DE10060679A1 - Hydrostatischer Fahrantrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Motor (1; 2) und mindestens einer damit in Wirkverbindung stehenden Antriebseinheit (z. B. Antriebsachse 9 bzw. 10). Um die Einsatzmöglichkeiten des Fahrantriebs zu vergrößern, ist erfindungsgemäß der Motor (1) mit einem zweiten Motor (2) zu einer Baueinheit verbunden und sind die Motoren (1, 2) koaxial zueinander angeordnet. Mindestens einer der Motoren (1; 2) ist im Hubvolumen verstellbar. Zwischen die Motoren (1, 2) und/oder zwischen mindestens einen Motor (1; 2) und die mit ihm in Wirkverbindung stehende Antriebseinheit (9; 10) ist eine in Betrieb lösbare Kupplung (K1; K2; K3) geschaltet. Dadurch kann auf der Motorseite des hydrostatischen Fahrantriebs die Übersetzung stufenlos und ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen. Die zwischen die Motoren (1, 2) geschaltete Kupplung (K1) ermöglicht es, einen der Motoren (1; 2) abzuschalten und dadurch die Verlustleistung zu reduzieren und den Verschleiß zu mindern. Durch abtriebseitige Kupplungen (K2, K3) können Antriebseinheiten von den Motoren (1, 2) abgekoppelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Motor und mindestens einer damit in Wirkverbindung stehenden Antriebseinheit.

Ein gattungsgemäßer Fahrantrieb ist aus der DE 42 06 085 A1 bekannt. Dabei ist ein Axialkolbenmotor konstanten Schluckvolumens, der keine eigene Motorwelle aufweist, ausgangsseitig mit einem koaxial zum Axialkolbenmotor angeordneten Planeten­ getriebe verbunden und treibt dieses an. Die Abtriebswelle des schaltbaren Planeten­ getriebes durchsetzt den Axialkolbenmotor zentrisch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen kompakten und ver­ besserten hydrostatischen Fahrantrieb der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der einen einfachen Aufbau besitzt, für einen großen Geschwindigkeitsbereich geeignet ist und vielfältige Einsatzmöglichkeiten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Motor mit einem zweiten Motor zu einer Baueinheit verbunden ist und die Motoren koaxial zueinander angeordnet sind, wobei mindestens einer der Motoren im Hubvolumen verstellbar ist und wobei zwischen die Motoren und/oder zwischen mindestens einen Motor und die mit ihm in Wirkverbindung stehende Antriebseinheit eine im Betrieb lösbare Kupplung geschaltet ist.

Dies ermöglicht einerseits eine stufenlose Übersetzungsänderung (Wandlung) auf der Motorseite des hydrostatischen Fahrantriebs ohne Zugkraftunterbrechung: Das bisher zur Erweiterung des Geschwindigkeitsbereiches verwendete, schaltbare mechanische Getriebe kann entfallen. Im niedrigen Geschwindigkeitsbereich eines mit dem erfin­ dungsgemäßen hydrostatischen Fahrantrieb ausgestatteten Fahrzeugs weisen beide Motoren zunächst eine Einstellung mit maximalen Hubvolumen (Schluckvolumen) auf. Geschwindigkeitsveränderungen erfolgen zu Beginn primärseitig, d. h. zur Geschwin­ digkeitserhöhung wird das Fördervolumen einer die Motoren speisenden Verstellpum­ pe erhöht. Der Fahrantrieb erzielt in dieser Einstellung sein größtmögliches Antriebs­ moment. Bei gleichbleibender Menge an zufließendem Druckmittel wird zur weiteren Geschwindigkeitserhöhung sodann das Hubvolumen des verstellbaren Motors redu­ ziert. Das freiwerdende Druckmittel steht dann dem anderen Motor zur Verfügung, so dass die Abtriebsdrehzahl und damit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der ge­ wünschten Weise erhöht wird.

Durch die Anordnung von schaltbaren Kupplungen im Antriebstrang ergeben sich andererseits weitere Vorteile: Eine zwischen die Motoren geschaltete Kupplung er­ möglicht es, bei Bedarf einen der Motoren abzuschalten und dadurch die Verlust­ leistung zu reduzieren und den Verschleiss zu mindern. Durch eine abtriebseitige Kupplung kann die Antriebseinheit von den Motoren abgekoppelt werden.

