmechanismus 41 verbunden, um zu gestatten,
daß sich die Maschine in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung
bewegt. Die Glieder 60, 68, 74, 80, 84 weisen jeweils ein
oder mehrere Elemente des Planetengetriebemechanismuses
36 auf und irgendwelche assoziierten Zahnräder, die mit
einander verbunden sind, um als ein Glied zu wirken.
Der Richtungsmechanismus 41 ist mit der Ausgangswelle 40
verbunden und wird in wohlbekannter Weise betätigt, um
die Maschine in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung anzu
treiben.
Bezugszeichen von Komponenten, die zuvor beschrieben wur
den, werden in den folgenden Zeichnungsfiguren wieder
holt.
Mit Bezug auf Fig. 2 weist der Planetengetriebemechanis
mus 36 einen ersten Planetengetriebesatz 100, einen zwei
ten Planetengetriebesatz 102 und einen dritten Planeten
getriebesatz 104 auf. Jeder Planetengetriebesatz 100,
102, 104, weist Elemente auf wie beispielsweise ein Son
nenrad, einen Träger mit Planetenrädern und ein Hohlrad.
Der erste Planetengetriebesatz 100 weist ein Sonnenrad
100S auf, einen Träger 100C und ein Hohlrad 100R. Der
zweite Planetengetriebesatz 102 weist ein Sonnenrad 102S,
einen Träger 102C und ein Hohlrad 102R auf. Der dritte
Planetengetriebesatz 104 weist ein Sonnenrad 104S, einen
Träger 104C und ein Hohlrad 104R auf.
Das erste Glied 60 weist die Hohlräder 102R, 104R, der
ersten und zweiten Planetengetriebesätze 102, 104 auf,
und zwar zur Drehung als eine Einheit. Das erste Glied 60
ist mit dem Zahnrad 62 verbunden, welches in Eingriff
steht mit dem Zahnrad 22 des ersten Motor/Generators, und
das Zahnrad 62 steht auch in Eingriff mit dem Zahnrad 48
des Gangwechselmechanismuses 38. Das Zahnrad 48 ist se
lektiv mit der Ausgangswelle 40 verbindbar, und zwar
durch Einrücken der ersten Kupplung 42. Das zweite Glied
68 weist den Träger 104C des dritten Planetengetriebesat
zes 104 auf, und zwar zur Drehung als eine Einheit. Das
zweite Glied 68 ist mit dem Zahnrad 70 verbunden, welches
mit dem Zahnrad 52 des Gangwechselmechanismuses 38 in
Eingriff steht. Das Zahnrad 52 ist selektiv mit der Aus
gangswelle 40 durch Einrücken der dritten Kupplung 46
verbindbar. Das dritte Glied 74 weist das Hohlrad 100R
des ersten Planetengetriebesatzes 100 auf, und den Träger
102C des zweiten Planetengetriebesatzes 102, und zwar zur
Drehung als eine Einheit. Das dritte Glied 74 ist mit dem
Zahnrad 76 verbunden, welches mit dem vom Motor angetrie
benen Zahnrad 19 in Eingriff steht. Das vierte Glied 80
weist den Träger 100C des ersten Planetengetriebesatzes
100 auf. Das vierte Glied 80 ist mit dem Zahnrad 82 ver
bunden, welches mit dem Zahnrad 50 des Gangwechselmecha
nismuses 38 in Eingriff steht. Das Zahnrad 50 ist selek
tiv mit der Ausgangswelle 40 durch Einrücken der zweiten
Kupplung 44 zu verbinden. Das fünfte Glied 84 weist die
Sonnenräder 100S, 102S, 104S, der ersten, zweiten und
dritten Planetengetriebesätze 100, 102, 104 auf. Das
fünfte Glied 84 ist mit der Welle 26 des zweiten Mo
tors/Generators 24 verbunden. Der Gangwechselmechanismus
38 ist so gezeigt, daß er drei Gang- bzw. Drehzahlver
hältnisse aufweist. Obwohl Kupplungen gezeigt sind, sei
gesagt, daß andere Mittel, wie beispielsweise verschiede
ne Muffen verwendet werden könnten, um die Gangüberset
zungen zu verändern, ohne vom Umfang der Erfindung abzu
weichen.
