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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zapfwellengetriebeanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Landwirtschaftliche oder kommunale Arbeitsfahrzeuge weisen eine Zapfwelle zum Antreiben von Anbaugeräten auf. Die Zapfwelle wird fahrzeugseitig über ein Zapfwellengetriebe durch Schalten eines zur Verfügung stehenden Übersetzungsverhältnisses mit einem Antriebsmotor des Arbeitsfahrzeuges gekoppelt. Dabei ist zwischen lastschaltbaren und nicht lastschaltbaren Zapfwellengetriebeanordnungen zu unterscheiden.
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Aus der
US 6,523,429 B2 ist eine nicht lastschaltbare Zapfwellengetriebeanordnung bekannt, welche zum Schalten unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse eine Klauenkupplung aufweist. Dabei ist vor Beginn des Betriebs des jeweiligen von einer Zapfwelle angetriebenen Anbaugerätes eines der Übersetzungsverhältnisse fest zu wählen und ein Wechsel in ein anderes Übersetzungsverhältnis kann bei fahrendem Arbeitsfahrzeug geändert werden, jedoch nicht bei laufender Zapfwelle. Beim Betreiben von Anbaugeräten, deren Last sich über die Einsatzzeit ändert, hat dies zur Folge, dass ein für den Volllastfall geeignetes Übersetzungsverhältnis im Zapfwellengetriebe zu wählen ist, um stets ein ausreichendes Drehmoment am Zapfwellenabtrieb darstellen zu können. Zu Beginn resultiert diese auf Volllast ausgerichtete Wahl dann allerdings bei geringen Drehmomenten in einem ungünstigeren Betrieb und auch einem höheren Kraftstoffverbrauch. Aus diesem Grunde werden Zapfwellengetriebeanordnungen lastschaltbar ausgeführt, so dass während eines Betriebs eines Anbaugeräts ein drehmomentabhängiger Wechsel zwischen Übersetzungsverhältnissen der Zapfwellengetriebeanordnung vollzogen und damit der Betrieb des Anbaugeräts optimiert werden kann.
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Eine unter Last schaltbare Getriebeanordnung ist beispielsweise aus der
EP 2 577 097 B1 bekannt. Bei dieser Getriebeanordnung werden die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse und die daraus resultierenden verschiedenen Arbeitsdrehzahlen durch unterschiedliche Kupplungsanordnungen sowie Planetengetriebesätze eingestellt. Diese lastschaltbar ausgeführte Getriebeanordnung hat den Nachteil, dass sie gegenüber Zapfwellengetriebeanordnungen mit Klauenkupplungen einen größeren Bauraumbedarf aufweist und dies an einem Arbeitsfahrzeug konstruktiv aufwändig berücksichtigt werden muss.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zapfwellengetriebeanordnung der eingangs genannten Art für ein landwirtschaftliches oder kommunales Arbeitsfahrzeug derart weiterzubilden, dass diese sich durch einen geringeren Bauraumbedarf auszeichnet und einen effizienten Betrieb ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß dem Anspruch 1 wird eine Zapfwellengetriebeanordnung für ein kommunales oder landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine Eingangswelle, die mit einem Verbrennungsmotor verbindbar ist, und eine Ausgangswelle, die zur Verbindung mit einem Anbaugerät eingerichtet ist, wobei die Eingangswelle und die Ausgangswelle von einem Gehäuse umgeben sind, wobei zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle mehrere Übersetzungsstufen zur Kopplung mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen vorgesehen sind, wobei ein Wechsel zwischen den Übersetzungsverhältnissen unter Last vollziehbar ist, wobei auf der Eingangswelle eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung als Doppelkupplung angeordnet sind und dass auf der Ausgangswelle eine Schaltvorrichtung zur Auswahl einer Übersetzungsstufe unterhalb der Doppelkupplung angeordnet ist, wobei eine Vorgelegewelle unterhalb der Ausgangswelle angeordnet ist, welche eine Drehmomentverbindung zwischen den Übersetzungsstufen bildet, die durch die Schaltvorrichtung schaltbar sind. Aufgrund der Anordnung zweier als Doppelkupplung ausgeführter Kupplungen auf der Eingangswelle und der Schaltvorrichtung unterhalb der Doppelkupplung auf der Ausgangswelle kann eine sehr kompakte Bauweise des lastschaltbaren und insbesondere dreistufigen Zapfwellengetriebes erreicht werden. Bei sehr geringem Bauraumbedarf lassen sich je nach Bedarf unterschiedliche Arbeitsdrehzahlen an der Ausgangswelle bereitstellen, die auf das Anbaugerät übertragen werden. Vorteilhaft ist, dass beide Kupplungen der Doppelkupplung gleichzeitig genutzt werden können, so dass Anbaugeräte mit hohen trägen Massen anlaufen können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Zapfwellengetriebeanordnung so ausgeführt ist, dass diese als eine Einheit für sich, d.h. unabhängig von dem Arbeitsfahrzeug, auf einem Prüfstand getestet werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Doppelkupplung oberhalb eines Ölspiegels in dem Gehäuse angeordnet ist. Durch die Anordnung der Doppelkupplung auf der Eingangswelle oberhalb des Ölspiegels läuft diese trocken, wodurch Planschverluste vermieden und die Effizienz erhöht werden kann. Zudem wird somit sichergestellt, dass kein Schmieröl von außen in Kupplungslamellenpakete der Doppelkupplung gelangen kann. Dadurch ergibt sich kein Schleppmoment der Doppelkupplung, welches einen mit der Ausgangswelle verbundenen Zapfwellenstummel unzulässig in dieser Position verdrehen könnte. Ein weiterer Vorteil, der aus dieser Anordnung resultiert, ist, dass sich der Zapfwellenstummel leicht von außen und per Hand verdrehen lässt. Damit wird ein leichter und sicherer Anbau einer Gelenkwelle an den Zapfwellenstummel ermöglicht.
