-
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit einer Axialkolbenbrennkraftmaschine, die eine Mehrzahl von auf einem Teilkreis angeordneten, gehäusefesten Zylindern aufweist, in denen jeweils ein Kolben längsbeweglich ist, der in Wirkverbindung mit einer rotierenden Hubscheibe einer Rotorbaugruppe steht, die eine zu den Zylindern konzentrische Drehachse aufweist und zum Antrieb einer in die Axialkolbenbrennkraftmaschine integrierten hydrostatischen Axialkolbenpumpe vorgesehen ist.
-
Aus der
US 4 174 684 ist eine gattungsgemäße Antriebsanordnung mit einer Axialkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der die Kolben der Axialkolbenbrennkraftmaschine mittels Pleuelstangen mit einer hin- und herschwenkenden Kippscheibe gelenkig gekoppelt sind, die über ein Wälzlager auf einer rotierenden Hubscheibe abgestützt ist. Die oszillierende Schwenkbewegung der Kippscheibe wird in eine Rotationsbewegung der Hubscheibe und einer damit verbundenen Rotorbaugruppe umgewandelt. Der Neigungswinkel der Kippscheibe und der rotierenden, wälzgelagerten Hubscheibe ist verstellbar, um das Verdichtungsverhältnis in der Axialkolbenbrennkraftmaschine zu verändern. Abtriebsseitig ist ein mechanisches Getriebe oder alternativ eine als Verstellpumpe ausgeführte hydrostatische Axialkolbenpumpe vorgesehen, die in die Axialkolbenbrennkraftmaschine integriert ist und einen hydrostatischen Fahrmotor speist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zur Grunde, eine Antriebsanordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die über einen vereinfachten und funktionssicheren Aufbau verfügt, kompakte Abmessungen aufweist und mit geringem Aufwand in ein Fahrzeug, insbesondere eine Arbeitsmaschine, eingebaut werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Axialkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem an die Axialkolbenpumpe angeschlossenen hydrostatischen Fahrmotor zu einer selbsttragenden Antriebsachse zusammengefasst ist.
-
Erfindungsgemäß wird also eine Antriebsanordnung in selbsttragender Achsbauweise geschaffen, in die sowohl eine Axialkolbenbrennkraftmaschine als auch ein vollständiger hydrostatischer Fahrantrieb integriert sind. Dadurch ergibt sich nicht nur ein Platz sparender Aufbau, sondern auch eine Vereinfachung beim Einbau in ein Fahrzeug, denn die selbsttragende Antriebsachse wird als vormontierte Baueinheit im Ganzen an den dafür vorgesehenen Stellen des Fahrzeugs befestigt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
So ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Fahrmotor koaxial oder achsparallel zu einer Achsmittellinie angeordnet und die Drehachse der Rotorbaugruppe der Axialkolbenbrennkraftmaschine zu der Achsmittellinie rechtwinklig.
-
Im Hinblick auf einen geringen Aufwand zur Erzielung einer selbsttragenden Funktion der Antriebsachse ist es günstig, wenn die Axialkolbenbrennkraftmaschine ein ein -oder mehrteiliges Maschinengehäuse aufweist, das mit einem Motorgehäuse des Fahrmotors tragend verbunden ist. Es ist daher kein gesondertes Achsgehäuse der Antriebsachse erforderlich. Die Anzahl der für die erfindungsgemäße Antriebsanordnung erforderlichen Bauteile wird gering gehalten. An dem Maschinengehäuse ist ein nicht-tragender Zylinderkopf der Axialkolbenbrennkraftmaschine befestigt. Der Zylinderkopf ist nicht an der Übertragung von Radaufstandskräften über die Antriebsachse in einen Fahrzeugrahmen beteiligt. Daher ist seine Formgebung und Dimensionierung unabhängig von der Tragfunktion der Antriebsachse. Eine in der Regel zwischen dem Zylinderkopf und dem Maschinengehäuse angeordnete Zylinderkopfdichtung bleibt in ihrer Funktion unbeeinträchtigt.
-
Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der Erfindung, gemäß der der Fahrmotor als Schrägscheibenmotor ausgebildet ist, der einen rotierenden, an einem Steuerboden axial abgestützten Zylinderblock aufweist, wobei der Steuerboden am Maschinengehäuse der Axialkolbenbrennkraftmaschine angeordnet oder unmittelbar zu diesem benachbart ist. Somit ergeben sich kurze hydraulische Verbindungswege zwischen der in die Axialkolbenbrennkraftmaschine integrierten Axialkolbenpumpe und dem am Maschinengehäuse tragend befestigten Fahrmotor.