Mit Bezug auf Fig. 3, weist das erste Glied 60 des Pla
netengetriebemechanismuses 36 das Hohlrad 104R des drit
ten Planetengetriebesatzes 104 auf. Das erste Glied 60
ist mit dem ersten Motor/Generator 20 verbunden und ist
selektiv mit der Ausgangswelle 40 des Gangwechselmecha
nismuses 38 verbunden. Das zweite Glied 68 des Planeten
getriebemechanismuses 36 weist das Hohlrad 102R des zwei
ten Planetengetriebesatzes 102 auf, und den Träger 104C
des dritten Planetengetriebesatzes 104. Das zweite Glied
68 ist selektiv mit der Ausgangswelle 40 des Gangwechsel
mechanismuses 38 verbunden. Das dritte Glied 74 des Pla
netengetriebesatzes 36 weist das Hohlrad 100R des ersten
Planetengetriebesatzes 100 und den Träger 102C des zwei
ten Planetengetriebesatzes 102 auf. Das dritte Glied 74
ist mit dem Motor 16 verbunden. Das vierte Glied 80 des
Planetengetriebemechanismuses 36 weist den Träger 100C
des ersten Planetengetriebesatzes 100 auf. Das vierte
Glied 80 ist selektiv mit der Ausgangswelle 40 des Gang
wechselmechanismuses 38 verbunden. Das vierte Glied 84
weist die Sonnenräder 100S, 102S, 104S der ersten, zwei
ten und dritten Planetengetriebesätze 100, 102, 104 auf.
Das fünfte Glied 84 ist mit dem zweiten Motor/Generator
24 verbunden. Der Gangwechselmechanismus 38 ist so ge
zeigt, daß er drei Gang- bzw. Drehzahlübersetzungen hat.
Mit Bezug auf Fig. 4 weist das erste Glied 60 des Plane
tengetriebemechanismuses 36 das Hohlrad 104R des dritten
Planetengetriebesatzes 104 auf. Das erste Glied 60 ist
mit dem ersten Motor/Generator 20 verbunden und ist se
lektiv mit der Ausgangswelle 40 des Gangwechselmechanis
muses 38 verbunden. Das zweite Glied 68 des Planetenge
triebemechanismuses 36 weist das Hohlrad 102R des zweiten
Planetengetriebesatzes 102 auf, und den Träger 104C des
dritten Planetengetriebesatzes 104. Das zweite Glied 68
wird selektiv mit der Ausgangswelle 40 des Gangwechselme
chanismuses 38 verbunden. Das dritte Glied 74 des Plane
tengetriebemechanismuses 36 weist das Hohlrad 100R des
ersten Planetengetriebesatzes 100 auf. Das dritte Glied
74 ist mit dem Motor 16 verbunden. Das vierte Glied 80
des Planetengetriebemechanismuses 36 weist die Träger
100C, 102C der ersten und zweiten Planetengetriebesätze
100, 102 und das Sonnenrad 104S des dritten Planetenge
triebesatzes 104 auf. Das vierte Glied 80 wird selektiv
mit der Ausgangswelle 40 des Gangwechselmechanismuses 38
verbunden. Das fünfte Glied 84 weist die Sonnenräder
100S, 102S der ersten und zweiten Planetengetriebesätze
100, 102 auf. Das fünfte Glied ist mit dem zweiten Mo
tor/Generator 24 verbunden. Der Gangwechselmechanismus 38
ist so gezeigt, daß er drei Drehzahl- bzw. Gangüberset
zungen hat.
Mit Bezug auf Fig. 5 weist das erste Glied 60 das Hohl
rad 102R des zweiten Planetengetriebesatzes 102 auf, und
den Träger 104C des dritten Planetengetriebesatzes 104.
Das erste Glied 60 ist mit dem ersten Motor/Generator 20
verbunden und ist selektiv mit der Ausgangswelle 40 des
Gangwechselmechanismuses 38 zu verbinden. Das zweite
Glied 68 weist das Hohlrad 100R des ersten Planetenge
triebesatzes 100 auf. Das zweite Glied 68 ist selektiv
mit der Ausgangswelle 40 des Gangwechselmechanismuses 38
zu verbinden. Das dritte Glied 74 weist die Träger 100C,
102C der ersten und zweiten Planetengetriebesätze 100,
102 und das Hohlrad 104R des dritten Planetengetriebesat
zes 104 auf. Das dritte Glied ist mit dem Motor 16 ver
bunden. Das vierte Glied 80 weist die Sonnenräder 100S,
102S der ersten und zweiten Planetengetriebesätze 100,
102 auf. Das fünfte Glied 84 weist das Sonnenrad 104S des
dritten Planetengetriebesatzes 104 auf. Das fünfte Glied
ist mit dem zweiten Motor/Generator 24 verbunden.
