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Hydromechanisches Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydromechanisches Wechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug, dessen
Antriebsmotor sowohl mit dem Fahrwerk zur Fortbewegung des Fahrzeuges kuppelbar ist als auch zeitwei- se mit einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer solchen mit unregelmässiger oder stossweiser Belastung, verbunden werden kann. Bei einem solchen Kraftfahrzeug, das beispielsweise ausser dem Fahrantrieb noch eine Bodenfräseinrichtung, also eine Fräskette od. dgl. aufweist, wobei letztere von dem den Fahr- antrieb bewirkenden Motor mit angetrieben wird, treten nun zwei, mitunter sogar drei verschiedene Be- triebsarten mit sehr unterschiedlichen Anforderungen auf, u. zw. : a) ein reiner Fahrbetrieb, etwa zwecks
Anfahrt zur Arbeitsstelle, der sich vielfach auf der Strasse vollzieht.
Hiefür ist eine verhältnismässig ho- he Geschwindigkeit bei gutem Wirkungsgrad erwünscht ; b) ein reiner Arbeitsbetrieb bei stillstehendem
Fahrzeug, wobei die Belastung durch die Erdfräseinrichtung unregelmässig und zum Teil stossartig verläuft, sei es auf Grund ungleicher Bodenbeschaffenheit, wechselnder Frästiefe oder wegen des Auftreffens auf
Steine. Im Hinblick hierauf soll der Antrieb der Arbeitsmaschine möglichst weich und stossdämpfend er- folgen. c) In zahlreichen Fällen ist schliesslich ein gemischter Arbeits- und Fahrbetrieb notwendig, näm- lich dann, wenn bei kleiner Fahrgeschwindigkeit (Vorschubbewegung) etwa ein Graben in das Gelände gefräst werden soll. Hiebei bestehen im wesentlichen die gleichen Forderungen wie unter Punkt b) ange- führt.
Bei allen drei Betriebsarten ist es ferner erwünscht, dass Fehlschaltungen auf Grund unsachgemässer Bedienung durch ungeübtes Personal und dadurch bedingte Schäden in der Antriebsanlage ausgeschlossen sind.
Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines hydromechanischen Kraftfahrzeug-Wechselgetriebes, das all diese zum Teil nur schwer miteinander zu vereinbarenden Forderungen erfüllt. Ausgehend von einem Getriebe, das einen unteren Gangbereich mit zumindest teilweise hydrodynamischer Kraftübertragung und einen oberen rein mechanischen Gangbereich sowie eine Schaltvorrichtung, vorzugsweise eine selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung, zum Ein- und Ausschalten dieser Gangbereiche aufweist und das durch Verstellen eines Betriebswählhebels wahlweise mit dem Fahrwerk oder einer Arbeitsmaschine (z.
B. einer Erdfräse) oder auch gleichzeitig mit dem Fahrwerk und dieser Arbeitsmaschine kuppelbar ist, besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass der Betriebswählhebel mittels an sich bekannter, eine Verriegelungseinrichtung bildender Übertragungsmittel (mechanische Übertragungsmittel, pneumatische Übertragungsmittel, hydraulische oder elektrische Übertragungsmittel) mit der Schaltvorrichtung für die Gangbereiche verbunden ist, wobei diese Übertragungsmittel derart ausgebildet und angeordnet sind, dass bei auf Betrieb der Arbeitsmaschine eingestelltem Betriebswählhebel die Gangschaltvorrichtung stets auf den hydrodynamischen Gangbereich eingestellt ist.
Die stark wechselnden oder stossartigen Belastungen des Arbeitsbetriebes können nun keinen Schaden mehr an der Antriebsanlage oder an der Arbeitsmaschine hervorrufen, da der bei Arbeitsbetrieb stets ein- geschaltete Strömungskreislauf des hydrodynamischen Gangbereiches stossmildernd und dämpfend wirkt und sogar bei vollkommenem Blockieren des Arbeitswerkzeuges, beispielsweise beim Festfahren einer Erdfräse im Gestein, eine Überbelastung und einen Bruch der Antriebsanlage verhindert. Ein versehentliches Einschalten des rein mechanischen Ganges bei Arbeitsbetrieb ist auf Grund der erfindungsgemä- ssen Ausbildung ebenfalls ausgeschlossen. Anderseits ermöglicht der ausschliesslich bei reinem Fahrbetrieb einschaltbare mechanische Gangbereich des Wechselgetriebes ein Fahren mit grosser Geschwindigkeit bei gutem Wirkungsgrad.