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Insbesondere kann die Eingangswelle als eine Vollwelle ausgeführt sein, in der zumindest ein Kanal zur Zuführung eines Kühlmediums zu der ersten Kupplung und/oder der zweiten Kupplung der Doppelkupplung vorgesehen ist. Die Zuführung des Kühlmediums kann durch zumindest ein schaltbares Ventil steuerbar sein. Während und nach einem jeweiligen Lastschaltvorgang kann der Doppelkupplung durch den zumindest einen Kanal das Kühlmedium zugeführt werden. Durch das zumindest eine schaltbare Ventil kann die zeitliche Dauer der Zuführung des Kühlmediums gesteuert werden. Je nach Art der Lastschaltung (softstart oder einfache Lastschaltung) und der dabei verbrauchten Schaltleistung, kann die Menge des Kühlmediums ermittelt und abgegeben werden.
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Insbesondere kann das zumindest eine Ventil zur Steuerung des Kühlmedienstroms in Abhängigkeit vom Stromverlauf eines jeweiligen Stetigventils angesteuert werden, welches der Ansteuerung der ersten Kupplung bzw. der zweiten Kupplung dient. Die Berechnung der Menge an Kühlmedium erfolgt anhand des Kupplungsdrucks und des Differenzdrehzahlverlaufs über die Schaltzeit des der jeweiligen Kupplung der Doppelkupplung zugeordneten Stetigventils, das insbesondere als elektrisch angesteuertes Proportionalventil ausgeführt ist, zur Beaufschlagung der jeweiligen Kupplung mit einem Druckmedium. Nach Abschluss der Kühlzeit wird das Ventil vollkommen geschlossen, so dass kein Kühlmedium zwischen die Kupplungslamellenpakete der Doppelkupplung gelangt. Auf diese Weise können die Schleppverluste der Doppelkupplung sehr gering gehalten werden. Durch einen zeitlich genau schaltbaren Kühlölstrom zu den Kupplungslamellenpaketen wird eine bedarfsgerechte Kühlung der nassen Doppelkupplung erreicht. Die benötigte Menge an Kühlmedium wird aus der tatsächlich erbrachten Schaltleistung der jeweils geschlossenen Kupplung bemessen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass die gesamte benötigte Menge des Kühlmediums zur Kühlung der jeweiligen Kupplung somit stark reduziert ist, sodass die Getriebeölpumpe kleiner bemessen werden kann. Hierdurch können Kosten gespart und die Verlustleistung verringert werden.
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Insbesondere können die Ausgangswelle und die Vorgelegewelle als Vollwellen ausgeführt sein. Die Vorgelegewelle kann bevorzugt als eine Vollwelle ausgeführt sein, auf der Zahnräder einteilig zu der Vorgelegewelle gehörend angeordnet sind.
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Des Weiteren können in der Eingangswelle Kanäle zur separaten Zuführung eines Druckmittels zur ersten Kupplung und zur zweiten Kupplung vorgesehen sein. Die separate Zuführung von Drucköl zu der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung ermöglicht es, diese separat über jeweils ein Stetigventil, insbesondere ein elektrisch angesteuertes Proportionalventil, anzusteuern.
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Bevorzugt kann die Schaltvorrichtung in axialer Richtung eine Ausdehnung aufweisen, die innerhalb der axialen Erstreckung der Doppelkupplung liegt.
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Weiterhin kann die Vorgelegewelle achsparallel zur Ausgangswelle mit einem seitlichen Versatz angeordnet sein. Diese Anordnung trägt zur Reduzierung des Bauraumbedarfs der Zapfwellengetriebeanordnung bei.
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Vorzugsweise können zumindest drei Übersetzungsstufen vorgesehen sein. Die drei Übersetzungsstufen ermöglichen einen Betrieb des Anbaugerätes mit den hierfür üblichen Standardzapfwellendrehzahlen, 540 U/min und 1000 U/min, wobei zwei Übersetzungsstufen den Betrieb mit den Standardzapfwellendrehzahlen 540 U/min und 1000 U/min bei reduzierter Motordrehzahl (540E und 1000E) ermöglichen und die dritte Übersetzungsstufe den Betrieb mit der Standardzapfwellendrehzahl 1000 U/min bei Motornenndrehzahl erlaubt. Für das Auswählen der Standarddrehzahlen 540E bzw. 1000E weist die Schaltvorrichtung neben einer Neutralstellung zwei Schaltpositionen auf, in denen wahlweise die Standarddrehzahlen 540E oder die Standarddrehzahlen 1000E durch die Zapfwellengetriebeanordnung zur Verfügung gestellt wird. Die Doppelkupplung ist für ein minimiertes Schleppmoment in der Neutralstellung der Schaltvorrichtung ausgelegt. Vorzugsweise können die erste Kupplung und die zweite Kupplung der Doppelkupplung mit gewellten Abstandsringen zwischen Reiblamelle und Drucklamelle versehen sein. Die gewellten Abstandsringe zwischen Reibscheibe und Druckscheibe sorgen dafür, dass sich die Reibpartner in dieser Position nicht berühren und dass das verbleibende Schmieröl und Kühlöl rasch und ungehindert das Kupplungslamellenpaket verlassen kann.