Der Gangwechselmechanismus 38 weist eine erste Kupplung
110 auf, eine zweite Kupplung 112, eine dritte Kupplung
114 und eine vierte Kupplung 116. Die erste Kupplung 110
verbindet selektiv das erste Glied 60 durch einen assozi
ierten Zahnrad- bzw. Getriebestrang 120 mit der Ausgangs
welle 40, um eine erste Gangübersetzung vorzusehen. Die
zweite Kupplung 112 verbindet selektiv das vierte Glied
80 durch einen assoziierten Zahnrad- bzw. Getriebestrang
124 mit der Ausgangswelle 40, um eine zweite Gangüberset
zung vorzusehen. Die dritte Kupplung 114 verbindet selek
tiv das zweite Glied 68 durch einen assoziierten Zahnrad- bzw.
Getriebestrang 128 mit der Ausgangswelle 40, um eine
dritte Gangübersetzung vorzusehen. Die vierte Kupplung
116 verbindet selektiv das vierte Glied 80 durch einen
assoziierten Zahnrad- bzw. Getriebestrang 132 mit der
Ausgangswelle, um eine vierte Gangübersetzung vorzusehen.
Mit Bezug auf Fig. 6 weist das erste Glied 60 das Hohl
rad 104R des dritten Planetengetriebesatzes 104 auf. Das
erste Glied ist mit dem ersten Motor/Generator 20 verbun
den und ist selektiv mit der Ausgangswelle 40 des Gang
wechselmechanismuses 38 durch die erste Kupplung 110 und
den Getriebestrang 120 verbindbar. Das zweite Glied 68
weist das Hohlrad 102R des zweiten Planetengetriebesatzes
102 auf, und den Träger 104C des dritten Planetengetrie
besatzes 104. Das zweite Glied 68 ist selektiv mit der
Ausgangswelle 40 des Gangwechselmechanismuses 38 verbind
bar, und zwar durch die dritte Kupplung 114 und den Ge
triebestrang 128. Das dritte Glied 74 weist das Hohlrad
100R des ersten Planetengetriebesatzes 100 auf. Das drit
te Glied 74 ist mit dem Motor 16 verbunden. Das vierte
Glied 80 weist die Träger 100C, 102C der ersten und zwei
ten Planetengetriebesätze 100, 102 auf. Das vierte Glied
80 ist selektiv mit der Ausgangswelle 40 verbindbar, und
zwar durch die zweite Kupplung 112 und den Getriebestrang
124. Das vierte Glied 80 ist auch selektiv mit der Aus
gangswelle 40 durch die vierte Kupplung 116 und den Ge
triebestrang 132 verbindbar. Das vierte Glied 84 weist
die Sonnenräder 100S, 102S, 104S der ersten, zweiten und
dritten Planetengetriebesätze, 100, 102, 104 auf. Das
fünfte Glied 84 ist mit dem zweiten Motor/Generator 24
verbunden.
Mit Bezug auf Fig. 7 weist das erste Glied 60 die Hohl
räder 102R, 104R der zweiten und dritten Planetengetrie
besätze 102, 104 auf. Das erste Glied 60 ist mit dem er
sten Motor/Generator 20 verbunden und ist auch selektiv
mit der Ausgangswelle 40 des Gangwechselmechanismuses 38
verbindbar, und zwar durch die erste Kupplung 110 und den
Getriebestrang 120. Das zweite Glied 68 weist den Träger
104C des dritten Planetengetriebesatzes 104 auf. Das
zweite Glied 68 ist selektiv mit der Ausgangswelle 40
durch die dritte Kupplung 114 und den Getriebestrang 128
verbindbar. Das dritte Glied 74 weist das Hohlrad 100R
des ersten Planetengetriebesatzes 100 und den Träger 102C
des zweiten Planetengetriebesatzes 102 auf. Das dritte
Glied 74 ist mit dem Motor 16 verbunden. Das vierte Glied
80 weist den Träger 100C des ersten Planetengetriebesat
zes 100 auf. Das vierte Glied 80 ist selektiv mit der
Ausgangswelle 40 durch die zweite Kupplung 112 und den
Getriebestrang 124 verbindbar. Das vierte Glied ist auch
selektiv mit der Ausgangswelle 40 durch die vierte Kupp
lung 116 und den Getriebestrang 132 verbindbar. Das fünf
te Glied 84 weist die Sonnenräder 100S, 102S, 104S, der
ersten, zweiten und dritten Planetengetriebesätze 100,
102, 104 auf. Das fünfte Glied 84 ist mit dem zweiten Mo
tor/Generator 24 verbunden.
