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DE102010062746A1 - Drive-axle for e.g. generator of agricultural tractor, has drive shafts connected with vehicle wheels over respective planetary drives, where each drive shaft is assigned to electrical machines for assisting steering operation - Google Patents

Drive-axle for e.g. generator of agricultural tractor, has drive shafts connected with vehicle wheels over respective planetary drives, where each drive shaft is assigned to electrical machines for assisting steering operation Download PDF

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DE102010062746A1
DE102010062746A1 DE102010062746A DE102010062746A DE102010062746A1 DE 102010062746 A1 DE102010062746 A1 DE 102010062746A1 DE 102010062746 A DE102010062746 A DE 102010062746A DE 102010062746 A DE102010062746 A DE 102010062746A DE 102010062746 A1 DE102010062746 A1 DE 102010062746A1
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Dominik Langner
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Abstract

The drive-axle has a transfer case (1) connected with a transmission output shaft (2) at an input side and with drive shafts (3, 4) an output side for driving associated vehicle wheels (5, 6). The drive shafts are connected with the vehicle wheels over respective planetary drives (7, 8), and with respective braking devices (11, 12). Each drive shaft is assigned to electrical machines (13, 14) for assisting a steering operation, so that the electric machines are directly or indirectly connected with the drive shafts between the transfer case and the planetary drives.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsachse einer Arbeitsmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The present invention relates to a drive axle of a work machine according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Eine derartige Antriebsachse einer Arbeitsmaschine umfasst ein Verteilergetriebe, welches das von einem Hauptgetriebe übertragene Antriebsmoment auf die den Fahrzeugrädern zugeordneten Antriebswellen verteilt. Jeder Antriebswelle ist eine Bremseinheit, ein Planetenabtrieb und eine Flanschwelle zugeordnet, an der die Fahrzeugräder montiert sind. Mithilfe der Bremseinheit kann mechanisch auf das Fahrverhalten eingewirkt werden.Such a drive axle of a work machine comprises a transfer case which distributes the drive torque transmitted by a main drive to the drive shafts associated with the vehicle wheels. Each drive shaft is associated with a brake unit, a planetary output and a flange on which the vehicle wheels are mounted. The braking unit can be used to mechanically influence the driving behavior.

Beispielsweise aus der Druckschrift DE 697 29 173 T2 ist ein Bremssteuerungssystem für einen landwirtschaftlichen Traktor bekannt, mit dem die Bremskraft auf die Achsen des Traktors verteilt werden kann. Ferner ist aus der Druckschrift DE 10 2008 040 326 A1 eine Lenkbremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei jedem der Fahrzeugräder eine Radbremseinrichtung zugeordnet ist, die sich mittels eines Bremsbedienelementes fahrerseitig ansteuern lässt. Bei der bekannten Lenkbremseinrichtung wird bei Erkennung eines Wendemanövers des Kraftfahrzeuges unabhängig von einer Betätigung des Bremsbedienelementes die Radbremseinrichtung zur Durchführung eines Lenkbremsvorganges angesteuert. Bei den bekannten Systemen und Einrichtungen wird somit zum Unterstützen des Lenkverhaltens ausschließlich eine mechanische Bremsung durchgeführt, bei das überschüssige Antriebsmoment in Reibungswärme umgewandelt wird. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der Arbeitsmaschine verringert.For example, from the document DE 697 29 173 T2 a brake control system for an agricultural tractor is known with which the braking force can be distributed to the axles of the tractor. Furthermore, from the document DE 10 2008 040 326 A1 a steering brake device for a motor vehicle, wherein each of the vehicle wheels is associated with a Radbremseinrichtung, which can be controlled by means of a brake control element on the driver side. In the known steering brake device is detected when performing a turning maneuver of the motor vehicle regardless of an actuation of the brake control element, the wheel brake for performing a steering brake operation. In the known systems and devices is thus carried out to support the steering behavior exclusively a mechanical braking, is converted in the excess drive torque in frictional heat. In this way, the efficiency of the working machine is reduced.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Antriebsachse einer Arbeitsmaschine der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der eine Beeinflussung bzw. Unterstützung des Lenkverhaltens realisiert wird, möglichst ohne dabei den Wirkungsgrad zu verringern.The present invention is based on the object to propose a drive axle of a working machine of the type described above, in which an influencing or support of the steering behavior is realized, if possible without reducing the efficiency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung aus der Zeichnung und den Unteransprüchen ergeben.This object is achieved by the features of claim 1, resulting in further advantages and embodiments of the invention from the drawing and the dependent claims.