-
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist sowohl für einen Fahrantrieb, der nur einen einzigen hydrostatischen Fahrmotor aufweist, als auch für einen Fahrantrieb mit zwei Fahrmotoren geeignet. Im erstgenannten Fall ist dem Fahrmotor ein Differentialgetriebe nachgeschaltetet, dessen beide Ausgänge in Wirkverbindung mit jeweils einem Antriebsrad stehen. Im letztgenannten Fall sind die beiden Fahrmotoren als Radmotoren vorgesehen (im Sinne eines Einzelradantriebs). Hierbei ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein zu dem Fahrmotor fluchtender, zweiter hydrostatischer Fahrmotor an die Axialkolbenpumpe angeschlossen und koaxial oder achsparallel zur Achsmittellinie angeordnet, wobei sich die Axialkolbenbrennkraftmaschine zumindest teilweise zwischen den beiden Fahrmotoren befindet. Geringstmögliche Abmessungen werden dabei durch eine Bauweise mit zur Achsmittellinie koaxialer Anordnung der Fahrmotoren erzielt. Aber auch eine Anordnung in Portalachsbauweise ist möglich, bei der die Fahrmotoren zur Achsmittellinie achsparallel sind.
-
Mit besonderem Vorteil ist eine als Schwungrad-Starter-Generator ausgebildete elektrische Maschine mit der Axialkolbenbrennkraftmaschine baulich vereinigt und ist im Kraftfluss zwischen einerseits der Axialkolbenbrennkraftmaschine und andererseits der Axialkolbenpumpe und der damit in Antriebsverbindung stehenden elektrischen Maschine eine schaltbare Kupplung angeordnet. Es ist daher kein separater Anlasser erforderlich und gegenüber einer Bauweise mit separatem Anlasser werden Platz und Bauteile (z. B. auch Zahnräder) gespart. Ferner ist es möglich, die Axialkolbenpumpe parallel durch die Axialkolbenbrennkraftmaschine und durch die elektrische Maschine anzutreiben, sofern letztere mit einem elektrischen Energiespeicher versehen ist. Die Axialkolbenbrennkraftmaschine braucht daher nicht auf Leistungsspitzen ausgelegt zu sein und kann kleiner ausgeführt werden. Bei erhöhtem Leistungsbedarf wird die elektrische Maschine parallel zu der Axialkolbenbrennkraftmaschine elektromotorisch betrieben, sofern sich ausreichend Energie im elektrischen Energiespeicher befindet. Bei niedrigem Leistungsbedarf der Axialkolbenpumpe kann die elektrische Maschine generatorisch betrieben werden, um den elektrischen Energiespeicher zu füllen, wobei die Axialkolbenbrennkraftmaschine Leistung sowohl in die Axialkolbenpumpe als auch in die elektrische Maschine einspeist. Selbstverständlich ist auch ein Betriebszustand möglich, in dem die Axialkolbenbrennkraftmaschine ausschließlich zum Laden des elektrischen Energiespeichers eingesetzt wird. Die Kupplung kann geöffnet werden, um die Axialkolbenbrennkraftmaschine stillzusetzen und im Rahmen der vorhandenen Speicherkapazität des elektrischen Energiespeichers und dessen Füllungsgrades einen alleinigen Antrieb der Axialkolbenpumpe durch die elektrische Maschine zu erzielen. Somit ist zeitweise ein emissionsfreier Betrieb einer mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ausgestatteten Arbeitsmaschine möglich.
-
Beim Bremsen der Arbeitsmaschine kann durch die in diesem Betriebszustand generatorisch betreibbare elektrische Maschine Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt und gespeichert werden (Rekuperation). Hierbei wird zweckmäßigerweise die Kupplung geöffnet, um die Axialkolbenbrennkraftmaschine vom Antriebsstrang zu trennen, damit keine Schleppleistung verbraucht wird. Ferner kann dabei zusätzlich die Axialkolbenbrennkraftmaschine abgeschaltet werden, um Treibstoff zu sparen.
-
Die Kupplung ist bevorzugt als Federspeicherkupplung ausgebildet, insbesondere als Lamellenkupplung. Wenn die erfindungsgemäße Antriebsanordnung außer Betrieb ist und die Axialkolbenbrennkraftmaschine gestartet werden soll, ist daher die Kupplung stets geschlossen und die elektrische Maschine kann die Axialkolbenbrennkraftmaschine auf Startdrehzahl beschleunigen.