Mit Bezug auf Fig. 8 weist das erste Glied 60 das Hohl
rad 104R des dritten Planetengetriebesatzes 104 auf. Das
erste Glied ist mit dem ersten Motor/Generator 20 verbun
den und ist selektiv mit der Ausgangswelle 40 des Gang
wechselmechanismuses 38 durch die erste Kupplung 110 und
den Getriebestrang 120 verbindbar. Das zweite Glied 68
weist den Träger 100C des ersten Planetengetriebesatzes
100 und das Hohlrad 102R des zweiten Planetengetriebesat
zes 102 auf. Das zweite Glied 68 ist selektiv mit der
Ausgangswelle 40 des Gangwechselmechanismuses 38 verbind
bar, und zwar durch die dritte Kupplung und den Getriebe
strang 128. Das dritte Glied 174 weist das Hohlrad 100R
des ersten Planetengetriebesatzes 100 auf. Das dritte
Glied 74 ist mit dem Motor 16 verbunden. Das vierte Glied
80 weist die Sonnenräder 100S, 102S, 104S der ersten,
zweiten und dritten Planetengetriebesätze 100, 102, 104
auf. Das vierte Glied ist selektiv mit der Ausgangswelle
40 durch die zweite Kupplung 112 und den Getriebestrang
124 verbindbar. Das vierte Glied ist auch selektiv mit
der Ausgangswelle 40 durch die vierte Kupplung 116 und
den Getriebestrang 132 verbindbar. Das fünfte Glied 84
weist die Träger 102C, 104C der zweiten und dritten Pla
netengetriebesätze 102, 104 auf. Das fünfte Glied 84 ist
mit dem zweiten Motor/Generator 24 verbunden.
Mit Bezug auf Fig. 9 weist das erste Glied 60 den Träger
102C des zweiten Planetengetriebesatzes 102 und das Hohl
rad 104R des dritten Planetengetriebesatzes 104 auf. Das
erste Glied 60 ist mit dem ersten Motor/Generator 20 ver
bunden und ist selektiv mit der Ausgangswelle 40 des
Gangwechselmechanismuses 38 verbindbar, und zwar durch
die erste Kupplung 110 und den Getriebestrang 120. Das
zweite Glied 68 weist das Hohlrad 100R des ersten Plane
tengetriebesatzes 100 auf. Das zweite Glied 68 ist selek
tiv mit der Ausgangswelle 40 des Gangwechselmechanismuses
38 durch die dritte Kupplung 114 und den Getriebestrang
128 verbindbar. Das dritte Glied 74 weist den Träger 104C
des dritten Planetengetriebesatzes 104 auf. Das dritte
Glied 74 ist mit dem Motor 16 verbunden. Das vierte Glied
80 weist den Träger 100C des ersten Planetengetriebesat
zes 100 und das Hohlrad 102R des zweiten Planetengetrie
besatzes 102 auf. Das vierte Glied 80 ist selektiv mit
der Ausgangswelle 40 durch die zweite Kupplung 112 und
den Getriebestrang 124 verbindbar. Das vierte Glied 80
ist auch selektiv mit der Ausgangswelle 40 durch die
vierte Kupplung 116 und den Getriebestrang 132 verbind
bar. Das vierte Glied 84 weist die Sonnenräder 100S,
102S, 104S der ersten, zweiten und dritten Planetenge
triebesätze 100, 102, 104 auf. Das fünfte Glied 84 ist
mit dem zweiten Motor/Generator 24 verbunden.