Selbstverständlich kann etwa in schlechtem oder steilem Gelände auch mit dem hydrodynamischen Gang gefahren werden, was mitunter vorteilhaft
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Schwingungsdämpfung. Ist dagegen die Bremse 9a angezogen und damit das Pumpenrad 10 und der ge- samte hydraulische Leistungszweig 9-13 stillgesetzt, so erfolgt die Kraftübertragung nur mehr mechanisch über die Zwischenwelle 8 ; dies ist der rein mechanische Betriebszustand, der mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und für den oberen Fahrbereich bestimmt ist.
Das Steuern der Bandbremse 9a an dem Leistungsteiler-Planetenradgetriebe 7 und damit das Umschal- ten von hydraulischen auf den rein mechanischen Betrieb und umgekehrt erfolgt selbsttätig (auf Grund der später beschriebenen erfindungsgemässen Sperreinrichtung allerdings nur bei reinem Fahrbetrieb), um von den Unzulänglichkeiten des Fahrzeugführers unabhängig zu sein. Zu diesem Zweck erzeugt eine von der Zwischenwelle 8 angetriebene sogenannte Messölpumpe 26 einen drehzahlabhängigen Druck, der über die Leitung 27 (mit Überdruckventil 28) den Steuerkolben 29 im Zusammenwirken mit der Druckfeder 30 derart steuert, dass dieser bei niedrigen Drehzahlen der Welle 8 in seiner tiefsten Stellung steht ; hiebei gelangt Druckluft über die Leitungen 31,32 zu dem Schaltzylinder 33, verschiebt dessen Kolben nach links und löst damit die Bremse 9a.
Das Getriebe 2 arbeitet dann mit Leistungsteilung und teilhydrau- lisch. Bei hohen Drehzahlen der Zwischenwelle 8, demzufolge hohem Öldruck in der Leitung 27 und der obersten Stellung des Kolbens 29 (diese Stellung ist in Fig. 1 dargestellt) ist die Leitung 32 über die Lei- tungen 34,35 entlüftet und daher drucklos ; die Bremse 9a ist unter der Wirkung der Druckfeder 36 ange- zogen. In diesem Fall ist der hydraulische Kraftweg 9-13 des Differential-Wandlergetriebes stillgesetzt und die Kraftübertragung erfolgt nun rein mechanisch.
Der Zwischenwelle 8 ist noch ein dreigängiges mechanisches Wechselgetriebe mit den drei Planeten- radsätzen 14, 15 und 16 nachgeschaltet. Wird der Aussenzahnkranz 14a des erstgenannten Planetenradsatzes
14 durch die Bandbremse 14b festgebremst, so ergibt sich zwischen der Zwischenwelle 8 und der Aus- gangswelle 17 eine Übersetzung ins Schnelle (schneller Vorwärtsgang), der im nachfolgenden als Nor- malgang bezeichnet sei. Ist dagegen die Bandbremse 15b bzw. 16b angezogen und somit der entsprechende Aussenzahnkranz der Planetenrädersätze 15 bzw. 16 festgebremst, so wird ein langsamer Vorwärtsgang (Gelände-oder Berggang) bzw. ein Rückwärtsgang erzielt.
Jeder der drei letztgenannten Gänge kann entweder hydraulisch-mechanisch (nämlich bei gelöster Bremse 9a) oder rein mechanisch (bei gezogener
Bremse 9a) gefahren werden, so dass sich mit diesem Differential-Wandlergetriebe insgesamt sechs Gänge erzielen lassen, u. zw. drei teilhydraulische und drei rein mechanische Gänge.