-
Eine besonders platzsparenden Bauweise ergibt sich, wenn eine kraftflussunterbrechungsfrei mit der Rotorbaugruppe verbundene, als Hohlwelle ausgebildete Steuerwelle mit einer Nockenscheibe einer Ventilsteuerung der Zylinder-Kolben-Baugruppen in Antriebsverbindung steht, wobei eine zur Steuerwelle koaxiale Triebwelle der elektrischen Maschine durch die Steuerwelle hindurchgeführt und mit einer Pumpenwelle der Axialkolbenpumpe gekoppelt ist.
-
Hinsichtlich einer hohen Funktionssicherheit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist es zweckmäßig, wenn die Kolben der Axialkolbenbrennkraftmaschine jeweils einen die Hubscheibe hintergreifenden, in Eingriff mit dieser stehenden Brückenabschnitt und einen axial daran anschließenden, auf der Rückseite der Hubscheibe angeordneten Führungsabschnitt aufweisen, der in einer gehäusefesten Führungsaufnahme geführt ist, wobei die Kolben mit Brückenabschnitten und Führungsabschnitten und die jeweils zugehörigen Zylinder und Führungsaufnahmen eine Mehrzahl von Zylinder-Kolben-Baugruppen bilden, die einen Zentralbereich der Axialkolbenbrennkraftmaschine umschließen, in dem die Axialkolbenpumpe zumindest teilweise angeordnet ist
-
Somit ist in der Axialkolbenbrennkraftmaschine mit denkbar einfachen Mitteln eine effiziente Wirkverbindung zwischen den Kolben und der rotierenden Hubscheibe der Rotorbaugruppe hergestellt, wobei die aus der Kraftzerlegung der Kolbenkräfte an der Hubscheibe auftretenden Kolbenquerkräfte über die Führungsabschnitte der Kolben in die Führungsaufnahmen des Maschinengehäuses eingeleitet werden. Darüber hinaus ist die zur Versorgung des Fahrmotors/der Fahrmotoren vorgesehene Axialkolbenpumpe auf Platz sparende Weise und ohne zusätzlichen Raumbedarf in die Axialkolbenbrennkraftmaschine baulich integriert, nämlich in einem Zentralbereich, der radial nach außen von den Zylinder-Kolben-Baugruppen begrenzt wird und sich zumindest teilweise über deren Länge erstreckt.
-
Die Axialkolbenpumpe befindet sich also axial vollständig oder zumindest weitgehend im Bereich der Längserstreckung der Zylinder-Kolben-Baugruppen und radial im Bereich der Drehachse der Axialkolbenbrennkraftmaschine innerhalb eines inneren Hüllkreises der Zylinder-Kolben-Baugruppen. Die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Bauelemente ermöglicht dabei trotz Integration der Axialkolbenpumpe in die Axialkolbenbrennkraftmaschine einen geringen Außendurchmesser.
-
Die Axialkolbenpumpe kann innerhalb eines inneren Hüllkreises der konzentrisch zur Drehachse angeordneten Führungsaufnahmen angeordnet sein, also axial in dem hinter der Hubscheibe befindlichen Abschnitt des Zentralbereichs, in dem die Führungsaufnahmen angeordnet sind und den Zentralbereich radial nach außen abgrenzen. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass die Axialkolbenpumpe innerhalb eines inneren Hüllkreises der Zylinder angeordnet ist. Dabei befindet sich die Axialkolbenpumpe in demjenigen Abschnitt des Zentralbereichs, der den Zylinder zugeordnet und von diesen radial nach außen begrenzt wird, also vor der Hubscheibe. Schließlich kann sich die Axialkolbenpumpe auch im Übergangsbereich axial zwischen den Zylinderm und den Führungsaufnahmen befinden, z. B. innerhalb der Rotorbaugruppe.
-
Der Einsatzbereich der Antriebsanordnung wird in Weiterbildung der Erfindung erheblich erweitert, wenn eine zweite, in Schrägscheibenbauweise ausgebildete Axialkolbenpumpe in den Zentralbereich der Axialkolbenbrennkraftmaschine integriert ist. Hierbei kann eine der beiden Axialkolbenpumpen den Fahrantrieb versorgen, bevorzugt im geschlossenen hydraulischen Kreis, während die zweite Axialkolbenpumpe im offenen hydraulischen Kreislauf an die Verbraucher einer Arbeitshydraulik angeschlossen ist.
-
Gleichwohl ist auch eine andere vorteilhafte Ausgesatltung möglich, gemäß der die beiden Axialkolbenpumpen jeweils mit mindestens einem Fahrmotor in Antriebsverbindung stehen. Es sind demnach zwei voneinander unabhängige hydrostatische Fahrantriebe (bevorzugt jeweils im geschlossenen Kreis) vorhanden, so dass die Drehzahl und das Drehmoment an der Abtriebsseite jedes Fahrantriebs jeweils unabhängig voneinander gesteuert werden kann. Es lässt sich daher eine Differenzgeschwindigkeitslenkung eines mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ausgestatteten Fahrzeugs erzielen, die als alleinige Lenkung (z. B. bei Kleinladern) oder in Ergänzung einer konventionellen Lenkung vorgesehen sein kann.