Mit Bezug auf Fig. 10 weist das erste Glied 60 den Trä
ger 100C des ersten Planetengetriebesatzes 100 auf, das
Hohlrad 102R des zweiten Planetengetriebesatzes 102 und
den Getriebestrang 140, der zwischen den ersten und zwei
ten Planetengetriebesätzen 100, 102 angeordnet ist. Das
erste Glied 60 ist mit dem ersten Motor/Generator 20 ver
bunden und ist auch selektiv mit der Ausgangswelle 40 des
Gangwechselmechanismuses 38 durch die erste Kupplung 110
und den Getriebestrang 120 verbindbar. Das zweite Glied
68 weist den Träger 102C des zweiten Planetengetriebesat
zes 102 und das Hohlrad 104R des dritten Planetengetrie
besatzes 104 auf. Das zweite Glied 68 ist selektiv mit
der Ausgangswelle 40 des Gangwechselmechanismuses durch
die dritte Kupplung 114 und den Getriebestrang 128 ver
bindbar. Das dritte Glied 74 weist den Träger 104C des
dritten Planetengetriebesatzes 104 auf. Das dritte Glied
74 ist mit dem Motor verbunden. Das vierte Glied 80 weist
das Hohlrad 100R des ersten Planetengetriebesatzes 100
auf, die Sonnenräder 102S, 104S der zweiten und dritten
Planetengetriebesätze 102, 104 und den Getriebestrang
142, der zwischen den ersten und zweiten Planetengetrie
besätzen positioniert ist. Das vierte Glied 80 ist selek
tiv mit der Ausgangswelle 40 durch die zweite Kupplung
112 und den Getriebestrang 124 verbunden. Das vierte
Glied 80 ist auch selektiv mit der Ausgangswelle durch
die vierte Kupplung 116 und den Getriebestrang 132 zu
verbinden. Das fünfte Glied 84 weist das Sonnenrad 100S
des ersten Planetengetriebesatzes 100 auf. Das fünfte
Glied 84 ist mit dem zweiten Motor/Generator 24 verbun
den.
Mit Bezug auf Fig. 11 offenbart eine Kurvendarstellung
150 die Veränderungen der Glieder und der assoziierten
Komponenten, wenn die Maschinengeschwindigkeit von einer
Geschwindigkeit von 0 bis zur maximalen Drehzahl sowohl
in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung er
reicht wird. Die Kurvendarstellung 150 ist so gezeigt,
daß drei Gang- bzw. Drehzahlverhältnisse vorgesehen sind.
Das Getriebe könnte vier oder mehr Gangübersetzungen ha
ben, in denen man mehr Kupplungen und Getriebestränge
hinzufügt. Die Kurvendarstellung 150 zeigt die Verände
rung der verschiedenen Glieder, wie sie in Fig. 1 ge
zeigt sind. Die Linie 152 stellt die Geschwindigkeit von
0 dar, bei der die Kupplung 42 eingerückt wird, wo die
Kupplungen 44, 46 ausgerückt sind und der Motor 16 und
die Motoren/Generatoren 20, 24 die Maschine auf einer Ge
schwindigkeit von 0 halten. Von der Linie 152 bis zur Li
nie 154 ist die Kupplung 42 eingerückt, der Richtungsme
chanismus 41 ist in der Vorwärtsrichtung und die Maschine
nimmt an Geschwindigkeit zu. Bei der Linie 154 wird die
Kupplung 42 ausgerückt, und die Kupplung 44 wird einge
rückt, um von der ersten Gangübersetzung zur zweiten Gang
übersetzung zu schalten. Bei der Linie 156 wird die
Kupplung 44 ausgerückt, und die Kupplung 46 wird einge
rückt, um von der zweiten Gangübersetzung zur dritten
Gangübersetzung zu schalten. In der umgekehrten Richtung
werden sich die Gangübersetzungen bei der Linie 158 und
bei der Linie 160 verändern. Eine Vielzahl von Datenlini
en 60, 68, 74, 80, 84 auf der Kurve 100 entsprechen den
jeweiligen Bezugszeichen der fünf Glieder. Diese Datenli
nien stellen die Drehzahl und Richtung der verschiedenen
Glieder dar, wenn die Maschine an Geschwindigkeit zu
nimmt.
Beim Gebrauch des elektromechanischen Drei-Gang-Getriebes
10 der Fig. 1 bis 4 wirken der elektrische Abschnitt
12 und das mechanische Getriebe 14 zusammen, um eine kon
tinuierlich variable und wirkungsvolle Ausgangsgröße vor
zusehen, die es ermöglicht, daß der Motor mit seinem be
sten Wirkungsgrad arbeitet.
