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Die Erfindung betrifft hydrostatisch mechanische Fahrzeugantriebe
mit vorzugsweise stufenlos regelbarem Druckflüssigkeitsgetriebe und nachgeschaltetem,
synchronisiertem, mechanischem Geschwindigkeitswechselgetriebe, bei welchem die
Antriebsmaschine fest mit der Pumpe des Druckflüssigkeitsgetriebes sowie der Motor
des Druckflüssigkeitsgetriebes fest mit dem Geschwindigkeitswechselgetriebe verbunden
ist und bei welchem der Kreislauf des Druckflüssigkeitsgetriebes eine mittels eines
Absperrorgans absperrbare Kurzschlußleitung aufweist, wobei das Betätigungsmittel
des Absperrorgans mit dem Schaltgestänge des Geschwindigkeitswechselgetriebes verbunden
ist.
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Derartige Fahrzeugantriebe sind durch die französische Patentschrift
1267 625 bekanntgeworden. Fig. 2 der Zeichnungen dieser französischen Patentschrift
zeigt eine Anordnung, bei welcher als dem Druckflüssigkeitsgetriebe nachgeschaltetes,
synchronisiertes mechanisches Geschwindigkeitswechselgetriebe ein Umlaufrädergetriebe
mit abbremsbarem Sonnenrad und einer Reibungskupplung vorgesehen ist. Je nach Betätigung
der Sonnenradbremse oder der Reibungskupplung ist der kleine oder der große Gang
des Umlaufrädergetriebes eingeschaltet. Infolge des jeweiligen Reibungsschlusses
beim Schalten des betreffenden Ganges ist es möglich, das Umlaufrädergetriebe zu
schalten, ohne daß ein Ruck bzw. Stoß in der Kraftübertragung eintritt.
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Wenn Motoren von Druckflüssigkeitsgetrieben hinsichtlich ihrer baulichen
Abmessungen in einigermaßen vertretbaren Grenzen gehalten werden sollen, dann müssen
sie mit entsprechend hohen Drehzahlen betrieben werden. Dies wiederum bedingt große
Übersetzungsverhältnisse in den nachgeschalteten mechanischen Getrieben. Die Folge
ist, daß bei der genannten Anordnung eines Umlaufrädergetriebes mit abbremsbarem
Sonnenrad und einer Reibungskupplung die umlaufenden Teile im Hinblick auf das angestrebte
große übersetzungsverhältnis und im Hinblick auf die aufzunehmenden großen Drehmomente
große Abmessungen bekommen, wodurch sich große umlaufende zu beschleunigende bzw.
zu verzögernde Massen und ein großes Getriebegewicht ergeben. Dies bedeutet, daß
der Vorteil kleinerer baulicher Abmessungen und eines kleineren Gewichtes des Motors
des Druckflüssigkeitsgetriebes durch die großen Abmessungen und das große Gewicht
des nachgeschalteten, synchronisierten mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebes
wieder zunichte gemacht wird. Außerdem sind solche Umlaufrädergetriebe mit Sonnenradbremse
und Reibungskupplung in ihrem Aufbau verhältnismäßig kompliziert. Die Schaltung
des kombinierten synchronisierten mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebes
erfolgt bei der bekannten Anordnung mittels eines Schalthebels, welcher in einer
Schaltstellung bei gelöster Reibungskupplung die Sonnenradbremse in angelegter Stellung
hält, während er in seiner anderen Schaltstellung bei gelöster Sonnenradbremse die
Reibungskupplung in eingerücktem Zustand hält.