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Insbesondere kann eine Bremsvorrichtung vorgesehen sein, die auf zumindest ein Zahnrad einer der Übersetzungsstufen einwirkt. Mittels der Bremsvorrichtung kann der an der Ausgangswelle angeschlossene Zapfwellenstummel innerhalb einer vorgegebene Bremszeit zum Stillstand gebracht werden.
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Bevorzugt kann die Bremsvorrichtung auf ein der Doppelkupplung vorgelagertes Zahnrad einwirken. Dies hat den Vorteil, dass die Bremsvorrichtung unabhängig von einer Schaltposition der Schaltvorrichtung auf die Ausgangswelle einwirken kann. Zur Ansteuerung der Bremsvorrichtung kann ein hydraulisches Ventil vorgesehen sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Zapfwellengetriebeanordnung als ein modularer Baukasten ausgeführt sein, in welchem durch den Austausch jeweils zweier Zahnradpaarungen zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle unterschiedliche Teilübersetzungen darstellbar sind. Auf diese Weise können zwei Übersetzungsstufen den Betrieb mit den Standardzapfwellendrehzahlen 540 U/min und 1000 U/min bei reduzierter Motordrehzahl des Antriebsmotors (540E oder 1000E) und die dritte Übersetzungsstufe den Betrieb mit der Standardzapfwellendrehzahl 1000 U/min bei Motornenndrehzahl (1000) oder den Betrieb mit den Standardzapfwellendrehzahlen 540 U/min oder 1000 U/min bei Motornenndrehzahl des Antriebsmotors und die dritte Übersetzungsstufe den Betrieb mit der Standardzapfwellendrehzahl 540 U/min bei reduzierter Motordrehzahl (540E) ermöglichen.
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Bevorzugt kann die Eingangswelle an ihrem dem Antriebsmotor zugewandten Ende formschlüssig mit einer Zapfwellenantriebswelle des Antriebsmotors verbindbar sein.
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Weiterhin kann die Ausgangswelle an ihrem freien Ende eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Zapfwellenstummel aufweisen. Diese Ausgestaltung von Eingangswelle und Ausgangswelle ermöglicht es, ein Arbeitsfahrzeug zu konfektionieren, welches wahlweise mit einer nicht lastschaltbaren Zapfwellengetriebeanordnung oder mit der erfindungsgemäßen Zapfwellengetriebeanordnung seitens des Herstellers des Arbeitsfahrzeugs ausgestattet wird. Darüber hinaus ist ein nachträglicher Austausch der nicht lastschaltbaren Zapfwellengetriebeanordnung durch die erfindungsgemäße Zapfwellengetriebeanordnung möglich.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Zapfwellengetriebeanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 schematisch eine Seitenansicht der Zapfwellengetriebeanordnung;
- 3 eine Zapfwellengetriebeanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Teildarstellung der Zapfwellengetriebeanordnung gemäß 1 in einer Schnittansicht.
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Die Darstellung in 1 zeigt eine Zapfwellengetriebeanordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Eine solche Zapfwellengetriebeanordnung 1 kommt bei landwirtschaftlichen oder kommunalen Arbeitsfahrzeugen zum Einsatz, an die anzutreibende Anbaugeräte angeschlossen werden. Die Zapfwellengetriebeanordnung 1 ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass diese an einen vorhandenen Bauraum einer klauengeschalteten Zapfwelle angepasst ist. Es sind keine Anpassungen angrenzender Bauteile vorzunehmen, so dass die Zapfwellengetriebeanordnung 1 als eine auswählbare Option bei der Konfiguration eines Arbeitsfahrzeugs ab Werk oder als zu einem späteren Zeitpunkt nachrüstbare Option zur Verfügung steht, um eine klauengeschaltete Zapfwelle unter Last schaltbar zu machen.
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Die erfindungsgemäße Zapfwellengetriebeanordnung 1 umfasst eine Eingangswelle 2, eine Ausgangswelle 3 sowie eine Vorgelegewelle 4. Die Eingangswelle 2 ist mit einem Antriebsmotor 10, insbesondere einem Verbrennungsmotor, trieblich verbindbar. Die Ausgangswelle 3 ist mit einem anzutreibenden Anbaugerät 11 verbindbar. Die Eingangswelle 2 ist oberhalb der Ausgangswelle 3 angeordnet, welche wiederum oberhalb der Vorgelegewelle 4 angeordnet ist. Zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 sind Übersetzungsstufen zur Kopplung mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen vorgesehen. Die Eingangswelle 2 hat zu der Ausgangswelle 3 einen Achsabstand A.
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Auf der Eingangswelle 2 ist eine Doppelkupplung 5 angeordnet. Die Doppelkupplung 5 umfasst eine erste Kupplung 6 und eine zweite Kupplung 7. Die erste Kupplung 6 und die zweite Kupplung 7 sind jeweils als Lamellenkupplungen ausgeführt. Auf der Ausgangswelle 3 ist eine Schaltvorrichtung 8 zur Auswahl einer Übersetzungsstufe angeordnet. Weiterhin ist eine Bremsvorrichtung 9 vorgesehen, die auf die Ausgangswelle 3 einwirkt.