Wenn im Betrieb des elektromechanischen Getriebes 10 der
Motor 16 und das damit verbundene dritte Glied 74 mit ei
nem konstanten vorbestimmten Drehzahlniveau arbeiten,
wird die erste Kupplung 42 eingerückt, um das erste Glied
mit der Ausgangswelle 40 zu verbinden, und die zweiten
und dritten Kupplungen 44, 46 sind ausgerückt, und die
Motoren/Generatoren 20, 24 halten die Maschinengeschwin
digkeit auf 0. Wenn der Bediener auswählt, die Maschine
beispielsweise in einer Vorwärtsrichtung zu bewegen, und
zwar mit einer Geschwindigkeit von 0 bis ungefähr 1-2
m/h, bleibt die erste Kupplung 42 für die erste Gangüber
setzung eingerückt, der Richtungsmechanismus 41 ist in
der Vorwärtsrichtung, das erste Glied 60 und der erste
Motor/Generator 20 nehmen an Drehzahl zu, das zweite
Glied 68 nimmt an Drehzahl zu, das vierte Glied nimmt an
Drehzahl ab und das fünfte Glied 84 mit dem zweiten Mo
tor/Generator 24 nimmt an Drehzahl ab.
Bei der Linie 154, die ungefähr 1-2 m/h ist, wird die er
ste Kupplung 42 ausgerückt, um das erste Glied 60 vom
Ausgang zu trennen, und die zweite Kupplung 44 wird ein
gerückt, um die zweite Gangübersetzung zu erreichen, um
das vierte Glied 80 mit dem Ausgang zu verbinden. Das er
ste Glied 60 mit dem ersten Motor/Generator 20 nimmt an
Drehzahl ab, das zweite Glied 68 nimmt an Drehzahl ab,
das vierte Glied 80 nimmt an Drehzahl zu, das fünfte
Glied 84 zusammen mit dem zweiten Motor/Generator 24
nimmt an Drehzahl zu.
Bei der Linie 156, die ungefähr 4 m/h ist, wird die zwei
te Kupplung 44 ausgerückt, um das vierte Glied 80 vom
Ausgang zu trennen, und die dritte Kupplung 46 wird ein
gerückt, um die dritte Gangübersetzung zu erreichen, um
das zweite Glied 68 mit dem Ausgang zu verbinden. Das er
ste Glied 60 nimmt an Drehzahl zu, das zweite Glied 68
nimmt an Drehzahl zu, das vierte Glied 80 nimmt an Dreh
zahl ab, das fünfte Glied 84 nimmt an Drehzahl ab. Die
Glieder 60, 68 werden an Drehzahl zunehmen, und die Glie
der 80, 84 werden an Drehzahl abnehmen, bis die Maschine
ihre maximale Geschwindigkeit erreicht hat.
Es sei bemerkt, daß die obige Kurvendarstellung und die
Beschreibung sich auf ein elektromechanisches Drei-Gang-Ge
triebe bezieht, jedoch könnte die vierte Kupplung 116
mit dem vierten Glied 80 verwendet werden, um eine höhere
Getriebeübersetzung zu erreichen. Zusätzliche Kupplungen
könnten auch mit den Gliedern verwendet werden, um höhere
Getriebe- bzw. Gangübersetzungen zu erreichen, ohne vom
Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Geschwindigkeit der
Maschine wird von einer Geschwindigkeit von 0 auf ein ge
wisses vorbestimmtes maximales Geschwindigkeitsniveau in
sanfter kontinuierlicher Weise gesteigert. Dies wird er
reicht durch Zusammenwirkung der Motoren/Generatoren und
des mechanischen Getriebes durch Einrücken und Ausrücken
der Kupplungen.
Bei der vorliegenden Anordnung kann die Maschine in umge
kehrter Richtung in den gleichen Gangübersetzungen be
trieben werden, wie oben mit Bezug auf den Betrieb in
Vorwärtsrichtung dargelegt. Um in der Rückwärtsrichtung
zu arbeiten, muß der Richtungsmechanismus auf die Rück
wärtsrichtung umgeschaltet werden.