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Dieser Schalthebel ist mit dem Absperrorgan der Kurzschlußleitung
des Druckflüssigkeitsgetriebekreislaufes unmittelbar durch ein Gestänge verbunden,
welches außerdem einen Schaltnocken und einen Gelenkzapfen aufweist, welch ersterer
unmittelbar und welch letzterer über eine Freigang gewährende Verbindung ein Steuerschiebergestänge
der Pumpe des Druckflüssigkeitsgetriebes derart beeinflussen, daß die Pumpenförderung
jeweils während des Durchganges des Absperrorgans der Druckflüssigkeitsgetriebe-Kurzschlußleitung
durch seine Offenstellung gedrosselt wird. Es mag vielleicht zutreffen, daß durch
eine solche komplizierte Schaltung theoretisch tatsächlich ein ruck- bzw. stoßfreies
Schalten der Kraftübertragung erzielbar ist. In der Praxis haben sich derartige
Anordnungen jedoch nicht durchgesetzt, was seine Ursache wohl in dem Umstand haben
dürfte, daß die große axiale Baulänge derartiger Anordnungen und die auch im übrigen
großen räumlichen Abmessungen der erforderlichen Getriebeteile und die dadurch bedingten
großen Gewichte und großen umlaufenden Massen als Nachteil empfunden werden.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei hydrostatisch
mechanischen Fahrzeugantrieben der eingangs dargelegten Art ein ruck-bzw. stoßfreies
Schalten zu erzielen, ohne daß in ihren räumlichen Abmessungen übermäßig große und
folglich schwere Getriebeteile benötigt werden, ohne daß zur Betätigung der verschiedenen
Schaltorgane komplizierte Gestängeverbindungen und Nockensteuerungen erforderlich
sind und ohne daß beim Schalten ein Steuerschieber oder sonstiges die Förderung
der Pumpe des Druckflüssigkeitsgetriebes beeinflussendes Organ betätigt zu werden
braucht. Dabei ist der erfindungsgemäße Fahrzeugantrieb insbesondere zur übertragung
sehr großer Leistungen bestimmt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das als
Schalthebel ausgebildete Betätigungsmittel des in seiner Offenstellung einen völlig
ungedrosselten Flüssigkeitsdurchgang gestattenden Absperrorgans der Kurzschlußleitung
des Druckflüssigkeitsgetriebes über eine Freigang gewährende Verbindung derart mit
dem Schaltgestänge des Geschwindigkeitswechselgetriebes verbunden ist, daß bei der
Betätigung des Schalthebels stets zuerst der Kreislauf des Druckflüssigkeitsgetriebes
kurzgeschlossen wird, bevor der jeweils eingerückte Gang des Geschwindigkeitswechselgetriebes
ausgerückt wird, und daß dieser Kurzschluß jeweils erst dann wieder aufgehoben wird,
wenn die Einrückung des jeweils neu einzurückenden Ganges bereits erfolgt ist.
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Das ruck bzw. stoßfreie Schalten von hydrostatischen Fahrzeugantrieben
stellt übrigens ein in der einschlägigen Technik schon altes Problem dar. So sind
beispielsweise bereits in der deutschen Patentschrift 251071 aus dem Jahre 1912
Anordnungen beschrieben, bei welchen Pumpen mit verschiedenen Leistungsstufen in
Verbindung mit veränderlich beaufschlagbaren Druckflüssigkeitsgetriebemotoren Anwendung
finden bzw. bei welchen zwischen die Druck- und Saugleitung des Flüssigkeitskreislaufes
des Druckflüssigkeitsgetriebes eine mittels eines Absperrorgans absperrbare Kurzschlußleitung
geschaltet ist. Allerdings handelt es sich bei den in der deutschen Patentschrift
251071 beschriebenen Fahrzeugantrieben um rein hydrostatische Fahrzeugantriebe ohne
nachgeschaltetes mechanisches Geschwindigkeitswechselgetriebe, weshalb die in der
genannten deutschen Patentschrift beschriebene Problemstellung auch nicht mit der
dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabestellung ohne
weiteres vergleichbar ist und weshalb naturnotwendigerweise diese Patentschrift
dem Fachmann
auch keine Lehre im Sinne der Lösung einer solchen
Aufgabestellung zu geben vermag.