Das Steuern der Planetenradsätze 14,15 und 16 erfolgt willkürlich durch Betätigen des Gangschalthebels 18 durch den Fahrzeugführer. Bei der dargestellten Stellung LL dieses Gangschalthebels 18 nimmt der an seiner Schwenkachse befestigte Drehschieber 19 eine solche Stellung ein, dass der Druckluftzufluss von einer (hier nicht dargestellten) Druckmittelquelle und vom Druckluftbehälter 20 über die Leitungen 21,22, 23, 24 zu den Druckluft-Schaltzylindern 14c, 15c und 16c der Bandbremsen 14b, 15b, 16b unterbrochen ist. Es sind dann alle drei Bremsen 14b, 15b und 16b gelöst und zwischen der Zwischenwelle 8 und der Ausgangswelle 17 ist die Triebverbindung unterbrochen. Dies ist der Leerlauf-Schaltzustand des Differential-Wandlergetriebes. Bei den Hsbelstellungen NG bzw.
GG oder RG ist dagegen ein Druckluftzufluss über die Leitung 22 bzw. 23 oder 24 zu den Druckluft-Schaltzylindern 14c bzw. 15c oder 16c freigegeben, so dass dementsprechend die Bremse 14b bzw. 15b oder 16b angezogen ist, was dem Normalgang (Strassengang) bzw. dem Geländegang bzw. Rückwärtsgang entspricht. Aus Fig. 2 ist das Steuerschema des Drehschiebers 29 ersichtlich, wobei das Zeichen x angibt, dass der Durchfluss zu der entsprechenden Anschlussleitung (Leitung 22) freigegeben ist.
Von dem Differential-Wandlergetriebe 2 gelangt der Kraftfluss über die Welle 17,17a zu dem Verteilergetriebe 3 und in diesem bei linker Stellung der Kupplungsmuffe 40 (die auf einem Keilprofil der Welle 17a axial verschiebbar ist) über die Zahnräder 41,42 zu der Abtriebswelle 43, die ihrerseits über den Kegeltrieb 44 die Fahrzeugtreibachse 4 in Bewegung setzt (reiner Fahrbetrieb). Befindet sich dagegen die Kupplungsmuffe 40 in ihrer rechten Endstellung, so verläuft der Kraftfluss von der Kupplungsmuffe 40 über die Zahnräder 45,46 zur Arbeitsmaschine 5, was dem Arbeitsbetrieb entspricht. Das Verschieben der Kupplungsmuffe 40 erfolgt mittels des Betriebswählhebels 47, dessen Stellungen F, 0 und A dem Fahrbetrieb bzw. Leerlauf bzw. Arbeitsbetrieb entsprechen.
Bei der bisher beschriebe ; 1en Antriebsausbildung würde die selbsttätige Schalteinrichtung 9a, 26 - 36 des Differential-Wandlergetriebes bei hohen Drehzahlen der Zwischenwelle 8 auch dann auf rein mechanischen Betrieb umschalten, wenn das Verteilergetriebe 3 auf Arbeitsbetrieb eingestellt ist. Dies soll aber wegen der eingangs genannten Gefahren vermieden werden. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäss die Schwenkachse 50 des Betriebswählhebels 47 mit einem Drehschieber 51 gekuppelt, der den Druckluftdurchfluss von den Leitungen 21,52 zur Leitung 53 steuert. Die letztgenannte Leitung führt zu dem Zylinder 54 mit Entlastungskolben 55, der seinerseits einen Auslass von der Druckleitung 27 der Messölpum-
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pe 26 zum Ölsumpf steuert.
Falls sich nun der Betriebswählhebel 47 in der Stellung A für Arbeitsmaschi- nenbetrieb befindet, ist der Druckluftdurchfluss von der Leitung 52 zur Leitung 53 unterbrochen (s. den entsprechenden Schnitt I-I durch den Drehschieber 51 in Fig. 3), so dass der Entlastungskolben 55 seine unterste Stellung einnimmt und die Druckleitung 27 der Messölpumpe 26 mit dem Ölsumpf verbindet. In der Druckleitung 27 kann sich dann selbst bei hoher Drehzahl der Zwischenwelle 8 ein Druck nicht auf- bauen, so dass nun, wie gewünscht, die automatische Umschaltung des Differential-Wandlergetriebes auf den rein mechanischen Betrieb unterbunden ist.