-
Die beiden Axialkolbenpumpen sind bevorzugt im Bereich der Längserstreckung der Rotorbaugruppe und der Führungsaufnahmen angeordnet. Dabei kann sich eine der Axialkolbenpumpen innerhalb des Rotorkörpers befinden, während die zweite Axialkolbenpumpe hinter der Hubscheibe angeordnet ist, d. h. im Bereich der Führungsaufnahmen.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung und
-
2 einen Schnitt durch eine Variante der Antriebsanordnung.
-
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung gemäß 1 weist eine Axialkolbenbrennkraftmaschine A mit einem ein- oder mehrteiligen Maschinengehäuse G auf (im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweiteilig), in dem sich mehrere, auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilt über dessen Umfang angeordnete, gehäusefeste Zylinder GZ befinden. In jedem Zylinder GZ ist ein Kolben K längsbeweglich, der durch einen Verbrennungsvorgang in einem Brennraum GZB des Zylinders GZ axial in Richtung einer Hubscheibe T bewegbar ist. Die Kolben K können – wie in der Figur dargestellt – in Laufbuchsen gleiten, die in die Zylinder GZ eingebracht sind und auch als sogenannte „nasse” Laufbuchsen zum Kühlmitteldurchfluss ausgebildet sein können.
-
Durch eine noch zu beschreibende Wirkverbindung zwischen den Kolben K und der Hubscheibe T wird letztere in Drehung versetzt und treibt eine Rotorbaugruppe R, die um eine zu den Zylindern GZ konzentrische Drehachse D rotiert.
-
Hierbei weisen die Kolben K der Zylinder-Kolben-Baugruppen jeweils einen die Hubscheibe T hintergreifenden Brückenabschnitt KB auf, an den auf der Rückseite der Hubscheibe T (also auf der den Zylindern GZ abgewandten Seite der Hubscheibe T, d. h. in der Figur unten) ein Führungsabschnitt KF anschließt, der in eine gehäusefeste Führungsaufnahme GF eingreift, die – wie in der Figur dargestellt – mit einer Laufbuchse ausgestattet sein kann. Jeder Kolben K bildet zusammen mit seinem Brückenabschnitt KB und Führungsabschnitt KF sowie dem zugeordneten Zylinder GZ und der Führungsaufnahme GF eine Zylinder-Kolben-Baugruppe. Alle Zylinder-Kolben-Baugruppen zusammen umschließen einen sich über die Länge der Zylinder-Kolben-Baugruppen erstreckenden Zentralbereich AZ der Axialkolbenbrennkraftmaschine A und begrenzen ihn somit radial nach außen. In radialer Richtung ist der Zentralbereich AZ hinter der Hubscheibe T durch einen inneren Hüllkreis der Führungsaufnahmen GF begrenzt (bzw. vor der Hubscheibe T durch einen inneren Hüllkreis der Zylinder GZ). Mit dem Begriff „innerer Hüllkreis” ist ein Kreis gemeint, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse D liegt und dessen Umfangslinie sich in einem Bereich radial innerhalb der Führungsaufnahmen GF befindet (bzw. innerhalb der Zylinder GZ).
-
Sowohl der Führungsabschnitt KF als auch die Führungsaufnahme GF sind koaxial zur Kolbenmittelachse KMA angeordnet und jeweils mit einem kreiszylindrischen Querschnitt versehen. In jedem Brückenabschnitt KB ist auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Hubscheibe T jeweils ein kugelsegmentförmiger, hydrostatisch entlasteter Gleitkörper KG zwischen dem Kolben K und der Hubscheibe T angeordnet. Somit stehen die Kolben K mit der Hubscheibe T in Gleiteingriff. Dabei erzeugen Linearbewegungen der Kolben K aufgrund der geometrischen Verhältnisse bei der Zerlegung der axial gerichteten Kolbenkräfte Drehmomente, die eine Drehbewegung der Hubscheibe T und damit der Rotorbaugruppe R bewirken.
-
Um zu verhindern, dass sich die Kolben K jeweils um ihre Kolbenmittelachse KMA drehen, weist jeder Brückenabschnitt KB einen als Kulissenstein KST ausgebildeten Radialfortsatz auf, der in eine gehäusefeste Kulisse GK einer Kolbenverdrehsicherung eingreift.