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In der deutschen Patentschrift 825 930 sind Kraftübertragungseinrichtungen
beschrieben, welche aus einem stufenlos regelbaren Flüssigkeitsgetriebe in Verbindung
mit einem Zahnräderwechselgetriebe bestehen. Als bekannt werden in dieser Patentschrift
Anordnungen beschrieben, bei welchen zwischen zwei Getriebewellen eines einem stufenlos
regelbaren Flüssigkeitsgetriebe nachgeschalteten Zahnrädergetriebes ein stufenlos
schaltbarer Keilriementrieb geschaltet ist. Weiter werden in der genannten Patentschrift
Anordnungen als bekannt beschrieben, welche zwei hydrodynamische Flüssigkeitsgetriebe
in Verbindung mit einem mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe beinhalten.
Schließlich ist in der genannten Patentschrift eine Anordnung beschrieben, bei welcher
neben einem hydrostatischen Getriebe und einem diesem nachgeschalteten mechanischen
Geschwindigkeitswechselgetriebe ein weiteres, das hydrostatische Getriebe umgehendes
mechanisches Geschwindigkeitswechselgetriebe vorgesehen ist, welches den Kraftfluß
während der Umschaltung des hydrostatischen Getriebes übernimmt.
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Alle diese bekannten Anordnungen weisen jedoch in mehr oder minder
großem Maße die oben in Verbindung mit der in der französischen Patentschrift
1267 625 beschriebenen Anordnung erwähnten Nachteile auf, und keine der erwähnten
Druckschriften gibt dem Fachmann eine Lehre im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Der erfindungsgemäße Fahrzeugantrieb bringt gegenüber den verschiedenen,
oben kurz dargelegten bekannten Fahrzeugantrieben den erheblichen technischen Fortschritt,
daß er bei kleinen baulichen Abmessungen und einfachem Aufbau ein ruck- und stoßfreies
Schalten bei der übertragung sehr großer Leistungen ermöglicht, ohne daß während
des Schaltvorganges die Förderung der Pumpe des Druckflüssigkeitsgetriebes unterbrochen
zu werden braucht. Außerdem bietet er den weiteren Vorzug einer wesentlich geringeren
axialen Baulänge und eines erheblich geringeren Gewichtes gegenüber bekannten Anordnungen.
Infolge des Wegfalles zweier Reibungskupplungen, deren mindestens eine bei den bekannten
Anordnungen, wenn große Leistungen übertragen werden müssen, im allgemeinen sehr
schwer und kräftig ausgeführt sein muß, ergeben sich trotz des Vorhandenseins eines
synchronisierten mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebes erhebliche Kostenersparnisse
hinsichtlich Herstellung, Wartung und Betrieb des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebes.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Druckflüssigkeitsgetriebe
im Druckflüssigkeitskreislauf mehrere Motoren aufweisen, deren jeder jeweils ein
gesondertes Fahrzeugrad bzw. eine gesonderte Fahrzeugrädergruppe antreibt, und jeder
dieser Motoren kann ein gesondertes Geschwindigkeitswechselgetriebe aufweisen, wobei
diese Geschwindigkeitswechselgetriebe gemeinsame Schaltmittel zum jeweils gleichzeitigen
Schalten aufweisen.
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Das Absperrorgan der Kurzschlußleitung des Druckflüssigkeitsgetriebes
kann gemäß einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebes
die Form eines über einen elektrischen oder Druckmittel-Servoantrieb betätigten
Absperrschiebers bzw. Absperrventils haben. Schließlich können in Weiterbildung
der Erfindung das oder die Geschwindigkeitswechselgetriebe mit einer mechanisch,
durch Druckmittel oder elektrisch unmittelbar oder mittelbar durch das Absperrorgan
der Kurzschlußleitung des Druckflüssigkeitsgetriebes gesteuerten Sperreinrichtung
versehen sein, welche eine Schaltung des bzw. der Geschwindigkeitswechselgetriebe
nur dann zuläßt, wenn das Absperrorgan der Kurzschlußleitung auf Kurzschluß steht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines Fahrzeugantriebes mit Druckflüssigkeitsgetriebe
und nachgeschaltetem mechanischem Zweiganggetriebe nach der Erfindung wird nunmehr
an Hand der Zeichnung in ihren Einzelheiten beschrieben.