Somit wird eine angetriebene Antriebsachse einer Arbeitsmaschine, wie zum Beispiel eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges oder dergleichen mit einem Verteilergetriebe vorgeschlagen, wobei das Verteilergetriebe eingangsseitig bzw. antriebsseitig mit einer Getriebeausgangswelle und ausgangsseitig bzw. abtriebsseitig jeweils mit einer Antriebswelle zum Antrieb eines zugeordneten Fahrzeugrades verbunden ist. Jede der Antriebswellen ist mit einer Bremseinrichtung verbunden. Zudem ist jede Antriebswelle über einen Planetentrieb oder dergleichen mit dem zugeordneten Fahrzeugrad verbunden. Erfindungsgemäß ist jeder Antriebswelle wenigstens eine elektrische Maschine oder dergleichen zumindest zum Unterstützen und zum Beeinflussen des Lenkverhaltens der Arbeitsmaschine zugeordnet.Thus, a driven drive axle of a working machine, such as an agricultural utility vehicle or the like proposed with a transfer case, wherein the transfer case is connected on the input side or drive side with a transmission output shaft and output side or output side each with a drive shaft for driving an associated vehicle wheel. Each of the drive shafts is connected to a braking device. In addition, each drive shaft is connected via a planetary drive or the like with the associated vehicle wheel. According to the invention, each drive shaft is associated with at least one electric machine or the like at least for assisting and influencing the steering behavior of the working machine.

Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Integration der elektrischen Maschinen in die Antriebsachse kann z. B. ein Lenkvorgang bei der Arbeitsmaschine elektrisch unterstützt werden und somit auch der Wirkungsgrad der Arbeitsmaschine erhöht werden. Vorzugsweise wird dadurch auch die vorhandene Bremseinrichtung bei der Unterstützung eines Lenkvorganges entlastet oder sogar ersetzt. Dadurch, dass die elektrischen Maschinen als Generator oder auch als Motor einsetzbar sind, können neben der Unterstützungs- oder Entlastungsfunktion der Bremseinrichtungen auch weitere Funktionen von den elektrischen Maschinen zusätzlich übernommen werden.Due to the inventively provided integration of the electrical machines in the drive axle z. B. a steering operation in the working machine are electrically supported and thus the efficiency of the machine can be increased. Preferably, thereby the existing braking device is relieved in the support of a steering operation or even replaced. The fact that the electrical machines can be used as a generator or as a motor, in addition to the support or discharge function of the braking devices also other functions of the electrical machines can be additionally taken.

Die vorzugsweise beidseitig zwischen dem Differenzial und dem Planetenabtrieb vorgesehenen elektrischen Maschinen sind durch die Verbindung mit der Antriebswelle an den Antriebsstrang angekoppelt. Beispielsweise kann die elektrische Maschine im Generatorbetrieb im Rahmen der Rekuperation überschüssige Energie in einen Energiespeicher abführen, indem zumindest eines der Fahrzeugräder abgebremst wird. Wenn die elektrischen Maschinen sich im Motorbetrieb befinden, kann zum Beispiel bei Bedarf ein zusätzliches Antriebsmoment an zumindest eines der Fahrzeugräder abgegeben werden, indem die elektrische Maschine von dem angeschlossenen Energiespeicher gespeist wird. Es ist mit den elektrischen Maschinen auch möglich, den Antriebsstrang durch Reduzieren oder Erhöhen der Antriebsleistung rein elektrisch zu unterstützen.The electrical machines preferably provided on both sides between the differential and the planetary output are coupled to the drive train through the connection to the drive shaft. For example, the electric machine in the generator mode in the context of recuperation dissipate excess energy in an energy storage by at least one of the vehicle wheels is braked. If the electric machines are in engine operation, for example, if necessary, an additional drive torque can be delivered to at least one of the vehicle wheels by the electric machine is powered by the connected energy storage. It is also possible with the electric machines, the drive train by reducing or increasing the drive power purely electrically support.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebsachse kann bevorzugt als angetriebene Vorderachse und/oder auch als angetriebene Hinterachse der Arbeitsmaschine eingesetzt bzw. ausgeführt sein. Ferner kann die vorgeschlagene Antriebsachse lenkbar oder auch nicht lenkbar ausgeführt sein. Wenn eine nicht lenkbare Antriebsachse verwendet wird, kann zum Beispiel der Lenkvorgang allein durch die Antriebsansteuerung der Fahrzeugräder vorzugsweise elektrisch über die elektrischen Maschinen erfolgen.The inventively proposed drive axle can preferably be used or designed as a driven front axle and / or as a driven rear axle of the working machine. Furthermore, the proposed drive axle can be designed steerable or non-steerable. When a non-steerable drive axle is used, for example, the steering operation may be performed by the driving control of the vehicle wheels, preferably, electrically via the electric machines.