Im Hinblick auf das Vorangegangene ist es leicht offen
sichtlich, daß das elektromechanische Getriebe der vor
liegenden Erfindung, welches fünf Glieder und drei Plane
tengetriebesätze hat, ein kontinuierlich variables Ge
triebe vorsehen wird.
Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön
nen aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung
und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.
Claims (20)
1. Elektromechanisches Getriebe mit einem Eingang und
einem Ausgang, wobei das elektromechanische Getriebe
folgendes aufweist:
einen ersten Motor/Generator;
einen zweiten Motor/Generator;
einen Planetengetriebemechanismus mit einem ersten Glied, welches mit einem der Motoren/Generatoren verbunden ist und selektiv mit dem Ausgang verbunden wird, ein zweites Glied, welches selektiv mit dem Ausgang verbunden wird, ein drittes Glied, welches mit dem Eingang verbunden wird, ein viertes Glied, welches selektiv mit dem Ausgang verbunden wird, und
ein fünftes Glied, welches mit dem anderen Mo tor/Generator verbunden wird; und
einen Gangwechselmechanismus, der selektiv die Glie der des Planetengetriebemechanismuses mit dem Aus gang verbindet, um verschiedene Übersetzungen zu er reichen.
einen ersten Motor/Generator;
einen zweiten Motor/Generator;
einen Planetengetriebemechanismus mit einem ersten Glied, welches mit einem der Motoren/Generatoren verbunden ist und selektiv mit dem Ausgang verbunden wird, ein zweites Glied, welches selektiv mit dem Ausgang verbunden wird, ein drittes Glied, welches mit dem Eingang verbunden wird, ein viertes Glied, welches selektiv mit dem Ausgang verbunden wird, und
ein fünftes Glied, welches mit dem anderen Mo tor/Generator verbunden wird; und
einen Gangwechselmechanismus, der selektiv die Glie der des Planetengetriebemechanismuses mit dem Aus gang verbindet, um verschiedene Übersetzungen zu er reichen.
2. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, wobei
der Planetengetriebemechanismus einen ersten Plane
tengetriebesatz aufweist, einen zweiten Planetenge
triebesatz und einen dritten Planetengetriebesatz,
wobei jeder der Planetengetriebesätze ein Sonnenrad,
einen Träger mit Planetenrädern und ein Hohlrad auf
weist.
3. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, wobei
der Gangwechselmechanismus selektiv ein Glied des
ersten Gliedes, des zweiten Gliedes und des vierten
Gliedes mit dem Ausgang verbindet, um die Gangüber
setzungen zu verändern.
4. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied die Hohlräder der ersten und zweiten
Planetengetriebesätze aufweist.
5. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das zweite Glied den Träger des ersten Planetenge
triebesatzes aufweist.
6. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das dritte Glied den Träger des zweiten Planetenge
triebesatzes und das Hohlrad des dritten Planetenge
triebesatzes aufweist.
7. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das vierte Glied den Träger des dritten Planetenge
triebesatzes aufweist.
8. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das fünfte Glied die Sonnenräder der ersten, zweiten
und dritten Planetengetriebesätze aufweist.
9. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 3, wobei
der Gangwechselmechanismus eine erste Kupplung auf
weist, die in Eingriff zu bringen ist, bzw. einzu
rücken ist, um selektiv das erste Glied mit dem Aus
gang zu verbinden, um eine erste Gangübersetzung zu
erreichen.
10. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 3, wobei
der Gangwechselmechanismus eine zweite Kupplung auf
weist, die einrückbar ist, um selektiv das vierte
Glied mit dem Ausgang zu verbinden, um eine zweite
Gangübersetzung zu erreichen.
11. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 3, wobei
der Gangwechselmechanismus eine dritte Kupplung auf
weist, die einrückbar ist, um selektiv das zweite
Glied mit dem Ausgang zu verbinden, um eine dritte
Gangübersetzung zu erreichen.
12. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 3, wobei
der Gangwechselmechanismus eine vierte Kupplung auf
weist, die einzurücken ist, um selektiv das vierte
Glied mit dem Ausgang zu verbinden, um eine vierte
Gangübersetzung zu erreichen.
13. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied das Hohlrad des ersten Planetenge
triebesatzes aufweist, wobei das zweite Glied den
Träger des ersten Planetengetriebesatzes und das
Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes aufweist,
wobei das dritte Glied den Träger des zweiten Plane
tengetriebesatzes und das Hohlrad des dritten Plane
tengetriebesatzes aufweist, wobei das vierte Glied
den Träger des dritten Planetengetriebesatzes auf
weist, und wobei das fünfte Glied die Sonnenräder
der ersten, zweiten und dritten Planetengetriebesät
ze aufweist.
14. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied den Träger des ersten Planetenge
triebesatzes und das Hohlrad des zweiten Planetenge
triebesatzes aufweist, wobei das zweite Glied das
Hohlrad des dritten Planetengetriebesatzes aufweist,
wobei das dritte Glied das Hohlrad des ersten Plane
tengetriebesatzes und die Träger der zweiten und
dritten Planetengetriebesätze aufweist, wobei das
vierte Glied die Sonnenräder der zweiten und dritten
Planetengetriebesätze aufweist und wobei das fünfte
Glied das Sonnenrad des ersten Planetengetriebesat
zes aufweist.
15. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied das Hohlrad des ersten Planetenge
triebesatzes aufweist, wobei das zweite Glied den
Träger des ersten Planetengetriebesatzes und das
Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes aufweist,
wobei das dritte Glied das Hohlrad des dritten Pla
netengetriebesatzes aufweist, wobei das vierte Glied
die Träger der zweiten und dritten Planetengetriebe
sätze aufweist und wobei das fünfte Glied die Son
nenräder der ersten, zweiten und dritten Planetenge
triebesätze aufweist.
16. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied die Hohlräder der ersten und zweiten
Planetengetriebesätze aufweist, wobei das zweite
Glied den Träger des ersten Planetengetriebesatzes
aufweist, wobei das dritte Glied den Träger des
zweiten Planetengetriebesatzes und das Hohlrad des
dritten Planetengetriebesatzes aufweist, wobei das
vierte Glied den Träger des dritten Planetengetrie
besatzes aufweist und wobei das fünfte Glied die
Sonnenräder der ersten, zweiten und dritten Plane
tengetriebesätze aufweist.
17. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied das Hohlrad des ersten Planetenge
triebesatzes aufweist, wobei das zweite Glied das
Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes und den
Träger des dritten Planetengetriebesatzes aufweist,
wobei das dritte Glied das Hohlrad des dritten Pla
netengetriebesatzes aufweist, wobei das vierte Glied
die Sonnenräder der ersten, zweiten und dritten Pla
netengetriebesätze aufweist und wobei das fünfte
Glied die Träger der ersten und zweiten Planetenge
triebesätze aufweist.
18. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied das Hohlrad des ersten Planetenge
triebesatzes und den Träger des zweiten Planetenge
triebesatzes aufweist, wobei das zweite Glied das
Hohlrad des dritten Planetengetriebesatzes aufweist,
wobei das dritte Glied den Träger des ersten Plane
tengetriebesatzes aufweist, wobei das vierte Glied
das Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes und
den Träger des dritten Planetengetriebesatzes auf
weist und wobei das fünfte Glied die Sonnenräder der
ersten, zweiten und dritten Planetengetriebesätze
aufweist.
19. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied das Hohlrad des ersten Planetenge
triebesatzes aufweist, wobei das zweite Glied den
Träger des ersten Planetengetriebesatzes und das
Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes aufweist,
wobei das dritte Glied das Hohlrad des dritten Pla
netengetriebesatzes aufweist, wobei das vierte Glied
das Sonnenrad des ersten Planetengetriebesatzes und
die Träger der zweiten und dritten Planetengetriebe
sätze aufweist und wobei das fünfte Glied die Son
nenräder der zweiten und dritten Planetengetriebe
sätze aufweist.
20. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei
das erste Glied das Hohlrad des zweiten Planetenge
triebesatzes und den Träger des dritten Planetenge
triebesatzes aufweist, wobei das zweite Glied das
Hohlrad des ersten Planetengetriebesatzes und den
Träger des zweiten Planetengetriebesatzes aufweist,
wobei das dritte Glied den Träger des ersten Plane
tengetriebesatzes aufweist, wobei das vierte Glied
die Sonnenräder der ersten und zweiten Planetenge
triebesätze und das Hohlrad des dritten Planetenge
triebesatzes aufweist und wobei das fünfte Glied das
Sonnenrad des dritten Planetengetriebesatzes auf
weist.
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