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Die Triebwelle 1 der Fahrzeugantriebsmaschine 2, beispielsweise einer
Brennkraftmaschine, ist über eine feste Kupplung 3 mit einer Welle 4 einer Pumpe
5 eines Druckflüssigkeitsgetriebes gekuppelt, dessen Kreislauf symbolisch durch
eine Druckflüssigkeitsringleitung 6 angedeutet ist. Eine Triebwelle 7 eines Motors
8 des Druckflüssigkeitsgetriebes ist über eine feste Kupplung 9 mit der treibenden
Welle 10 eines als synchronisiertes mechanisches Getriebe ausgebildeten Geschwindigkeitswechselgetriebes
gekuppelt, welch letzteres als Ganzes durch die Bezugsziffer 11 bezeichnet ist.
Bei dem Geschwindigkeitswechselgetriebe 11 kann es sich um ein mechanisches synchronisiertes
Getriebe mit beliebig vielen Gängen handeln. Der Einfachheit halber ist das Geschwindigkeitswechselgetriebe
11 im Rahmen des hier zu beschreibenden Ausführungsbeispiels als synchronisiertes
Zweiganggetriebe dargestellt, dessen kleiner Gang über das Räderpaar 12,13
verläuft und dessen großer Gang über das Räderpaar 14,15 herstellbar ist. Die mit
Kupplungsklauen 16, 17 und Synchronisierringen 18,19 ausgestatteten Zahnräder 12
und 14 sitzen frei drehbar und axial unverschieblich auf der treibenden Welle 10,
während die Zahnräder 13 und 15 fest auf der getriebenen Welle 20 des Geschwindigkeitswechselgetriebes
angeordnet sind. Die Stellgabel eines im Getriebegehäuse 21 schwenkbar gelagerten
Stellhebels 22 greift in die Umfangsringnut einer mit Kupplungsklauen 23
und 24 bewehrten Schaltmuffe 25, die über eine Federkugelraste mit einer
Synchronisiermuffe 26 in beiden Drehrichtungen treibend verbunden ist, deren beide
stirnseitige Mitnehmernuten mit den Synchronisierringen 18 bzw. 19 der Zahnräder
12 bzw. 14 zusammenwirken können.
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Die getriebene Welle 20 des Geschwindigkeitswechselgetriebes 11 ist
fest mit einem die Fahrzeugtriebräder 28 antreibenden Achsgetriebe samt Ausgleichgetriebe
27 verbunden.
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Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebes
ist am freien Ende des Stellhebels 22 über eine Schlitzlochverbindung 29 ein Stellgestänge
30 aasgelenkt, dessen anderes freies Ende bei 31 an einem Schalthebel
32 aasgelenkt ist.
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Der Kreislauf 6 des Druckflüssigkeitsgetriebes weist eine Kurzschlußleitung
33 auf, welche mittels eines Absperrorgans 34 absperrbar ist, welch letzteres in
der Zeichnung der Einfachheit halber als Absperrhahn dargestellt ist und in praktischer
Ausführung vorzugsweise die Form eines elektrisch oder druckmittelbetätigten Absperrschiebers
haben kann. Der Schalthebel 32 dient bei der hier beschriebenen Ausführungsform
des Fahrzeugantriebes gleichzeitig als Stellhebel für das Stellglied des Absperrorgans
34.
In der in der Zeichnung dargestellten Stellung des Sperrgliedes
ist die Kurzschlußleitung 33 geöffnet, und folglich findet in dieser Stellung keine
Kraftübertragung über das Druckflüssigkeitsgetriebe statt.
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Die Größe der Eintrittsöffnungen der Kurzschlußleitung 33 in das Gehäuse
des Absperrorgans 34, die Durchtrittsöffnung des Stellgliedes dieses Absperrorgans,
die Hebellängen am Schalthebel 32 und am Stellhebel 22 und die Länge der
Schlitzlochverbindung 29 am Stellhebel 22 sind derart aufeinander abgestimmt, daß
einerseits in den beiden Endstellungen des Schalthebels 32 die Kurzschlußleitung
33 abgesperrt ist und folglich eine Kraftübertragung über das Druckflüssigkeitsgetriebe
stattfindet und daß andererseits bei Betätigung des Schalthebels 32 im Sinne der
Einrückung des kleinen Ganges oder des großen Ganges stets zuerst der Kreislauf
des Druckflüssigkeitsgetriebes kurzgeschlossen wird, bevor der jeweils eingerückte
Gang des Geschwindigkeitswechselgetriebes 11 ausgerückt wird, und daß dieser Kurzschluß
jeweils erst dann wieder aufgehoben wird, wenn die Einrückung des jeweils neu einzurückenden
Ganges begonnen hat.