Bei den Stellungen F (Fahrbetrieb) und 0 (Leerlauf) des Be- triebswählhebels 47 ist dagegen der Durchfluss 52-53 freigegeben (s. den entsprechenden Schnitt I-I durch den Drehschieber 51 in Fig. 4), so dass in diesem Falle Druckluft vom Behälter 20 durch die Leitungen
21,52 und 53 strömt, den Entlastungskolben 55 nach oben presst und damit die Auslassleitung 56 absperrt.
Das heisst also, dass im Fahrbetrieb die automatische Umschaltung des Differential-Wandlergetriebes auf den mechanischen Betriebsbereich nicht gesperrt ist.
Der Drehschieber 51 steuert ausserdem den Druckluftdurchfluss von der Leitung 52 über eine Leitung
60 zu einem Druckluftzylinder 61, dessen Kolben 62 die (in der Zeichnung nur angedeutete) Sperrvorrichtung 63 betätigt und dann den Freilauf 13 in seiner eingerückten Stellung verriegelt (nämlich bei unterster Stellungdes Kolbens 62) bzw. entriegelt (bei der obersten Kolbenstellung). Die Steuerkanäle im Drehschieber 51 sind nun so angeordnet, dass bei Arbeitsbetrieb (Stellung A des Betriebswählhebels 47) der Druckluftzufluss über die Leitungen 52,60 zum Zylinder 61 freigegeben ist (s. den Querschnitt II-II des Drehschiebers 51 in Fig. 3) und dann der Freilauf 13 in seiner kraftübertragenden Stellung gesperrt ist.
Selbst bei stark wechselnden Belastungen der Arbeitsmaschine und demzufolge sehr unterschiedlichen Drehzahlen oder bei zeitweiser Entlastung der Arbeitsmaschinenwelle kann sich dann das Turbinenrad 11 nicht über den Freilauf 13 von der Zwischenwelle 8 ablösen, so dass dieser Freilauf 13 geschont wird.
Bei den Stellungen 0 (Leerlauf) und F (Fahrbetrieb) des Betriebswählhebels 47 ist dagegen die Verbindung zwischen den Leitungen 52 und 60 unterbrochen (Drehschieberstellung gemäss II- II nach Fig. 4), die Freilaufsperre 63 ist ausgeschaltet. Das bedeutet, dass dann der Freilauf 13 ein Ablösen des Turbinenrades 11 von der Zwischenwelle 8 gestattet, wie dies für einen wirkungsgradgünstigen Fahrbetrieb erforderlich ist.
Die Freilaufsperre 63 soll mitunter auch im Fahrbetrieb benutzt werden, u. zw. zum Zwecke des Bremsens. In diesem Falle kann der Zufluss zum Druckluftzylinder 62 zusätzlich mittels einer (hier nicht dargestellten) Einrichtung in Abhängigkeit von der Stellung eines Bremshebels so gesteuert werden, dass im Bremsenbetrieb der Freilauf 13 ebenfalls in seiner kraftübertragenden Stellung blockiert ist, so dass das von der Zwischenwelle 8 mitgeschleppte Turbinenrad 11 auf Grund der Watarbeit im Strömungswandler 12 bremsend wirkt.
Die Druckluftzuleitung 52 ist nicht dauernd mit Druckluft beaufschlagt, sondern auf Grund einer ent- sprechenden Ausbildungder Steuerkanäle im Drehschieber 19 nur bei den Stellungen GG und MG des Ganghebels 18 (s. die rechte Spalte des Steuerschemas nach Fig. 2). Bei Einstellung des Ganghebels 18 auf Leerlauf-und Rückwärtsgang ist dagegen die Leitung 52 drucklos, so dass dann bereits von Haus aus - also unabhängig von der Stellung des Betriebswählhebels 47 - die Freilaufsperre 63 gelöst (unwirksam) und die automatische Getriebeumschaltung auf den hydraulischen Betrieb gesperrt ist (untere Stellung des Entlastungskolbens 55). Auch dies trägt zur Förderung einer betriebssicheren Handhabung des Antriebes bei.