Als Kupplungsbauarten kommen sowohl formschlüssige Kupplungen, wie Klauen­ kupplungen, in Frage als auch kraftschlüssige Kupplungen, wie Reibungskupplungen oder Viskosekupplungen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind beide Motoren an eine als Antriebsachse ausgebildete Antriebseinheit angeflanscht. Ein solcher Fahrantrieb kann beispielsweise als Ein-Achs-Antrieb Verwendung finden.

Sofern für die beiden miteinander verbundenen Motoren beidseitig jeweils ein Abtrieb vorgesehen ist, kann zusätzlich zu der bereits genannten Antriebseinheit eine weitere Antriebseinheit angeschlossen werden.

Dies kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beispielsweise eine zweite Antriebsachse sein. Dabei sind dann die Motoren zwischen zwei Antriebsachsen angeordnet und jeder Motor ist mit einer der Antriebsachsen gekoppelt (Allradantrieb). In diesem Fall ist es durch eine zwischen die Motoren geschaltete Kupplung möglich, Verspannungen, die sich in bestimmten Fahrsituationen zwischen den beiden Antriebsachsen ergeben können (z. B. bei Lenkeinschlag, verschiedenen Reifendurchmessern etc.), durch vollständiges Öffnen der Kupplung oder gezielten Schlupf (teilweisen Öff­ nen) zu vermeiden bzw. zu verringern. Ferner können durch gezielte Schlupfbeeinflus­ sung die Antriebsmomente auf die beiden Antriebsachsen in einem bestimmten Ver­ hältnis aufgeteilt werden. Es kann auch eine Anti-Schlupf-Regelung realisiert werden, bei der mit Hilfe der Kupplung das Antriebsmoment für eine der Antriebsachsen gezielt reduziert wird, um ein Durchdrehen von Treibrädern zu verhindern.

Die beiden Motoren können auch in eine Antriebsachse integriert sein. In diesem Fall stellen die Treibräder der Antriebsachse Antriebseinheiten dar, die mit den Motoren gekopplet sind, ggf. unter Zwischenschaltung jeweils eines Untersetzungsgetriebes. Die zwischen den Motoren angeordnete Kupplung kann dann im Sinne einer Differen­ tialsperre benutzt werden.

Sofern alternativ zur Kupplung zwischen den Motoren beiden Abtrieben jeweils eine Kupplung zugeordnet ist, können die bereits genannten Wirkungen ebenfalls erzielt werden. Darüber hinaus können beide Motoren wahlweise mit beiden oder nur mit einer der beiden Antriebseinheiten gekoppelt werden, wodurch bei Verwendung von Antriebsachsen als Antriebseinheiten anstelle eines Allradantriebs - je nach Wunsch - ein Vorderrad- oder Hinterradantrieb oder sogar ein Freilauf (z. B. für den Abschlepp­ betrieb) erzielbar ist. Bei Verwendung des Fahrantriebs innerhalb einer Antriebsachse können beide Motoren auf ein Treibrad geschaltet werden. Auch hier ist ein Freilauf durch Abkuppeln beider Motoren möglich.

Ist zusätzlich zwischen die Motoren eine Kupplung geschaltet, so kann einer der Motoren mechanisch abgeschaltet werden.

Zweckmäßigerweise ist zwischen mindestens einer Antriebsachse und einem Motor eine Zwischenwelle, insbesondere eine Gelenkwelle angeordnet. Sind die beiden Motoren nicht an einer der Antriebsachsen angeflanscht, so wird die Verbindung zu den beiden Antriebsachsen dann jeweils durch eine Zwischenwelle hergestellt. Die beiden Motoren sind somit in den Gelenkwellenstrang integriert.

Es erweist sich als günstig, wenn die beiden Motoren jeweils eine eigene Motorwelle aufweisen und die beiden Motorwellen mittels einer axial zwischen den Motoren angeordneten Kupplungshülse miteinander drehsynchron gekoppelt sind oder mittels einer axial zwischen den Motoren angeordneten Kupplung miteinander koppelbar sind. Dadurch ist die Verwendung von baugleichen und weitgehend standardisierten Motoren möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Motoren als hydro­ statische Axialkolbenmotoren in Schrägscheibenbauweise ausgebildet und spiegel­ bildlich zueinander angeordnet ("back-to-back-Anordnung").