-
Die Rotorbaugruppe R ist kraftflussunterbrechungsfrei mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Steuerwelle WS verbunden, die zu einem das Maschinengehäuse G der Axialkolbenbrennkraftmaschine A axial abschließenden Zylinderkopf GH führt und dort unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes U mit einer tellerförmigen Nockenscheibe N einer Ventilsteuerung V der Axialkolbenbrennkraftmaschine A in Antriebsverbindung steht.
-
Die Ventile werden durch Nocken betätigt, die an der Unterseite der von der Steuerwelle WS und dem Untersetzungsgetriebe U in Drehung versetzten Nockenscheibe N angeformt sind. Hierbei bewirkt das Untersetzungsgetriebe U eine Drehzahluntersetzung von 2:1, wodurch ein Betrieb der Axialkolbenbrennkraftmaschine A nach dem Viertakt-Verbrennungsverfahren (Ottomotor oder Dieselmotor) ermöglicht wird.
-
Am Außenumfang der Nockenscheibe N ist eine Verzahnung NZ angebracht, die in Zusammenwirkung mit einem induktiven Drehzahlaufnehmer I (strichpunktiert dargestellt) ein Drehzahlsignal für eine Motorsteuerung liefert. Ferner ist es möglich, durch die Nockenscheibe N mittels radial außen angeordneter Nocken (nicht dargestellt) eine oder mehrere Einspritzpumpen anzutreiben (Pumpe-Düse-System).
-
Am axialen Außenende des Zylinderkopfs GH ist eine elektrische Maschine E angeordnet (beispielsweise angeflanscht oder in den Zylinderkopf GH integriert), die eine zur Steuerwelle WS konzentrische und durch diese in das Maschinengehäuse G der Axialkolbenbrennkraftmaschine A hineingeführte Triebwelle WT aufweist. Das innerhalb des Maschinengehäuses G angeordnete Ende der Triebwelle WT ist mit einer drehmomentübertragenden Wellenmuffe WM versehen.
-
Die elektrischen Maschine E ist als Schwungrad-Generator-Motor-Modul ausgebildet und vereinigt somit in einer einzigen Baueinheit die Funktionen Schwungrad der Axialkolbenbrennkraftmaschine A, Generator und Elektromotor, der auch als Anlassvorrichtung für die Axialkolbenbrennkraftmaschine A genutzt wird.
-
An einem einstückig mit der Hubscheibe T ausgebildeten, zylinderförmigen Rotorkörper RK der Rotorbaugruppe R ist ein Kupplungskäfig einer Kupplung C angeformt oder befestigt und bildet und zusammen mit diesem den Hauptbestandteil der Rotorbaugruppe R. Der Rotorkörper RK ist im Maschinengehäuse G drehbar gelagert, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels zweier Kegelrollenlager. In dem Kupplungskäfig befinden sich mittels Federkraft in Schließstellung beaufschlagte, hydraulisch ausrückbare Lamellen CL, die wechselweise mit dem Kupplungskäfig (also mit dem Rotorkörper RK) und mit der Wellenmufffe WM drehstarr verbunden sind.
-
Die Wellenmuffe WM verbindet die Triebwelle WT der elektrischen Maschine E mit einer Pumpenwelle WP1 einer in Schrägscheibenbauweise ausgeführten Axialkolbenpumpe P1, die im Zentralbereich AZ der Axialkolbenbrennkraftmaschine A angeordnet ist, im vorliegenden Ausführungsbeispiel innerhalb des Rotorkörpers RK. Die Pumpenwelle WP1 schliesst somit axial an die Triebwelle WT an und fluchtet zu dieser, ist also koaxial zu dieser und somit auch koaxial zur Drehachse D angeordnet. Je nachdem, ob sich die Kupplung C in Schließ- oder Öffnungsstellung befindet, sind über die Kupplungsmufffe WM sowohl die Triebwelle WT als auch die Pumpenwelle WP1 drehsynchron mit der Rotorbaugruppe R verbunden oder von dieser getrennt. Es versteht sich, dass anstelle der beschriebenen (Lamellen-)Kupplung C prinzipiell auch andere kraft- und/oder formschlüssig wirksame Kupplungstypen zum Einsatz kommen können. Ferner ist es auch möglich, die Kupplung C nicht hydraulisch, sondern elektromagnetisch auszurücken.
