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Kraftübertragungsanlage zum gleichzeitigen Antrieb eines
Fahrzeuges und einer Arbeitsmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungsanlage, über die von einem Verbrennungsmotor ein Fahrzeug und eine auf dem Fahrzeug oder dessen Anhänger befindliche Arbeitsmaschine gleichzeitig angetrieben werden, wobei im Antriebsstrang des Fahrzeuges ein Drehmomentwandler, vorzugsweise ein Strömungswandler, angeordnet ist und der Antriebsstrang der Arbeitsmaschine in Kraftflussrichtung vor dem Sekundärteil des Drehmomentwandlers abzweigt.
Bei Kraftfahrzeugen besteht häufig das Bedürfnis, von einem Verbrennungsmotor aus ein Fahrzeug fortzubewegen und gleichzeitig eine nicht unmittelbar von einer Fahrzeugachse angetriebene Arbeitsmaschine,
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denen eine Schneeräumvorrichtung betätigt wird.
Bei bekannten Kraftüberrragungsanlagen ist daher bereits vorgesehen worden, den Fahrzeugantrieb unter Zwischenschaltung von Zahnradgetrieben und Schaltkupplungen, den Arbeitsmaschinenantrieb dagegen über eine feste Zahnradübersetzung vom Motor abzunehmen. Der Nachteil solcher Anlagen besteht darin, dass für die Arbeitsmaschine ein Leistungsanteil bestimmt ist, der zwar vorher durch geeignete Wahl der festen Zahnradübersetzung eingestellt, während des gesamten Arbeitsvorganges aber nicht mehr verändert werden kann. Es kann nämlich vorkommen, dass der Arbeitsmaschinenantrieb plötzlich eine grössere Leistung als vorher beansprucht. Diese grössere Leistung ist aber dann nicht verfügbar, wenn Fahrzeug- und Arbeitsmaschinenleistung zusammen bereits zwecks voller Motorausnutzung etwa die maximale Motorleistung ergeben.
Die Folge davon ist bei Verbrennungsmotoren ein Absinken der Motordrehzahl und damit ein Absinken der Motorleistung ; letzteres kann zum Abwürgen des Motors führen. Ebenso kann ein Abwürgen des Motors eintreten, wenn plötzlich dem Fahrzeugantrieb, z. B. bei Steigungen, eine grössere Leistung, als normal vorgesehen ist, abverlangt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf die eingangs erwähnten Kraftübertragungsanlagen und bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile. Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass der Drehmomentwandler bezüglich der Drehmomentübersetzung und damit bezüglich der Drehzahlübersetzung mittels einer an sich bekannten Einrichtung (bei einem mechanischen Drehmomentwandler : Einrichtung z. B. zur Verstellung eines Reibradgetriebes ; bei einem Strömungswandler : z.
B. verschiebbarer Ringschieber oder verschiebbarer Leitschaufelkranz, Verschwenken der Pumpen-oder Turbinenschaufeln oder der Leitschaufeln und Füllungsgrad- änderung) während des Betriebes steuerbar ausgebildet wird, wobei die Einrichtung von Hand oder automatisch, vorteilhafterweisemittels eines an sich bekannten Fliehkraftreglers, über Verstellelemente so betätigt und damit die Leistungsaufnahme des Wandlers bei wechselnden Leistungserfordernissen des Fahrzeuges und/ oder der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors so geregelt werden kann, dass die Motordrehzahl zumindest annähernd auf einem der jeweiligen Brennstoffzufuhr-Einstellung entsprechenden optimalen Wert gebracht und auf diesem Wert gehalten wird.
Diese Ausbildung der Kraftübertragungsanlage ermöglicht es, dass der Verbrennungsmotor unabhängig von den Leistungserfordernissen für das Fahrzeug und/oder die Arbeitsmaschine stets annähernd seine der jeweiligen Brennstoffzufuhr- Einstellung entsprechende optimale Leistung abgibt, also nicht im Gebiet der
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Minderleistung arbeitet. Insbesondere bei Einstellung auf die maximale Motor-Dauerleistung ist eine volle Motorausnutzung gewährleistet. Denn durch die-insbesondere automatisch arbeitende-Regelung des Wandlermomentes entsprechend der Motordrehzahl wird bewirkt, dass die Summe der Antriebsleistungen für das Fahrzeug und für die Arbeitsmaschine die maximale Motor-Dauerleistung ergibt. Wenn z.