Sofern die beiden Axialkolbenmotoren eine gemeinsame Steuerbodenaufnahme und darüber hinaus eine gemeinsame Druckmittelzufuhr und -abfuhr aufweisen, werden der Aufbau des erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs vereinfacht und die Abmessungen minimiert.

Der Wandlungsbereich des erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs kann durch eine Weiterbildung der Erfindung vergrößert werden, bei der beide Axialkolben­ motoren im Hubvolumen verstellbar sind. Dadurch kann eine erhöhte Endgeschwindig­ keit erzielt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens einer der Motoren rever­ sierbar. Dadurch ist eine weitere Geschwindigkeitserhöhung möglich. Im reversierten Zustand ist bei gleichbleibender Drehrichtung des ersten Motors die Strömungsrichtung des Druckmittels im zweiten, reversierten Motor umgekehrt. Dem ersten Motor kann dadurch zusätzlich Druckmittel zugeführt werden, d. h. das verstellbare zweite Trieb­ werk wirkt im reversierten Zustand als vom ersten Motor angetriebene Pumpe, deren "Fördervolumen" die Abtriebsdrehzahl weiter erhöht. Infolgedessen wird durch diesen Betriebszustand der Wandlungsbereich, d. h. der Drehzahlbereich des erfindungs­ gemäßen hydrostatischen Fahrantriebs erweitert.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Fahrantriebs in einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Baumaschine. Für derartige Maschinen wird einerseits im Arbeits­ einsatz, d. h. im Gelände, bei niedriger Geschwindigkeit ein hohes Antriebsmoment verlangt, andererseits sollen solche Maschinen möglichst schnell zum nächsten Einsatzort gelangen, was eine möglichst hohe Geschwindigkeit auf der Straße erfordert. Der erfindungsgemäße Fahrantrieb kann auch in Land-, Forst- und Kommunal­ fahrzeugen, die eine oder mehrere Antriebsachsen aufweisen, eingesetzt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schema­ tischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantrieb mit zwei Antriebsachsen, mittiger Anordnung der Motoren und einer Kupplung zwischen den Motoren,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantrieb mit zwei abtriebsseitigen Kupplungen,

Fig. 3 zwei miteinander verbundene Motoren des Fahrantriebs und

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantrieb mit einer Kupplung zwischen den Motoren und zwei abtriebsseitigen Kupplungen.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantrieb als Allradantrieb, der zwei hydrostatische Motoren 1 und 2 aufweist, die hydraulisch parallel geschaltet sind und deren Motorwellen 1a und 2a durch eine Kupplung K1 lösbar miteinander verbunden sind.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind anstelle der zwischen den Motoren 1 und 2 angeordneten Kupplung K1 zwei abtriebsseitige Kupplungen K2 und K3 vorgesehen, während die Motoren 1 und 2 starr (dauerhaft drehsynchron) miteinander verbunden sind.

Als Kupplungsbauarten kommen sowohl formschlüssige Kupplungen, wie Klauen­ kupplungen, in Frage als auch kraftschlüssige Kupplungen, wie Reibungskupplungen oder Viskosekupplungen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 stellt eine Kombination der Ausführungsbei­ spiele gemäß Fig. 1 und Fig. 2. Demnach ist zwischen die beiden Motoren 1 und 2 eine Kupplung K1 geschaltet und sind zusätzlich zwei abtriebsseitige Kupplungen K2 und K3 vorhanden.

Der Aufbau und die Anordnung der Motoren 1 und 2 zueinander ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Es handelt sich dabei bevorzugt um Axialkolbenmotoren in Schrägscheiben­ bauweise, die koaxial angeordnet und miteinander verbunden sind. Die Verbindung ist derart, dass die Motoren 1 und 2 spiegelbildlich zueinander in sogenannter "back-to- back"-Anordnung miteinander verflanscht sind.