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Die Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 3 sind bevorzugt als einteilige Vollwellen ausgebildet. Die Eingangswelle 2 ist koaxial zur Kurbelwelle des Antriebsmotors 10 angeordnet. Die Eingangswelle 2 ist in Lagerstellen 12 und 13, die als Wälzlager ausgeführt sind, gelagert. Die Eingangswelle 2 weist an ihrem inneren, dem Antriebsmotor 10 zugewandten Ende eine Innenverzahnung auf, die mit einer Zapfwellenantriebswelle formschlüssig verbindbar ist. Die Doppelkupplung 5 ist formschlüssig auf der Eingangswelle 2 angeordnet. Die Ausgangswelle 3 der lastschaltbaren Zapfwellengetriebeanordnung 1 ist ebenfalls als eine einteilige Vollwelle ausgeführt. Die Ausgangswelle 3 weist an ihrem dem Anbaugerät zugewandten Ende eine baugleiche Schnittstelle zum Zapfwellenstummel auf wie die Ausgangswelle einer klauengeschalteten Zapfwellengetriebeanordnung. Die Ausgangswelle 3 ist in Lagerstellen 14 und 15 gelagert. Die Vorgelegewelle 4 ist baumraumsparend, schräg seitlich unterhalb der Ausgangswelle 3 angeordnet und hat zu der Ausgangswelle 3 einen Achsabstand B. Die Vorgelegewelle 4 ist in Lagerstellen 32 und 33 gelagert. Der Achsabstand A zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 entspricht dem Achsabstand der Wellen einer klauengeschalteten Zapfwellengetriebeanordnung zueinander.
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Die Eingangswelle 2 ist derart gestaltet, dass die Drehmomentverbindung zu dem Antriebsmotor 10 mit einer bereits vorhandenen Antriebswelle, wie sie für eine klauengeschaltete Zapfwelle vorgesehen ist, hergestellt werden kann. Die Abtriebswelle 3 ist im hinteren Bereich so gestaltet, dass die Verbindung zu dem Anbaugerät 11 mittels einer Gelenkwelle erfolgen kann, die bei der klauengeschalteten Zapfwelle Verwendung findet.
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Die Anordnung der Doppelkupplung 5 auf der Eingangswelle 2 ist oberhalb eines Ölspiegels 17 im Inneren eines die Zapfwellengetriebeanordnung 1 umgebenden Gehäuses 20 ausgeführt und stellt somit sicher, dass kein Öl von außen in Kupplungslamellenpakete 28, 29 der ersten Kupplung 6 und der zweiten Kupplung 7 gelangen kann.
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Auf der Eingangswelle 2 sind zwei Zahnräder Z11 und Z12 drehbar gelagert angeordnet. Zwischen dem Zahnrad Z11 und dem Zahnrad Z12 ist die Doppelkupplung 5 angeordnet. Die erste Kupplung 6 stellt unter Druckbeaufschlagung eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle 2 und dem Zahnrad Z11 her. Die zweite Kupplung 7 stellt unter Druckbeaufschlagung eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle 2 und dem Zahnrad Z12 her. Auf der Ausgangswelle 3 ist ein Zahnrad Z21 formschlüssig mit dieser durch eine Wellen-Naben-Verbindung verbunden. Das Zahnrad Z21 kämmt mit dem Zahnrad Z11, welches auf der Eingangswelle 2 z. B. mit einer Lagerbuchse gelagert ist. Ein Zahnrad Z22 ist auf der Ausgangswelle 3 drehmomentfrei gelagert und wird durch eine Betätigung der Schaltvorrichtung 8 mit der Ausgangswelle 3 drehfest verbunden. Das Zahnrad Z22 kämmt mit einem Zahnrad Z31, das einteilig zu der Vorgelegewelle 4 gehört.
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Ein Doppelzahnrad 16, welches ein erstes Zahnrad Z23 und ein zweites Zahnrad Z24 umfasst, ist mittels Wälzlagern drehmomentfrei auf der Ausgangswelle 3 gelagert. Das Doppelzahnrad 16 kann durch die Schaltvorrichtung 8 mit der Ausgangswelle 3 drehfest verbunden werden. Das erste Zahnrad Z23 kämmt mit einem Zahnrad Z32, welches einteilig zu der Vorgelegewelle 4 gehört. Das Zahnrad Z24 kämmt mit dem Zahnrad Z12, welches auf der Eingangswelle 2 z.B. mit einer Lagerbuchse gelagert ist.
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Die Vorgelegewelle 4 stellt eine Drehmomentverbindung zwischen dem Zahnrad Z22 und dem Zahnrad Z23 her. Die Vorgelegewelle 4 ist achsparallel zur Ausgangswelle 3 mit einem seitlichen Versatz angeordnet und weist zu der Ausgangswelle 3 einen Achsabstand B auf. Der Achsabstand B ist kleiner als der Achsabstand A. Die Anordnung der Vorgelegewelle 4 schräg seitlich unterhalb der Ausgangswelle 3 ist bauraumsparend.
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Die Schaltvorrichtung 8 ist unterhalb der Doppelkupplung 5 angeordnet und über eine Betätigungsvorrichtung wie eine Schaltgabel oder Schaltstange in verschiedene Schaltpositionen schaltbar. Insbesondere weist die Schaltvorrichtung 8 drei Schaltpositionen auf, eine erste Schaltposition 540E, eine Neutralstellung und eine zweite Schaltposition 1000E.