B. die Arbeits- maschine nicht ihre grösstmögliche Leistung aufnimmt, wird die Antriebsleistung des Fahrzeuges und damit die Fahrgeschwindigkeit erhöht, so lange, bis die volle Motorleistung ausgenutzt wird. Umgekehrt wird die Fahrzeuggeschwindigkeit herabgesetzt, wenn z. B. eine Schneeräummaschine plötzlich eine grosse Schneeansammlung räumen muss und dadurch eine grössere Leistung als vorher erfordert. Je nach Bauart des Dreh-
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Fahrzeuges mehr oder weniger unmittelbar beeinflussen. Im Falle eines belastungsempfindlichen Drehmomentwandlers sinkt sofort die Motordrehzahl, was ein sofortiges Regeln der Wandlerleistungsaufnahme zur Folge hat. Im andern Fall, wenn der Drehmomentwandler die Belastungsstösse nicht zum Verbrennungsmotor weiterleitet, sinkt zunächst nur die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Falls dies ein Nachlassen der Arbeitsmaschinenleistung zur Folge hat, da die erforderliche Leistung der Arbeitsmaschine meist wegabhängig ist, wird bei zunächststeigender Motordrehzahl die Leistungsaufnahme des Drehmomentwandiers vergrossert, was wieder der Fahrzeugleistung zugute kommt. Eine volle Ausnutzung des Verbrennungsmotors ist also damit bei allen in Frage kommenden Betriebsarten möglich. Der Drehmomentwandler wird zweckmässigerweise so ausgelegt, dass er praktisch bis zur vollen Motorleistung übertragen kann.
Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemässen Kraftübertragungsanlage besteht darin, dass der Antriebsstrang der Arbeitsmaschine vom Primärteil des Drehmomentwandlers abzweigt.
Zu diesem Zweck kann am Primärteil des Drehmomentwandlers ein Zahnkranz vorgesehen sein, in den ein Zahnrad des Zapfabtriebes eingreift. Dem Fahrzeug mit der erfindungsgemässen Kraftübertragungsanlage kommt in einigen Fällen weiterhin die Aufgabe zu, von einem Arbeitsplatz beispielsweise über eine Strasse zu einem andern Arbeitsplatz zu fahren, u. zw. unter Abschaltung des Arbeitsmaschinenantriebes vom Verbrennungsmotorundmit grösserer Geschwindigkeit als mit eingeschalteter Arbeitsmaschine. Für diese Möglichkeit eines raschen Arbeitsplatzwechsels wird der Drehmomentwandler-so ausgebildet, dass dessen Pri- märteil und Sekundärteilmiteinanderkuppelbarsind (Überbrückungswandler). Das Fahrzeug wird dabei über rein mechanische Gänge angetrieben.
Zur Vermeidung der bei überbrücktem Strömungswandler entstehenden Bremswirkung können an sich bekannte Massnahmen getroffen werden : der Wandler kann z. B. entleert werden. Eine besonders vorteilhafte und einfache Art, die Bremsverluste des überbrückten Strömungswandlersherabzusetzen, bestehtdarin, die Schaufeln des Leitrades schwenkbar anzuordnen und sie bis zur Schliess-
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Schliessstellung ausserdem die Bremsverluste bei überbrücktem Strömungswandler, indem die Strömung im Wandlerkreislauf, die trotz gekuppeltem Primär- und Sekundärteil wegen der Relativbewegung zwischen feststehendem Leitrad und umlaufendem Primär- und Sekundärteil in gewissem Mass auftritt, im wesentlichen unterbunden wird.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Kraftübertragungsanlage gemäss der Erfindung dar-
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und in der BeschreibungKraftübertragungsanlage in einem Längsschnitt, Fig. 2 die Regeleinrichtung für einen Strömungswandler einersolchen Kraftübertragungsanlage und Fig. 3 ein Diagramm für den Verlauf der Leistungen und Momente über der Motordrehzahl.
Gemäss Fig. l treibt ein Verbrennungsmotor l über eine Antriebswelle 2 den eine Beschaufelung 3a aufweisenden Primärteil 3 eines Strömungswandlers. Der Abtrieb erfolgt über den Sekundärteil 4 auf eine Abtriebswelle 5. Das Fahrzeug wird von der Abtriebswelle 5 über Zahnräder 7 und 8 und eine Welle 9 ange- trieben. Der Prim rteÏ1 3 und der Sekundärteil 4 des Strömungswandlers können dadurch überbrückt werden, dass die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 5 durch eine Reibkupplung 10 miteinander gekuppelt werden.