Im Rahmen einer ebenfalls beanspruchten Anordnungsmöglichkeit der Erfindung kann bei der erfindungsgemäßen Antriebsachse auch vorgesehen sein, das die verwendeten elektrischen Maschinen die vorgesehenen Bremseinrichtungen hinsichtlich der Durchführung oder der Unterstützung eines Lenkvorganges vollständig ersetzen, so dass die Bremseinrichtung zumindest hinsichtlich der Lenkfunktion entfallen könnten.In the context of a likewise claimed arrangement possibility of the invention may also be provided in the drive axle according to the invention, the electrical equipment used the proposed braking devices with regard to the implementation or the support of a Steering completely replace, so that the braking device could be omitted at least in terms of steering function.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsachse für eine nicht weiter dargestellte Arbeitsmaschine, zum Beispiel für einen Traktor oder dergleichen.Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to the drawings. The single FIGURE of the invention shows schematically a possible embodiment of the drive axle according to the invention for a work machine not shown, for example for a tractor or the like.

Die Antriebsachse umfasst ein Differenzial- bzw. Verteilergetriebe 1, welches eingangsseitig mit einer Getriebeausgangswelle 2 eines nicht weiter dargestellten Hauptgetriebes des Antriebsstranges der Arbeitsmaschine verbunden ist. Ausgangsseitig bzw. abtriebsseitig ist das Verteilergetriebe 1 beidseitig jeweils mit einer Antriebswelle 3, 4 verbunden. Jede der Antriebswellen 3 und 4 ist einem Fahrzeugrad 5, 6 zum Antrieb zugeordnet. Die Antriebswellen 3 und 4 sind fahrzeugradseitig über ein Planetengetriebe bzw. Planetentrieb 7, 8 gekoppelt.The drive axle comprises a differential or transfer case 1 , which input side with a transmission output shaft 2 a main transmission, not shown, of the drive train of the working machine is connected. On the output side or output side is the transfer case 1 both sides each with a drive shaft 3 . 4 connected. Each of the drive shafts 3 and 4 is a vehicle wheel 5 . 6 assigned to the drive. The drive shafts 3 and 4 are vehicle wheel side via a planetary gear or planetary drive 7 . 8th coupled.

Durch die Verwendung eines Planetentriebes 7, 8 zum Antrieb des zugeordneten Fahrzeugrades kann die mögliche Übersetzung bei dem Antriebsstrang erweitert werden. Hierzu ist jede Antriebswelle 3, 4 mit einem Sonnenrad 9, 10 des Planetentriebes 7, 8 verbunden, wobei der jeweilige Planetenradträger mit einer Flanschwelle verbunden ist, an der das jeweilige Fahrzeugrad 5, 6 befestigt ist. Das Hohlrad des jeweiligen Planetentriebes 7, 8 ist gehäusefest angeordnet.By using a planetary gear 7 . 8th to drive the associated vehicle wheel, the possible translation in the drive train can be extended. For this purpose, each drive shaft 3 . 4 with a sun wheel 9 . 10 of the planetary drive 7 . 8th connected, wherein the respective planet carrier is connected to a flange on which the respective vehicle wheel 5 . 6 is attached. The ring gear of the respective planetary gear 7 . 8th is arranged on the housing.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Antriebswelle 3, 4 mit einer Bremseinrichtung 11, 12 ausgerüstet, die beispielsweise als Lamellenbremse ausgeführt ist. Mit den Bremseinrichtungen kann zum Beispiel neben normalen Bremsvorgängen auch der Lenkvorgang bei der Arbeitsmaschine durch entsprechendes Abbremsen des der entsprechenden Antriebswelle 3, 4 zugeordneten Fahrzeugrades 5, 6 beeinflusst werden.In the embodiment shown, each drive shaft 3 . 4 with a braking device 11 . 12 equipped, which is designed for example as a multi-disc brake. With the braking devices, for example, in addition to normal braking operations, the steering operation in the work machine by corresponding deceleration of the corresponding drive shaft 3 . 4 assigned vehicle wheel 5 . 6 to be influenced.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeder Antriebswelle 3, 4 eine elektrische Maschine 13, 14 zugeordnet ist, um die Bremseinrichtungen 11, 12 zumindest bezüglich des Lenkvorganges zu unterstützen oder zu ersetzen.According to the invention it is provided that each drive shaft 3 . 4 an electric machine 13 . 14 is assigned to the braking devices 11 . 12 at least with regard to the steering process to support or replace.