In zahlreichen Fällen ist bei eingeschalteter Erdfräse 5 ausserdem eine sehr langsame Fahrbewegung (Vorschub) des Fahrzeuges erforderlich, wobei diese Bewegung noch regelbar sein soll, insbesondere unabhängig regelbar von der Arbeitsmaschinendrehzahl. Hiefür ist ein gesondertes hydrostatisches Getriebe üblicher Bauart-vorgesehen, dessen hydrostatische Pumpe 70 unmittelbar mit dem Dieselmotor 1 gekuppelt ist und über die Druck- bzw. Saugleitung 71,72 mit dem hydraulischen Motor 73 in Verbindung steht. Letzterer treibt unmittelbar auf die Abtriebswelle 43. Zwecks Regelbarkeit der Vorschubbewegung des Fahrzeuges kann entweder die Pumpe 70 oder der hydraulische Motor 73 stufenlos steuerbar sein, so dass ; ich die Vorschubgeschwindigkeit feinfühlig an die Erdbeschaffenheit anpassen lässt.
Fig. 5 zeigt eine gegenüber der Fig. 1 abgewandelte Form des Verteilergetriebes. Dieses ist für : inen Antrieb ohnehydrostatisches Vorschubgetriebe bestimmt, wobei der Vorschubantrieb des Fahrzeuges Jei Fräsbetrieb zugleich mit dem Arbeitsmaschinenantrieb über das Verteilergetriebe erfolgt. Zu diesem Zwecksind hier zusätzlich zu den Elementen des Verteilergetriebes nach Fig. 1 noch ein auf der Abtriebs- welle 43 festgekeiltes Zahnrad 80 und ein hiemit kämmendes, auf der Hohlwelle 81 lose drehbares Zahnad 82 vorgesehen.
Die Hohlwelle 81 ist mit dem Zahnrad 45 fest verbunden und trägt eine axial verschiebbare, auf Drehung mit dieser Hohlwelle gekuppelte Kupplungsmuffe 83, die durch den Betriebs- Ilähll1ebel 47 mittels der Verbindungsstange 84 bewegt und mit dem Zahnrad 82 gekuppelt werden kann.
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Die übrigen Elemente dieses Verteilergetriebes entsprechen jenen nach Fig. 1 (und sind überdies mit den gleichen Bezugsziffern wie dort versehen).
Bei der Stellung F des Betriebswählhebels 47 und dementsprechend linker Stellung der Kupplungsmuf- fen 40 und 83 verläuft der Kraftfluss über die Elemente 17a, 40,41, 42,43 zur Fahrzeugtreibachse 4 ; dies ist der reine Fahrbetrieb. Bei Stellung A des Hebels 47 und dementsprechend rechter Stellung der
Kupplungsmuffen 40 und 83 geht ein. Ast des Kraftflusses über 17a, 40, 45, 46 zur Arbeitsmaschine 5 und ein zweiter Ast über 17a, 40,81, 83,82, 80,43 zur Fahrzeugtreibachse 4 ; dies'ist der Arbeitsbetrieb mit kleiner Vorschub-Fahrbewegung. Das Zahnräderpaar 82,80 ist hinsichtlich der Durchmesser für eine solche Untersetzung ausgelegt, dass die für den Arbeitsbetrieb erforderliche kleine Fahrzeug-Vorschubge- schwindigkeit erzielt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydromechanisches Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe, das einen unteren Gangbereich mit zumin- dest teilweise hydrodynamischer Kraftübertragung und einen oberen rein mechanischen Gangbereich so- wie eine Schaltvorrichtung, vorzugsweise eine selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung, zum Ein- und Aus- schalten dieser Gangbereiche aufweist und das durch Verstellen eines Betriebswählhebels wahlweise mit dem Fahrwerk oder einer Arbeitsmaschine (z.
B. einer Erdfräse) oder auch gleichzeitig mit dem Fahr- werk und dieser Arbeitsmaschine kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebswählhebel (47) mittels an sich bekannter, eine Verriegelungseinrichtung bildender, Übertragungsmittel (mechanische Übertragungsmittel 50, pneumatische Übertragungsmittel 51 - 56, hydraulische oder elektrische Über- tragungsmittel) mit. der Schaltvorrichtung (9a, 26 - 36) für die Gangbereiche verbunden ist, wobei diese Übertragungsmittel derart ausgebildet und angeordnet sind, dass bei auf Betrieb der Arbeitsmaschine (5) eingestelltem Betriebswählhebel (47) die Gangschaltvorrichtung (9a, 26 - 36) stets auf den hydrodynamischen Gangbereich eingestellt ist.