Der Antrieb für die Arbeitsmaschine wird vom Primärteil 3 abgenommen, an dem sich ein Zahnkranz 11 befindet. Dieser ist mit einem Zahnrad 12 in Eingriff. Über eine mittels eines Handhebels 13 zu betätigendeKlauenkupplung 14 kann das Stirnrad 12 fest mit einer Zapfwelle 15 verbunden werden, die mit der Arbeitsmaschine in Verbindung steht. Das ortsfeste Leitrad 6 hat eine doppelte Beschaufelung 6a und 6b. Die Beschaufelung 6a der rechten Leitschaufe1reihe ist schwenkbar ausgebildet. Die Leitschaufeln sind mit Bolzen 16 versehen, die im Leitradgehäuse gelagert sind. An den freien Enden 17 der Bolzen sind Hebel 18 befestigt, die in Querlöchem der Bolzen 19 verschiebbar sind. Die Bolzen 19 sind an einem Regulierring 20 drehbar angeordnet. Der Regulierring selbst ist um die Strömungswandlerachse drehbar ausgebildet.
Durch
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verändert. Der beschaufelte Primär- und Sekundärteil ist ferner zu einer achssenkrechten Ebene 26 symme- trisch ausgebildet. Zum Antrieb eines die Regeleinrichtung steuernden Fliehkraftreglers sitzt ein Zahnrad 23 auf der Antriebswelle 2 und treibt ein Zahnrad 24 und eine Welle 25 an.
Der Fliehkraftregler und die Regeleinrichtung sind in Fig. 2 dargestellt. Der Fliehkraftregler 29 wird von der Welle 25 über Kegelräder 27 und 27a angetrieben. Eine verschiebbare Welle 28 ist am unteren En- de als genutete Spindel ausgebildet, auf der das Kegelrad 27a angeordnet ist. Je nach der Drehzahl des
Fliehkraftreglers wird eine Muffe 30 axial bewegt ; diese Bewegung wird über einen in einem ortsfesten La- ger31 drehbaren Doppelhebel 32 auf einen Vorsteuerkolben 33 geleitet. Bei der eingestellten Motor-Nenn- drehzahlhatder Vorsteuerkolben die gezeichnete Stellung. Ändert sich nun die Drehzahl, wird der Vorsteuer- kolben verschoben. Das Drucköl tritt durch cine Leitung 34 ein und gelangt durch einen der beiden Kanäle 35 und 36 zu einem Arbeitskolben 37, der dadurch nach oben oder untenbewegt wird.
Das verdrängte Druck- öl kann über eine der Öffnungen 38 und 39 entweichen. Die Kolbenstange 40 des Arbeitskolbens 37 dient mit ihren Steuerkanten als Steuerorgan für einen auf der Kolbenstange 40 gleitend angeordneten Nachfolge- kolben 41, der in einem Gehäuse 42 geführt wird. Jede Bewegung des Arbeitskolbens 37 wird nach Richtung und Grösse über die Kolbenstange 40 auf den Nachfolgekolben 41 übertragen. Während der Arbeitskolben 37 und die Kolbenstange 40 mit geringem Kraftaufwand bewegt werden können, bringt der Nachfolgekolben 41 eine erhebliche Kraft auf und ist also in der Lage, auch schwer zu betätigende Steuerungen vorzunehmen.
Das Drucköl für den aus der Kolbenstange 40 und dem Nachfolgekolben 41 gebildeten Stellmotor tritt durch eine Leitung 43 ein.
Die axiale Bewegung des Nachfolgekolbens 41 dreht über eine Verzahnung 44 den Re- gulierring 20, der über die Bolzen 19, die Hebel 18 und die Bolzen 16 die Beschaufelung 6a der rechten
Leitschaufelreihe schwenkt (s. auch Fig. 1). In Fig. 2 werden die Leitschaufeln sowohl in geöffneter Stel- lung als auch in geschlossener Stellung in gestrichelter Darstellung gezeigt. In geschlossener Stellung ent- steht ein etwa abdichtender Ring, durch den im wesentlichen eine Kreislaufströmung nicht möglich ist.
Die Regeleinrichtung arbeitet derart, dass bei der einer bestimmten Brennstoffzufuhr zum Verbrennungs- motor entsprechenden Nenndrehzahl der Vorsteuerkolben 33 eine solche Stellung hat, dass der Arbeitskolben 37nichtbewegtwird, d. h., dass das Drucköl aus der Leitung 34 nicht in den Zylinder des Arbeitskolbens 37 gelangt (s. Fig. 2). Jede von der Nenndrehzahl abweichende Motordrehzahl hat eine Verschiebung des Vorsteuerkolbens 33 zur Folge, mithin eine Betätigung des Arbeitskolbens 37, des Nachfolgekolbens 41 und schliesslich eine Verstellung der Leitschaufeln. Sinkt die Drehzahl des Verbrennungsmotors beispielsweise infolge eines grösseren Widerstandes der Arbeitsmaschine (grössere Leistungsaufnahme), wird der Vorsteuer- kolben 33 über den Doppelhebel 32 nach oben bewegt.