Die beiden Motoren 1 und 2 weisen eine gemeinsame Steuerbodenaufnahme 3 sowie eine gemeinsame Druckmittelzufuhr und -abfuhr auf. Die Motoren 1 und 2 können - wie in den Ausführungspielen nach den Fig. 1 und 4 gezeigt durch eine Kupplung K1 miteinander lösbar verbunden sein. Es ist aber auch möglich, eine ständig wirksame, drehsynchrone Verbindung mittels einer die Motorwellen 1a und 2a verbindenden Kupplungshülse 4 vorzusehen.

Die beiden miteinander verbundenen Motoren 1 und 2 sind beidseitig jeweils mit einem Abtrieb 5 und 6 versehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Abtrieb 5 mit einer als Gelenkwelle ausgebildeten Zwischenwelle 7 verbunden und der Abtrieb 6 mit einer ebenfalls als Gelenkwelle ausgebildeten Zwischenwelle 8. Die Zwischenwelle 7 ist an eine Antriebsachse 9 angeschlossen, während die Zwischenwelle 8 mit einer Antriebsachse 10 in Verbindung steht.

Beide Motoren 1 und 2 (mindestens jedoch einer der Motoren 1 oder 2) sind im Hubvolumen verstellbar. Dies ermöglicht eine stufenlose Übersetzungsänderung des hydrostatischen Fahrantriebs. Dabei weisen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich eines mit einem erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantrieb ausgestatteten Fahrzeugs beide Motoren 1 und 2 eine Einstellung mit maximalem Hubvolumen (Schluckvolumen) auf. Der Fahrantrieb erzielt in dieser Einstellung sein größtmögliches Antriebsmoment.

Bei gleichbleibender Menge an zufließendem Druckmittel wird zur Erhöhung der Geschwindigkeit das Hubvolumen des verstellbaren Motors reduziert. Das freiwerden­ de Druckmittel steht dann dem anderen Motor zur Verfügung, so dass die Abtriebs­ drehzahl erhöht wird.

Sofern beide Motoren 1 und 2 im Hubvolumen verstellbar sind, kann der Wand­ lungsbereich des erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs weiter vergrößert und dadurch eine erhöhte Endgeschwindigkeit erzielt werden.

Darüber hinaus kann einer der Motoren zur Geschwindigkeitserhöhung reversiert werden. Im reversierten Zustand ist bei gleichbleibender Drehrichtung des ersten Motors die Strömungsrichtung des Druckmittels im zweiten, reversierten Motor umgekehrt. Dadurch kann dem ersten Motor zusätzlich Druckmittel zugeführt werden, d. h. das verstellbare zweite Triebwerk wirkt im reversierten Zustand als vom ersten Motor angetriebene Pumpe, deren "Fördervolumen" die Abtriebsdrehzahl weiter erhöht. Infolgedessen wird in diesem Betriebszustand der Wandlungsbereich, d. h. der Drehzahlbereich des erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs erweitert.

Die zwischen die Motoren 1 und 2 geschaltete Kupplung K1 (siehe Fig. 1) ermöglicht es, Verspannungen, die sich in bestimmten Fahrsituationen zwischen den beiden Antriebsachsen 9 und 10 ergeben können (z. B. bei Lenkeinschlag, verschiedenen Reifendurchmessern etc.), durch vollständiges Öffnen der Kupplung K1 oder gezielten Schlupf zu vermeiden bzw. zu verringern. Durch gezielte Schlupfbeeinflussung können darüber hinaus die Antriebsmomente auf die beiden Antriebsachsen 9 und 10 in einem bestimmten Verhältnis aufgeteilt werden. Es ist auch eine Anti-Schlupf-Regelung denk­ bar, bei der mit Hilfe der Kupplung K1 das Antriebsmoment für eine der Antriebsachsen 9 bzw. 10 gezielt reduziert wird, um ein Durchdrehen von Treibrädern zu verhindern.

Diesselbe Wirkung lässt sich auch mit einer Anordnung gemäß Fig. 2 erzielen, bei der beiden Abtrieben 5 und 6 der Motoren 1 und 2 jeweils eine Kupplung K2 bzw. K3 zu­ geordnet ist. Darüber hinaus können beide Motoren 1 und 2 wahlweise mit beiden oder nur mit einer der beiden Antriebsachsen 9 bzw. 10 gekoppelt werden. Dadurch kann anstelle eines Allradantriebs ein Vorderrad- oder Hinterradantrieb oder sogar ein Frei­ lauf (z. B. für den Abschleppbetrieb) erreicht werden.