Zum Durchführen oder Unterstützen eines Lenkvorganges kann beispielsweise das bezogen auf den Kurvenradius innere Fahrzeugrad 5, 6 abgebremst und das äußere Fahrzeugrad 5, 6 beschleunigt werden. Dies kann sowohl bei lenkbaren als auch bei nicht lenkbaren Achsen vorgesehen werden. Der Lenkvorgang kann auch ausschließlich durch die elektrischen Maschinen 13, 14, also rein elektrisch realisiert werden, wenn keine Lenkung möglich ist oder wenn die Bremseinrichtungen nicht verwendet werden sollen. Durch die Integration der elektrischen Maschinen 13, 14 wird der Wirkungsgrad der Arbeitsmaschine insgesamt erhöht, da die Abbremsung der Fahrzeugräder 5, 6 durch Energierückgewinnung bzw. Energiewandlung erreicht wird, wobei die gewonnene Energie in Energiespeichern zur späteren Verwendung aufgenommen wird.For carrying out or supporting a steering operation, for example, based on the curve radius inner vehicle wheel 5 . 6 braked and the outer vehicle wheel 5 . 6 be accelerated. This can be provided both with steerable and non-steerable axles. The steering process can also be exclusively by the electric machines 13 . 14 , So be realized purely electrically, if no steering is possible or if the braking devices should not be used. By integrating the electrical machines 13 . 14 the efficiency of the work machine is increased overall, as the deceleration of the vehicle wheels 5 . 6 is achieved by energy recovery or energy conversion, wherein the energy obtained is absorbed in energy storage for later use.

Zudem können die elektrischen Maschinen 13, 14 je nach Fahrzustand zum Beispiel bei schwerem Zug, beim Anfahren oder bei hoher Last der Arbeitsmaschine das Antriebsmoment an der Antriebsachse unterstützen und somit erhöhen. Ebenso kann bei einer Verzögerung, bei einer Bergabfahrt oder im Schubbetrieb der Arbeitsmaschine Energie über die elektrischen Maschinen 13, 14 in einen separaten oder in einem gemeinsamen Energiespeicher abgeführt werden, welches durch entsprechende Pfeile in der Figur angedeutet ist.In addition, the electrical machines 13 . 14 Depending on the driving condition, for example, in heavy train, when starting or at high load of the machine support the drive torque on the drive axle and thus increase. Likewise, during a deceleration, when going downhill or in overrun operation, the work machine can generate energy via the electrical machines 13 . 14 be discharged into a separate or in a common energy storage, which is indicated by corresponding arrows in the figure.

Die den Antriebswellen 3, 4 zugeordneten elektrischen Maschinen 13, 14 können direkt oder auch indirekt mit der jeweiligen Antriebswelle 3, 4 verbunden sein. Beispielsweise ist es, wie in der Figur angedeutet, möglich, dass eine oder beide elektrische Maschinen 13, 14 über ein Zwischengetriebe mit der zugeordneten Antriebswelle 3, 4 verbunden ist. Als Zwischengetriebe kann jede einsetzbare Getriebeart verwendet werden. Bei der gezeigten Ausführungsvariante ist als Zwischengetriebe eine Stirnradstufe 15 vorgesehen. Ein erstes Stirnrad 16 der Stirnradstufe 15 ist dabei mit der Antriebswelle 4 verbunden, wobei ein zweites Stirnrad 17 mit der elektrischen Maschine 14 verbunden ist.The drive shafts 3 . 4 associated electrical machines 13 . 14 can directly or indirectly with the respective drive shaft 3 . 4 be connected. For example, as indicated in the figure, it is possible for one or both electrical machines 13 . 14 via an intermediate gear with the associated drive shaft 3 . 4 connected is. As an intermediate gear any applicable transmission can be used. In the embodiment shown, an intermediate gear is a spur gear 15 intended. A first spur gear 16 the spur gear stage 15 is with the drive shaft 4 connected, wherein a second spur gear 17 with the electric machine 14 connected is.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
VerteilergetriebeTransfer Case
22
GetriebeausgangswelleTransmission output shaft
33
Antriebswelledrive shaft
44
Antriebswelledrive shaft
55
Fahrzeugradvehicle
66
Fahrzeugradvehicle
77
Planetenradträgerplanet
88th
Planetenradträgerplanet
99
Sonnenradsun
1010
Sonnenradsun
1111
Bremseinrichtungbraking means
1212
Bremseinrichtungbraking means
1313
elektrische Maschineelectric machine
1414
elektrische Maschineelectric machine
1515
Stirnradstufespur gear
1616
Stirnradspur gear
1717
Stirnradspur gear