Das Drucköl fliesst nun von der Leitung 34 über den Kanal 35 in den Raum über dem Arbeitskolben 37. Dieser wird nach unten gedrückt ; der Nachfolgekolben 41 macht diese Bewegung mit. Der Regulierring 20 dreht dabei die Beschaufelung 6a in Schliessrichtung.
Damit sinkt die Leistungsübertragung des Strömungswandlers und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ; dadurch kann die Motordrehzahl wieder ansteigen. Der Regelvorgang hört auf. Erhöht sich anderseits die Motordrehzahl infolge kleinerer Leistungsaufnahme der Arbeitsmaschine über die Nenndrehzahl hinaus, werden die Leitradschaufeln über die Regeleinrichtung in eine Stellung gebracht, in der der Strömungswandler eine grössere Leistung aufnimmt. Das Fahrzeug fährt dadurch schneller als vorher, während der Verbrennungsmotor wieder mit seiner Nenndrehzahl läuft. Es ist möglich, neben der Maximalleistung auch andere Nennleistungen konstant zu halten. In Fig. 2 ist hiezu ein um den Drehpunkt 46 schwenkbarer Doppelhebel 45 dargestellt.
Dieser Doppelhebel 45 fixiert die Lage der verschiebbaren Welle 28 des Fliehkraftreglers in senkrechter Richtung, indem ein Ende dieses Doppelhebels in eine Muffe 47 eingreift. Durch einen Griff 48 am andern Ende des Doppelhebels kann die Welle 28 senkrecht bewegt werden, wobei das untere Ende der Welle 28 ein Nutprofil aufweist und im Kegelrad 27a gleitend geführt wird. Dadurch kann bei den verschiedenen Motornenndrehzahlen der Fliehkraftregler so eingestellt werden, dass der Vorsteuerkolben 33 bei der entsprechenden Nenndrehzahl eine solche Stellung hat, bei der eine Regelung der Leitschaufeln nicht erfolgt. Die Betätigung des Doppelhebels 45 kann mit dem Gaspedal des Verbrennungsmotors zusammen erfolgen.
In Fig. 3 schliesslich wird der Leistungs-und Momentenverlauf über der Motordrehzahl für eine erfin- dungsgemässe Kraftübertragungsanlage gezeigt. Die Kurve NMotor gibt den Verlauf der Motorleistung, die Kurve MMotor den Verlauf des Motormomentes über der Motordrehzahl n an. Die Kurve 11Wl zeigt das auf- genommene Wandlermoment über der Primärdrehzahl bei einer bestimmten Leitschaufelstellung, MW2 bei einerwenigergeöffneten Leitschaufelstellung. Mp und MF2 geben den Drehmomentbedarf des Fahrzeugantriebes beispielsweise bei zwei verschiedenen Geschwindigkeiten an. Die Differenz der Werte zwischen Mp bzw.
MF2 und MMotor ist das dem Arbeitsmaschinenantrieb an der Zapfwelle zur Verfügung stehende Drehmoment My. bzw. MZn. Es werde zunächst die Momentverteilung bei der Nenndrehzahl betrachtet.
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Einregelung, d. h. bei der Motordrehzahl n,, steht dem Fahrzeug nur noch ein Moment OD zur Verfügung, nämlich OB - MZ2 = OD. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist also geringer geworden. Die Arbeitsmaschine arbeitet dagegen mit einem gegenüber vorher grösseren Moment entsprechend OB - OD = M Z ; der Drehmomentwandler arbeitet nun nach der Kurve M, n.
Der Verbrennungsmotor behält trotzdem die Nenndreh- zahl bei, arbeitet also weiterhin im Gebiet der Nennleistung. Wäre der Drehmomentwandler nicht regelbar, würde bei dem Anwachsen des Arbeitsmaschinenmomentes von M auf M 2 die Motordrehzahl n, absinken, u. zw. entsprechend dem Kurvenverlauf von MW... Erst bei n'l ist wieder die Summe von Fahr- zeug-und Arbeitsmaschinenmoment gleich dem Motormoment O'F.
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zahl entspricht im Punkt G eine gegenüber Ni kleinere Leistung N'1. Bei einem nicht regelbaren Drehmo- mentwandler würde also der Verbrennungsmotor vielfach im Gebiet der Minderleistung arbeiten.