DE19944999A1

DE19944999A1 - Elektromechanisches Getriebe

Info

Publication number: DE19944999A1
Application number: DE19944999A
Authority: DE
Inventors: Eric D Stemler; Stephen C Garnett
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2000-04-20
Also published as: JP4280369B2; JP2000108693A; US5980410A

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

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein elektrome chanisches Getriebe und insbesondere auf ein Getriebe mit einem Planetengetriebemechanismus mit fünf Gliedern und drei Planetengetriebesätzen.

Technischer Hintergrund

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.

Offenbarung der Erfindung

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.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

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.

Industrielle Anwendbarkeit

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

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.

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.