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Bevorzugt wirkt die Bremsvorrichtung 9 auf ein vor der Doppelkupplung 5 angeordnetes Zahnrad Z11 oder Z21. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Bremsvorrichtung 9 derart, dass die Bremsvorrichtung 9 auf das Zahnrad Z21 einwirkt. Die Anordnung der Bremsvorrichtung 9 vor der Doppelkupplung 5 ermöglicht es, unabhängig von der Stellung der Schaltvorrichtung 8 einen an der Ausgangswelle 3 angeordneten Zapfwellenstummel innerhalb einer vorgegebene Bremszeit zum Stillstand zu bringen. Zur Ansteuerung der Bremsvorrichtung 9 kann ein hydraulisches Ventil vorgesehen sein.
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Alternative Anordnungen der Bremsvorrichtung 9 können in der Weise vorgesehen werden, dass die Bremsvorrichtung 9 auf das Zahnrad Z22 oder das Doppelzahnrad 16, respektive die Zahnräder Z23 oder Z24, auf der Ausgangswelle 3 oder auf eines der Zahnräder Z31 und Z32 auf der Vorgelegewelle 4 einwirkt. Ebenfalls denkbar ist eine Anordnung der Bremsvorrichtung 9, bei welcher diese auf das Zahnrad Z12 auf der Eingangswelle 2 einwirkt. Diese alternativen Anordnungen der Bremsvorrichtung 9 sind jedoch von der Schaltstellung der Schaltvorrichtung 8 abhängig. Diese muss sich für eine Bremswirkung in der ersten Schaltposition 540E oder der zweiten Schaltposition 1000E befinden.
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Nachfolgend werden die drei Schaltpositionen der Schaltvorrichtung 8 näher erläutert.
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In der Schaltposition Neutralstellung werden die erste Kupplung 6 und die zweite Kupplung 7 nicht mit einem Drucköl beaufschlagt. Gewellte Abstandsringe zwischen Reibscheiben und Druckscheiben der Doppelkupplung 5 sorgen dafür, dass sich die Reibpartner in der Neutralstellung nicht berühren. Zudem kann das verbleibende Schmieröl und Kühlöl rasch und ungehindert die Kupplungslamellenpakete der Doppelkupplung 5 verlassen. Durch die Anordnung der Doppelkupplung 5 auf der Eingangswelle 2 oberhalb des Ölspiegels 17 kann sichergestellt werden, dass kein Schmieröl von außen in die Kupplungslamellenpakete gelangen kann. Dadurch ergibt sich kein Schleppmoment der Doppelkupplung 5, welches die Ausgangswelle 3 respektive den daran angeordneten Zapfwellenstummel unzulässig in dieser Schaltposition verdrehen könnte. Zudem wird gewährleistet, dass sich der Zapfwellenstummel leicht von außen und per Hand verdrehen lässt. Damit wird ein leichter und sicherer Anbau einer Gelenkwelle an den Zapfwellenstummel ermöglicht.
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Für das Einschalten der Zapfwelle und das Beschleunigten des angekoppelten Anbaugerätes 11 aus dem Stillstand auf eine gewünschte Arbeitsdrehzahl sind nachfolgend beschriebene Strategien zur Ansteuerung der lastschaltbaren Doppelkupplung 5 denkbar. Vorgesehen sind die Arbeitsdrehzahlen 540E, 1000 und 1000E, wobei die Arbeitsdrehzahl 1000 im Bereich der Motornenndrehzahl erreicht wird, während die Arbeitsdrehzahlen 540E, 1000E bei reduzierter Motordrehzahl zur Verfügung stehen.
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Durch die Betätigung eines Schalters oder eines Bedienhebels in einer Fahrerkabine des Arbeitsfahrzeugs wird ein Steuerbefehl an eine Steuervorrichtung 18 übermittelt, um die Ausgangswelle 3 einzuschalten und das Anbaugerät 11 auf eine Arbeitsdrehzahl zu bringen. Eine in der Steuervorrichtung 18 hinterlegte Getriebesoftware wertet den Steuerbefehl aus. Die Steuervorrichtung 18 steuert die Schaltvorrichtung 8 an und überführt diese in die erste Schaltposition 540E. Ein Wegsensor 19, welcher der Schaltvorrichtung 8 zugeordnet ist, erkennt die gewählte Schaltposition. Signale des Wegsensors 19 werden durch eine Signalleitung an die Steuervorrichtung 18 übertragen und von dieser ausgewertet. Die erste Kupplung 6 und die zweite Kupplung 7 werden durch Druckbeaufschlagung gleichzeitig geschlossen. Beide Kupplungen 6, 7 übertragen gleichzeitig ein Anfahrmoment auf die Ausgangswelle 3, womit das angeschlossene Anbaugerät 11 beschleunigt wird. Erreicht das noch nötige Anlaufmoment das erbringbare Rutschmoment der zweiten Kupplung 7, wird die erste Kupplung 6 ausgeschaltet. Der Kraftfluss von der Eingangswelle 2 zur Ausgangswelle 3 erfolgt über die Zahnradkette Zahnrad Z12, Doppelzahnrad 16, Zahnrad Z32, Zahnrad Z31 und Zahnrad Z22. Nach Abschluss der Rutschzeit der zweiten Kupplung 7 wird der Zapfwellenstummel an der Ausgangswelle 3 mit einer festen Drehzahl betrieben, welche der mit einem ersten Gesamtübersetzungsverhältnis übertragenen Motordrehzahl entspricht. Das erste Gesamtübersetzungsverhältnis stellt als Arbeitsdrehzahl eine Standardzapfwellendrehzahl von 540 U/min bei reduzierter Motordrehzahl (540E) dar. Das erste Gesamtübersetzungsverhältnis in der Schaltposition 540E hat eine Übersetzung von 2,78.