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 69729173 T2 [0003] DE 69729173 T2 [0003]
  • DE 102008040326 A1 [0003] DE 102008040326 A1 [0003]

Claims (6)

Antriebsachse einer Arbeitsmaschine mit einem Verteilergetriebe (1), welches eingangsseitig mit einer Getriebeausgangswelle (2) und ausgangsseitig jeweils mit einer Antriebswelle (3, 4) zum Antrieb eines zugeordneten Fahrzeugrades (5, 6) verbunden ist, wobei jede Antriebswelle (3, 4) über einen Planetentrieb (7, 8) mit dem zugeordneten Fahrzeugrad (5, 6) verbunden ist, und wobei jede Antriebswelle (3, 4) mit einer Bremseinrichtung (11, 12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebswelle (3, 4) wenigstens eine elektrische Maschine (13, 14) zumindest zum Unterstützen eines Lenkvorganges zugeordnet ist.Drive axle of a work machine with a transfer case ( 1 ), which on the input side with a transmission output shaft ( 2 ) and on the output side each with a drive shaft ( 3 . 4 ) for driving an associated vehicle wheel ( 5 . 6 ), each drive shaft ( 3 . 4 ) via a planetary drive ( 7 . 8th ) with the associated vehicle wheel ( 5 . 6 ), and wherein each drive shaft ( 3 . 4 ) with a braking device ( 11 . 12 ), characterized in that each drive shaft ( 3 . 4 ) at least one electric machine ( 13 . 14 ) is assigned at least to support a steering operation. Antriebsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (13, 14) zwischen dem Verteilergetriebe (1) und dem Planetentrieb (7, 8) direkt oder indirekt mit der zugeordneten Antriebswelle (3, 4) verbunden ist.Drive axle according to claim 1, characterized in that the electric machine ( 13 . 14 ) between the transfer case ( 1 ) and the planetary drive ( 7 . 8th ) directly or indirectly with the associated drive shaft ( 3 . 4 ) connected is. Antriebsachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (13, 14) über ein Zwischengetriebe mit der zugeordneten Antriebswelle (3, 4) verbunden ist.Drive axle according to claim 2, characterized in that the electric machine ( 13 . 14 ) via an intermediate gear with the associated drive shaft ( 3 . 4 ) connected is. Antriebsachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischengetriebe eine Stirnstufe (15) vorgesehen ist, wobei ein erstes Stirnrad (16) mit der zugeordneten Antriebswelle (3, 4) und ein zweites Stirnrad (17) mit der elektrischen Maschine (13, 14) verbunden ist.Drive axle according to claim 3, characterized in that as an intermediate gear, a front step ( 15 ) is provided, wherein a first spur gear ( 16 ) with the associated drive shaft ( 3 . 4 ) and a second spur gear ( 17 ) with the electric machine ( 13 . 14 ) connected is. Antriebsachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede elektrische Maschine (13, 14) mit einem Energiespeicher zur Energiespeicherung und zur Energieversorgung verbunden ist.Drive axle according to one of the preceding claims, characterized in that each electric machine ( 13 . 14 ) is connected to an energy storage for energy storage and energy supply. Antriebsachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse als angetriebene Vorderachse oder als angetriebene Hinterachse der Arbeitsmaschine (13, 14) ausgeführt ist.Drive axle according to one of the preceding claims, characterized in that the drive axle as a driven front axle or as a driven rear axle of the working machine ( 13 . 14 ) is executed.
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