-
In den Zentralbereich AZ der Axialkolbenbrennkraftmaschine A ist eine zweite Axialkolbenpumpe P2 integriert. Hierbei sind beide Axialkolbenpumpen P1, P2 koaxial und zueinander benachbart im Bereich der Längserstreckung der Rotorbaugruppe R und der Führungsaufnahmen GF angeordnet (die erste Axialkolbenpumpe P1 innerhalb des Rotorkörpers RK und die zweite Axialkolbenpumpe P2 im Axialbereich der Führungsaufnahmen GF). Die Pumpenwelle WP1 der ersten Axialkolbenpumpe P1 ist drehsynchron mit einer Pumpenwelle WP2 der zweiten Axialkolbenpumpe gekoppelt.
-
Der wälzgelagerte Rotorkörper RK ist in axialer Richtung zusätzlich an einem hydrostatischen Gleitlager L abgestützt, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel von den Axialkolbenpumpen P1 und P2 über Wechselventile, die den jeweils höchsten Druck auswählen, gespeist wird. Die Axialkolbenpumpe P1 ist so ausgerichtet, dass eine Schrägscheibenaufnahme PS dem Rotorkörper RK benachbart ist. Zur Versorgung des Gleitlagers L mit Drucköl sind Verbindungsbohrungen in der Schrägscheibenaufnahme PS an ohnehin vorhandene Bohrungen einer hydrostatischen Schrägscheibenentlastung angeschlossen sind. Die Druckölversorgung des Gleitlagers L erfolgt also über die Lagerung der Schrägscheibe der Axialkolbenpumpe P1 und somit auf kurzem Wege.
-
Darüber hinaus ist die Schrägscheibenaufnahme PS nicht gehäusefest sondern axial beweglich, jedoch verdrehgesichert und liegt federbelastet gegen den Rotorkörper RK an. Durch diese Bauweise werden die axialen Kolbenkräfte der Arbeitskolben der Axialkolbenpumpe P1, die über die Schrägscheibe an der Schrägscheibenaufnahme PS abgestützt sind, auf den Rotorkörper RK übertragen und wirken dort den axialen Kolbenkräften der Kolben K der Axialkolbenbrennkraftmaschine entgegen. Die axiale Belastung der Wälzlagerung des Rotorkörpers R wird somit verringert.
-
Die weiter bereits oben erwähnte, im Bereich der Wirkverbindung zwischen den Kolben K und der Hubscheibe T vorhandene hydrostatische Entlastung der Gleitkörper KG erfolgt bevorzugt ebenfalls mit Druckmittel aus den Axialkolbenpumpen P1 und P2.
-
Für die Schmierung von Gleit- und Laufpartnern der Axialkolbenbrennkaftmaschine A durch gezieltes Sprühöl und für die Betätigung der schaltbaren Kupplung C (Öffnen der Kupplung C) ist eine als Zahnrad- oder Zahnringpumpe ausgebildete hydraulische Hilfspumpe PZ vorgesehen, die auch für die Ölabsaugung aus dem Maschinengehäuse G eingesetzt wird und als Speisepumpe für einen noch zu beschreibenden hydrostatischen Fahrantrieb dient. Sofern auch die Hilfspumpe PZ an die zur Versorgung des hydrostatischen Gleitlagers L (und der hydrostatischen Entlastung der Gleitkörper KG) vorgesehene Wechselventilkette angeschlossen ist, steht auch dann hydrostatischer Entlastungsdruck zur Verfügung, wenn die Axialkolbenpumpen P1, P2 auf Fördervolumen Null eingestellt sind und daher kein Drucköl fördern.
-
Die Hilfspumpe PZ ist im Bereich eines Versorgungskanäle aufweisenden Abschlussdeckels GA der zweiten Axialkolbenpumpe P2 angeordnet und wird von der Pumpenwelle WP2 angetrieben. Die Pumpenwelle WP2 kann durch den Abschlussdeckel GA hindurchgeführt und mit einer Drehmomentabgriffsmöglichkeit versehen sein, um weitere Komponenten antreiben zu können (nicht dargestellt). Auch die Triebwelle WT der elektrischen Maschine E kann zum Antrieb externer Komponenten mit einer Drehmomentabgriffsmöglichkeit am maschinenäußeren Ende versehen sein (nicht dargestellt).