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Soll ausgehend von der ersten Schaltposition 540E der Schaltvorrichtung 8 die Arbeitsdrehzahl der Ausgangswelle 3 von 540 U/min bei reduzierter Motordrehzahl auf die weitere Standarddrehzahl 1000 U/min erhöht werden, so wird zunächst die Motordrehzahl des Antriebsmotors 10 soweit erhöht, dass nach erfolgter Lastschaltung das verfügbare Motordrehmoment noch ausreichend ist, um den Fahrzustand des Arbeitsfahrzeugs beizubehalten. Diese Drehzahlerhöhung kann maximal bis zum Erreichen der Motornenndrehzahl des als Verbrennungsmotors ausgeführten Antriebsmotors 10 erhöht werden. Die Übersetzung eines Fahrgetriebes des Arbeitsfahrzeugs kann mittels eines stufenlosen Fahrantriebs so angepasst werden, dass die Fahrgeschwindigkeit bei Anheben dieser Motordrehzahl nahezu konstant bleibt.
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Nachdem die Motordrehzahlerhöhung vorgenommen worden ist, findet eine Lastschaltung der Doppelkupplung 5 der Zapfwellengetriebeanordnung 1 statt, um die Arbeitsdrehzahl von 540 U/min bei reduzierter Motordrehzahl (540E) auf die Standarddrehzahl 1000 U/min zu erhöhen. Hierzu wird in bekannter Weise durch eine Lastschaltung die zweite Kupplung 7 geöffnet und die erste Kupplung 6 geschlossen. Der Kraftfluss von der Eingangswelle 2 zur Ausgangswelle 3 erfolgt über die Zahnradkette Zahnrad Z11 und Z21. Ein zweites Gesamtübersetzungsverhältnis, welches sich bei geschlossener erster Kupplung 6 und geöffneter zweiter Kupplung 7 einstellt, hat eine Übersetzung von 1,81.
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Soll beim Lastschaltvorgang der Doppelkupplung 5 der Zapfwellengetriebeanordnung 1 die Abtriebsdrehzahl der Ausgangswelle 3 konstant gehalten werden, so wird dem Antriebsmotor 10 eine entsprechende Motordrehzahl zugewiesen. Diese entspricht etwa 65% der Motordrehzahl, die vor der beginnenden Lastschaltung am Antriebsmotor 10 anlag. Während dieser Reduzierung der Motordrehzahl kann erneut das Fahrgetriebe des Arbeitsfahrzeugs genutzt werden, um die Fahrgeschwindigkeit des Arbeitsfahrzeugs konstant zu halten.
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Soll die Ausgangswelle 3 ausgehend von der Standarddrehzahl 1000 U/min mit einer Standarddrehzahl 1000 U/min mit konstanter Abtriebsdrehzahl (1000E) der lastschaltbaren Doppelkupplung 5 betrieben werden, so wird vor der Lastschaltung die Schaltvorrichtung 8 von der Steuervorrichtung 18 angesteuert, um die Schaltvorrichtung 8 von der ersten Schaltposition 540E in die zweite Schaltposition 1000E zu überführen. Nachdem der Abschluss der Änderung der Schaltposition der Schaltvorrichtung 8 durch den der Wegsensor 19 detektiert wurde, wird die Lastschaltung der Doppelkupplung 5 vorgenommen, indem die erste Kupplung 6 geöffnet und die zweite Kupplung 7 geschlossen wird. Dabei wird die Motordrehzahl auf etwa 85% der Motordrehzahl eingestellt, die vor dem Lastschaltvorgang am Motor anlag. Während dieses Lastschaltvorgangs kann das Fahrgetriebe dazu genutzt werden, um die Fahrgeschwindigkeit des Arbeitsfahrzeugs auf einen gewünschten Wert einzustellen. Der Kraftfluss von der Eingangswelle 2 zur Ausgangswelle 3 erfolgt über die Zahnradkette Zahnrad Z12 und Zahnrad Z24. Das erste Gesamtübersetzungsverhältnis stellt als Arbeitsdrehzahl eine Standardzapfwellendrehzahl von 540 U/min bei reduzierter Motordrehzahl dar. Ein drittes Gesamtübersetzungsverhältnis, welches sich bei geöffneter erster Kupplung 6 und geschlossener zweiter Kupplung 7 und der zweiten Schaltposition 1000E der Schaltvorrichtung 8 einstellt, hat eine Übersetzung von 1,53.
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Die Rückschaltung von der Arbeitsdrehzahl von 1000 U/min bei konstanter Abtriebsdrehzahl (1000E) auf die Standarddrehzahl 1000 U/min wird in bekannter Weise durch die Lastschaltung der Doppelkupplung 5 ausgeführt. Durch die Ansteuerung der Doppelkupplung 5 wird die zweite Kupplung 7 geöffnet und die erste Kupplung 6 geschlossen. Während des Lastschaltvorganges kann das Fahrgetriebe des Arbeitsfahrzeugs genutzt werden, um eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Arbeitsfahrzeugs aufrecht zu erhalten.