Sofern - wie in Fig. 4 - zusätzlich zwischen die Motoren 1 und 2 die Kupplung K1 vorhanden ist, kann einer der Motoren 1 oder 2 mechanisch abgeschaltet werden.

Die miteinander verbundenen Motoren 1 und 2 können auch direkt an eine der Antriebsachsen 9 oder 10 angeflanscht sein. Zum Antrieb der anderen Antriebsachse ist dann eine (verlängerte) Zwischenwelle vorgesehen. Insgesamt ist für einen solchen Allradantrieb also nur eine Zwischenwelle erforderlich.

Es ist auch möglich, nur eine der Antriebsachsen 9 oder 10 anzutreiben, wobei die beiden miteinander verbundenen Motoren 1 und 2 dann bevorzugt an diese Achse 10 angeflanscht sind. Ein solcher Fahrantrieb stellt einen Ein-Achs-Antrieb dar. Es ist dabei möglich, am achsfernen Ende der miteinander verbundenen Motoren 1 und 2 einen andersartige Antriebseinheit anzuschließen und Leistung abzugreifen.

Die dargestellte Anordnung und die Verschaltungsmöglichkeiten der Motoren 1 und 2 mit Kupplungen K1, K2 und K3 lassen sich auch innerhalb einer Antriebsachse reali­ sieren. Dabei werden die Antriebseinheiten von den Treibrädern der Antriebsachse gebildet.

Claims (13)

1. Hydrostatischer Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Motor und mindestens einer damit in Wirkverbindung stehenden Antriebseinheit, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Motor (1) mit einem zweiten Motor (2) zu einer Baueinheit verbunden ist und die Motoren (1, 2) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei mindestens einer der Motoren (1; 2) im Hubvolumen verstellbar ist und wobei zwischen die Motoren (1, 2) und/oder zwischen mindestens einen Motor (1; 2) und die mit ihm in Wirkverbindung stehende Antriebseinheit (9; 10) eine im Betrieb lösbare Kupplung (K1; K2; K3) geschaltet ist.

2. Hydrostatischer Fahrantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Motoren (1, 2) an eine als Antriebsachse (10) ausgebildete Antriebseinheit angeflanscht sind.

3. Hydrostatischer Fahrantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die beiden miteinander verbundenen Motoren (1, 2) beidseitig jeweils ein Abtrieb (5; 6) vorgesehen ist.

4. Hydrostatischer Fahrantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (1, 2) zwischen zwei als Antriebsachsen (9, 10) ausgebildete Antriebs­ einheiten angeordnet sind und jeder Motor (1; 2) mit einer der Antriebsachsen (9; 10) in Wirkverbindung steht.

5. Hydrostatischer Fahrantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens eine Antriebsachse (9; 10) und einem Motor (1; 2) eine Zwischenwelle (7; 8), insbesondere eine Gelenkwelle angeordnet ist.

6. Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass beiden Abtrieben (5, 6) jeweils eine Kupplung (K2, K3) zugeordnet ist.

7. Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die beiden Motoren (1, 2) jeweils eine eigene Motorwelle (1a; 2a) aufweisen und die beiden Motorwellen (1a, 2a) mittels einer axial zwischen den Motoren (1, 2) angeordneten Kupplungshülse (4) miteinander drehsynchron gekoppelt sind oder mittels einer axial zwischen den Motoren (1, 2) angeordneten Kupplung miteinander koppelbar sind.

8. Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Motoren (1, 2) als hydrostatischen Axialkolbenmotoren in Schrägscheibenbauweise ausgebildet und spiegelbildlich zueinander angeordnet ("back-to-back-Anordnung") sind.

9. Hydrostatischer Fahrantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenmotoren eine gemeinsame Steuerbodenaufnahme (3) aufweisen

10. Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Axialkolbenmotoren eine gemeinsame Druckmittelzufuhr und -abfuhr aufweisen.

11. Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass beide Motoren (1, 2) im Hubvolumen verstellbar sind.

12. Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Motoren (1; 2) reversierbar ist.

13. Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Bau­ maschine.