-
An die Axialkolbenpumpe P1 sind – bevorzugt im geschlossenen hydraulischen Kreis – zwei hydrostatischen Fahrmotoren F1, F2 angeschlossen, die mit der Axialkolbenbrennkraftmaschine A zu einer selbsttragenden Antriebsachse zusammengefasst sind. Die Axialkobenpumpe P1 dient somit der Versorgung eines hydrostatischen Fahrantriebs, während die zweite Axialkolbenpumpe P2 bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zur Versorgung von Verbrauchern einer Arbeitshydraulik vorgesehen und im offenen hydraulischen Kreis angeordnet sein kann.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Fahrmotoren F1, F2 als langsam laufende Schrägscheibenmotoren ausgebildet, die jeweils ein Antriebsrad (nicht dargestellt) antreiben und koaxial zu einer die Antriebsräder verbindenden Achsmittellinie M angeordnet sind. Es versteht sich, dass es auch möglich ist, anderer Bauarten von hydrostatischen Fahrmotoren zu verwenden, ggf. auch in Verbindung mit ein- oder mehrstufigen Untersetzungsgetrieben. Wird jedem Fahrmotor F1, F2 jeweils ein einstufiges Stirnradgetriebe nachgeschaltet, so ergibt sich eine Bauweise, bei der die beiden Fahrmotoren F1 und F2 nicht koaxial, sondern achsparallel zur Achsmittellinie M angeordnet sind (Portalachsbauweise).
-
Die Drehachse D der Rotorbaugruppe R der Axialkolbenbrennkraftmaschine A ist in allen Fällen zu der Achsmittellinie M rechtwinklig. Es ergibt sich demnach bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel eine T-förmige Antriebsachse, wobei das Maschinengehäuse G der Axialkolbenbrennkraftmaschine A den zentralen Bestandteil darstellt und mit Motorgehäusen F1G, F2G der Fahrmotoren F1, F2 unter Verzicht auf ein separates Achsrohr tragend verbunden ist. Somit befindet sich die Axialkolbenbrennkraftmaschine A mit dem Maschinengehäuse G zwischen den Fahrmotoren F1, F2, während der nichttragende Zylinderkopf GH und die elektrische Maschine E von der Achsmittellinie M beabstandet und frei zugänglich sind.
-
Die Fahrmotoren F1, F2 weisen jeweils einen rotierenden, an einem Steuerboden F1S bzw. F2S axial abgestützten Zylinderblock F1ZB bzw. F2ZB auf, wobei der Steuerboden am Maschinengehäuse G der Axialkolbenbrennkraftmaschine A seitlich angeordnet oder seitlich unmittelbar zu diesem benachbart ist. Auf diese Weise ergeben sich kurze hydraulische Verbindungswege zwischen der Axialkolbenpumpe P1 und den Fahrmotoren F1, F2.
-
Die Zylinderblöcke F1ZB, F2ZB sind jeweils auf einer Radwelle WR1 bzw. WR2 gelagert. Separate Fahrmotorwellen sind somit nicht erforderlich. In die Fahrmotoren F1, F2 ist jeweils eine hydraulisch lösbare Federspeicher-Lamellenbremse integriert. Die Motorgehäuse F1G, F2G der Fahrmotoren F1, F2 können – wie dargestellt – mit Einschnürungen F1E, F2E an den Außenumfangsflächen versehen sein, um dort mittels geeigneter Ringlager die Antriebsachse mit einem Fahrzeugrahmen verbinden zu können.
-
Die dargestellte Anordnung der Fahrmotoren F1, F2, bei der diese auf Höhe der Führungsaufnahmen GF der Zylinder-Kolben-Baugrupppen der Axialkolbenbrennkraftmaschine A angeordnet sind, ergibt – bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung eines mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ausgestatteten Fahrzeugs – die kürzestmögliche Bauweise.
-
Anstelle eines hydrostatischen Fahrantriebs mit zwei Fahrmotoren F1, F2 (Einzelradantrieb) ist grundsätzlich auch eine Bauweise mit nur einem hydrostatischen Fahrmotor möglich. In diesem Fall ist dem einzigen Fahrmotor ein Differentialgetriebe nachgeschaltet.
-
Die Axialkolbenpumpen P1 und P2 können parallel durch die Axialkolbenbrennkraftmaschine A und die elektrische Maschine E angetrieben werden, sofern letztere mit einem elektrischen Energiespeicher versehen ist. Die elektrische Maschine E kann dabei als Booster eingesetzt werden. Der Axialkolbenmotor A braucht demnach nicht auf Leistungsspitzen ausgelegt zu werden und kann dementsprechend kleiner ausgeführt sein. Wird von der Axialkolbenpumpe P1 und von der Axialkolbenpumpe P2 wenig Leistung benötigt, so kann die elektrische Maschine E generatorisch betrieben werden, um den elektrischen Energiespeicher zu füllen. Der Energiespeicher kann alternativ oder zusätzlich durch Rekuperation gefüllt werden.