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Die Rückschaltung von der Standarddrehzahl 1000 U/min auf die Standarddrehzahl 540 U/min bei reduzierter Motordrehzahl (540E) wird in bekannter Weise durch die Lastschaltung der Doppelkupplung 5 ausgeführt. Durch die Ansteuerung der Doppelkupplung 5 wird die erste Kupplung 6 geöffnet und die zweite Kupplung 7 geschlossen. Bevor die Lastschaltung der Doppelkupplung 5 jedoch erfolgt, wird die Schaltvorrichtung 8 von der zweiten Schaltposition 1000E in die erste Schaltposition 540E überführt. Die Rückschaltung erfolgt bei einer Motordrehzahl, die maximal 65% der Motornenndrehzahl beträgt. Während des Lastschaltvorganges kann das Fahrgetriebe des Arbeitsfahrzeugs genutzt werden, um eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Arbeitsfahrzeugs aufrecht zu erhalten.
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Durch das Einbinden der lastschaltbaren Zapfwellengetriebeanordnung 1 in das Getriebemanagement des Arbeitsfahrzeugs, wird der Antriebsmotor 10 vermehrt im unteren Drehzahlenbereich betrieben. Das senkt deutlich den Kraftstoffverbrauch, die Geräuschemissionen sowie Vibrationen in der Fahrerkabine.
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Durch eine Anpassung der Übersetzungsverhältnisse zwischen den Zahnrädern Z11, Z21 sowie Z12 und dem Doppelzahnrad 16 mit den Zahnrädern Z23 sowie Z24 lässt sich die lastschaltbare Zapfwellengetriebeanordnung 1 auch mit den Standarddrehzahlen 540, 540E und 1000 betreiben. Die übrigen Komponenten der Zapfwellengetriebeanordnung 1 bleiben unberührt.
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In 2 ist schematisch eine Seitenansicht der Zapfwellengetriebeanordnung 1 dargestellt. Die Zapfwellengetriebeanordnung 1 ist von einem Gehäuse 20 umgeben. Die Darstellung in 2 veranschaulicht die Anordnung von Eingangswelle 2, Ausgangswelle 3 sowie Vorgelegewelle 4. Während die Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 3 bezogen auf eine Symmetrieachse 21 fluchtend übereinander angeordnet sind, weist die unterhalb der Ausgangswelle 3 angeordnete Vorgelegewelle 4 einen seitlichen Versatz zur Symmetrieachse 21 auf.
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3 zeigt eine Zapfwellengetriebeanordnung 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich vor allem dadurch, dass die Zapfwellengetriebeanordnung 1' im Wesentlichen spiegelbildlich aufgebaut ist. Auf der Eingangswelle 2 sind zwei Zahnräder Z11' und Z12' drehbar gelagert angeordnet. Die erste Kupplung 6 der Doppelkupplung 5 stellt unter Druckbeaufschlagung eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle 2 und dem Zahnrad Z11' her. Die zweite Kupplung 6 der Doppelkupplung 5 stellt unter Druckbeaufschlagung eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle 2 und dem Zahnrad Z12' her. Auf der Ausgangswelle 3 ist ein Doppelzahnrad 16' drehmomentfrei gelagert, welches ein erstes Zahnrad Z21' und ein zweites Zahnrad Z22' umfasst. Das vor der Schaltvorrichtung 8 angeordnete Doppelzahnrad 16' ist mittels Wälzlagern drehmomentfrei auf der Ausgangswelle 3 gelagert. Das Doppelzahnrad 16' kann durch die Schaltvorrichtung 8 mit der Ausgangswelle 3 drehfest verbunden werden. Das erste Zahnrad Z21' kämmt mit dem Zahnrad Z11'. Das zweite Zahnrad Z22' des Doppelzahnrads 16' kämmt mit einem Zahnrad Z31', welches einteilig zu der Vorgelegewelle 4 gehört. Ein drehmomentfrei auf der Ausgangswelle 3 gelagertes Zahnrad Z23', welches hinter der Schaltvorrichtung 8 angeordnet ist, kämmt mit einem Zahnrad Z32' welches einteilig zu der Vorgelegewelle 4 gehört.
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Das Zahnrad Z21' kämmt mit dem Zahnrad Z11', welches auf der Eingangswelle 2 z.B. mit einer Lagerbuchse gelagert ist. Auf der Ausgangswelle 3 ist ein Zahnrad Z24' formschlüssig mit dieser durch eine Wellen-Naben-Verbindung verbunden. Das Zahnrad Z24' kämmt mit dem Zahnrad Z12', welches auf der Eingangswelle 2 z.B. mit einer Lagerbuchse gelagert ist.
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Die Vorgelegewelle 4 stellt eine Drehmomentverbindung zwischen dem Zahnrad Z22' und dem Zahnrad Z23' her. Die Vorgelegewelle 4 ist achsparallel zur Ausgangswelle 3 mit einem seitlichen Versatz angeordnet und weist zu der Ausgangswelle 3 den Achsabstand B auf.
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Die Schaltfolgen der lastschaltbaren Zapfwellengetriebeanordnung 1' dieser Ausführungsform entsprechen denen der anhand von 1 erläuterten Ausführungsform.
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Bevorzugt wirkt die Bremsvorrichtung 9 auf das vor der Doppelkupplung 5 trieblich vorgelagerte Zahnrad Z31'. Die Anordnung der Bremsvorrichtung 9 vor der Doppelkupplung 5 ermöglicht es, unabhängig von der Stellung der Schaltvorrichtung 8 einen an der Ausgangswelle 3 angeordneten Zapfwellenstummel innerhalb einer vorgegebene Bremszeit zum Stillstand zu bringen kann. Zur Ansteuerung der Bremsvorrichtung 9 kann ein hydraulisches Ventil vorgesehen sein.