-
Hierbei wird im Bremsbetrieb des hydrostatischen Fahrantriebs die elektrische Maschine E generatorisch betrieben. Dies ist sowohl bei geschlossener als auch bei geöffneter Kupplung C möglich. Bei geöffneter Kupplung C kann die Axialkolbenbrennkraftmaschine A stillgesetzt werden.
-
Im Rahmen der vorhandenen Speicherkapazität des elektrischen Energiespeichers und dessen Füllungsgrades ist auch ein alleiniger Antrieb der Axialkolbenpumpen P1 und P2 und damit des hydrostatischen Fahrantriebs und der Arbeitshydraulik durch die elektrische Maschine E möglich (emissionsfreier Betrieb).
-
Bei der in 2 dargestellten Variante der erfindungsgemäßen Antriebsanordung ist die erste Axialkolbenpumpe P1 lediglich an einen der Fahrmotoren F1 oder F2 angeschlossen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel an den Fahrmotor F1. Die zweite Axialkolbenpumpe P2 ist nicht zur Versorgung einer Arbeitshydraulik vorgesehen, sondern im geschlossenen Kreis mit dem Fahrmotor F2 verbunden. Dadurch können Drehzahl und Drehmoment beider Fahrmotoren F1, F2 jeweils unabhängig voneinander gesteuert werden und es lässt sich eine Differenzgeschwindigkeitslenkung eines mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ausgestatteten Fahrzeug erzielen. Diese kann in Ergänzung zu einer konventionellen Lenkung vorgesehen sein oder als alleinige Lenkung (z. B. bei Kleinladern).
-
Die beiden Axialkolbenpumpe P1, P2 können – wie dargestellt – in sogenannter back-to-back-Bauweise angeordnet sein. Hierbei ergibt sich eine räumliche Zusammenfassung (gemeinsame Steuerbodenaufnahme) der Zu- und Abfuhrkanäle der beiden hydrostatischen Fahrantriebe.
-
Um auch eine Arbeitshydraulik durch die Axialkolbenbrennkraftmaschine A versorgen zu können, ist die Pumpenwelle WP2 der zweiten Axialkolbenpumpe P2 durch den Abschlussdeckel GA hindurchgeführt und mit einer Drehmomentabgriffsmöglichkeit versehen, so dass eine separate Arbeitshydraulikpumpe (strichpunktiert angedeutet) angeflanscht und angetrieben werden kann.
-
Liste der verwendeten Bezugszeichen:
- A
- Axialkolbenbrennkraftmaschine
- AZ
- Zentralbereich der Axialkolbenbrennkraftmaschine
- C
- Kupplung
- CL
- Lamellen
- D
- Drehachse
- E
- elektrische Maschine
- F1
- hydrostatischer Fahrmotor
- F2
- hydrostatischer Fahrmotor
- F1E
- Einschnürung des Fahrmotors F1
- F2E
- Einschnürung des Fahrmotors F2
- F1G
- Motorgehäuse des Fahrmotors F1
- F2G
- Motorgehäuse des Fahrmotors F2
- F1S
- Steuerboden des Fahrmotors F1
- F2S
- Steuerboden des Fahrmotors F2
- F1ZB
- Zylinderblock des Fahrmotors F1
- F2ZB
- Zylinderblock des Fahrmotors F2
- G
- Maschinengehäuse
- GA
- Abschlussdeckel
- GF
- Führungsaufnahme
- GH
- Zylinderkopf
- GK
- Kulisse
- GZ
- Zylinder
- GZB
- Brennraum
- I
- induktiver Drehzahlaufnehmer
- K
- Kolben
- KB
- Brückenabschnitt
- KF
- Führungsabschnitt
- KG
- Gleitkörper
- KMA
- Kolbenmittelachse
- KST
- Kulissenstein
- L
- hydrostatisches Gleitlager
- M
- Achsmittellinie
- N
- Nockenscheibe
- NZ
- Verzahnung NZ
- P1
- Axialkolbenpumpe
- P2
- zweite Axialkolbenpumpe
- PS
- Schrägscheibenaufnahme der Axialkolbenpumpe P1
- PZ
- Hilfspumpe
- R
- Rotorbaugruppe
- RK
- Rotorkörper
- T
- Hubscheibe
- U
- Untersetzungsgetriebe
- V
- Ventilsteuerung
- WM
- Wellenmuffe der Triebwelle WT
- WP1
- Pumpenwelle der Axialkolbenpumpe P1
- WP2
- Pumpenwelle der Axialkolbenpumpe P2
- WR1
- Radwelle des Fahrmotors F1
- WR2
- Radwelle des Fahrmotors F2
- WS
- Steuerwelle der Axialkolbenbrennkraftmaschine A
- WT
- Triebwelle der elektrischen Maschine E
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