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Alternative Anordnungen der Bremsvorrichtung 9 können in der Weise vorgesehen sein, dass die Bremsvorrichtung 9 auf das Zahnrad Z11' auf der Eingangswelle 2 oder das Doppelzahnrad 16', respektive die Zahnräder Z21' oder Z22', das Zahnrad Z23' oder das Zahnrad Z24' auf der Ausgangswelle 3 oder das Zahnrad Z32' auf der Vorgelegewelle 4 einwirkt. Ebenfalls denkbar ist eine Anordnung der Bremsvorrichtung 9, bei welcher diese auf das Zahnrad Z12' auf der Eingangswelle 2 einwirkt.
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In 4 ist eine Teildarstellung der Zapfwellengetriebeanordnung 1 in einer Schnittansicht dargestellt. In der als Vollwelle ausgeführten Eingangswelle 2 ist zumindest ein Kanal 22 angeordnet, welcher der Zuführung eines Kühlmediums in die Doppelkupplung 5 dient. Des Weiteren können in der Eingangswelle 2 Kanäle 30, 31 zur separaten Zuführung eines Druckmittels zur ersten Kupplung 6 und zur zweiten Kupplung 7 vorgesehen sein. Die Doppelkupplung 5 ist durch eine Kupplungsnabe 25 drehfest mit der Eingangswelle 2 verbunden. Koaxial zu der Kupplungsnabe 25 ist eine Kupplungstrommel 26 angeordnet. Zwischen der Kupplungsnabe 25 und der Kupplungstrommel 26 ist das jeweilige Kupplungslamellenpaket 28, 29 der ersten Kupplung 6 und der zweiten Kupplung 7 angeordnet. Von diesem Kanal 22 zweigen Bohrungen 23, 24 ab, welche in Öffnungen in der Kupplungsnabe 25 münden. Die Zuführung des Kühlmediums ist durch zumindest ein schaltbares Ventil 29 steuer- oder regelbar. Für eine effiziente Kühlung ist vorgesehen, dass die Zeitdauer der Zuführung des Kühlmediums durch das zumindest eine schaltbare Ventil 29 gesteuert wird. Je nach Art der Lastschaltung und der dabei verbrauchten Schaltleistung wird die Menge des erforderlichen Kühlmediums ermittelt und an die geschaltete, d.h. geschlossene Kupplung 6 und/oder Kupplung 7 abgegeben. Berechnet wird die Menge aus dem Kupplungsdruck und dem Differenzdrehzahlverlauf über die Schaltzeit. Nach Abschluss der Kühlzeit wird das Ventil 29 vollkommen geschlossen und kein weiteres Kühlöl muss über die Getriebeölpumpe bereitgestellt werden. Dadurch kann die Getriebeölpumpe kleiner ausgelegt werden und der Wirkungsgrad im Antriebsstrang der Zapfwellengetriebeanordnung 1 bzw. 1' erhöht sich.
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Dabei kann der Umstand genutzt werden, dass die Kupplungen 6, 7 der Doppelkupplung 5 über jeweils ein Proportionalventil angesteuert werden. Der Stromverlauf über die Zeit bei der Ansteuerung des jeweiligen Proportionalventils, um die Kupplung 6 bzw. 7 mit dem Druckmedium zu beaufschlagen, gibt Auskunft über den Druckverlauf des Druckmediums im Kolbenraum der Kupplung 6, 7. Es wird daher kein zusätzlicher Drucksensor gebraucht. Der Differenzdrehzahlverlauf der ersten Kupplung 6 bzw. der zweiten Kupplung 7 wird über Drehzahlsensoren erfasst. Dabei wird je ein Drehzahlsensor an der Kupplungstrommel 26 und der Kupplungsnabe 25 angebracht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zapfwellengetriebeanordnung
- 1'
- Zapfwellengetriebeanordnung
- 2
- Eingangswelle
- 3
- Ausgangswelle
- 4
- Vorgelegewelle
- 5
- Doppelkupplung
- 6
- Erste Kupplung
- 7
- Zweite Kupplung
- 8
- Schaltvorrichtung
- 9
- Bremsvorrichtung
- 10
- Antriebsmotor
- 11
- Anbaugerät
- 12
- Lagerstelle
- 13
- Lagerstelle
- 14
- Lagerstelle
- 15
- Lagerstelle
- 16
- Doppelzahnrad
- 16'
- Doppelzahnrad
- 17
- Ölspiegel
- 18
- Steuervorrichtung
- 19
- Wegsensor
- 20
- Gehäuse
- 21
- Symmetrieachse
- 22
- Kanal
- 23
- Bohrung
- 24
- Bohrung
- 25
- Kupplungsnabe
- 26
- Kupplungstrommel
- 27
- Ventil
- 28
- Kupplungslamellenpaket
- 29
- Kupplungslamellenpaket
- 30
- Kanal
- 31
- Kanal
- 32
- Lagerstelle
- 33
- Lagerstelle
- Z11
- Zahnrad
- Z12
- Zahnrad
- Z21
- Zahnrad
- Z22
- Zahnrad
- Z23
- Zahnrad
- Z24
- Zahnrad
- Z32
- Zahnrad
- Z11'
- Zahnrad
- Z12'
- Zahnrad
- Z21'
- Zahnrad
- Z22'
- Zahnrad
- Z23'
- Zahnrad
- Z24'
- Zahnrad
- Z31'
- Zahnrad
- Z32'
- Zahnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6523429 B2 [0003]
- EP 2577097 B1 [0004]