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An Stelle der Schlitzloch-Gestängeverbindung 29, 30 können zwischen
dem Stellhebel 22 und dem Schalthebel 32 selbstverständlich auch hierzu äquivalente
hydraulische, pneumatische oder elektrische Mittel vorgesehen sein, die eine im
Prinzip gleichwertige Schaltweise sicherstellen.
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Durch die oben beschriebene Anordnung ist also gewährleistet, daß
stets bei Umschaltung des Schalthebels 32 von einem Gang in den anderen Gang zunächst
die Triebverbindung zwischen der Fahrzeugantriebsmaschine 2 und der treibenden Welle
10 des Geschwindigkeitswechselgetriebes 11 zuerst unterbrochen wird, bevor der eigentliche
Umschaltvorgang beginnt. Andererseits ist sichergestellt, daß der Umschaltvorgang
bereits eingeleitet ist, bevor die Triebverbindung zwischen der Fahrzeugantriebsmaschine
und der treibenden Welle des Geschwindigkeitswechselgetriebes wieder hergestellt
wird. Die beschriebene Anordnung stellt also eine im Aufbau einfache und daher billige
sowie wenig störungsanfällige Schalteinrichtung dar, die es ermöglicht, den Umschaltvorgang
zwischen dem großen und dem kleinen Gang bzw. umgekehrt durch bloße Betätigung des
Schalthebels 32 vorzunehmen, ohne daß dadurch irgendwelche Verstellungen an einem
gegebenenfalls vorhandenen Pumpensteuerschieber des Druckflüssigkeitsgetriebes 5,
6, 8 ausgelöst werden.
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Gemäß einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform kann
das synchronisierte Geschwindigkeitswechselgetriebe 11 mit einer Sperreinrichtung
versehen sein, welche die Betätigung des Schaltorgans 22 des Geschwindigkeitswechselgetriebes
nur dann freigibt, wenn das Absperrorgan 34 der Kurzschlußleitung 33 des Druckflüssigkeitsgetriebes
5, 6, 8 geöffnet ist. Diese Sperreinrichtung kann unmittelbar oder mittelbar durch
das Absperrorgan 34 bzw. dessen Stellorgan 32 betätigt sein, wobei diese Betätigung
mechanisch, durch Druckmittel oder auch elektrisch erfolgen kann. Der Ablauf des
Schaltvorganges kann also durch eine solche Sperreinrichtung sicherer gestaltet
werden, ohne daß sich an der grundsätzlichen Anordnung des Fahrzeugantriebes etwas
ändert oder eine merkliche Komplizierung der Anordnung erforderlich ist.
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Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem Zweiganggetriebe
als Geschwindigkeitswechselgetriebe beschrieben. Für den Fall, daß die Pumpe 5 des
Druckflüssigkeitsgetriebes als Verstellpumpe und der Motor 8 des Druckflüssigkeitsgetriebes
als Verstellmotor ausgeführt ist, l'äßt sich in Verbindung mit einem Zweiganggetriebe
als Geschwindigkeitswechselgetriebe ein genügend großer Drehmoment- und Drehzahlbereich
für die Fahrzeugtriebräder 28 erzielen, ohne daß der Drehzahlbereich der Fahrzeugantriebsmaschine
2 ungewöhnlich groß zu sein braucht. Als Fahrzeugantriebsmaschine läßt sich also
ohne Schwierigkeit eine Dieselbrennkraftmaschine normaler Drehzahlbereichsauslegung
verwenden. Für den Fall, daß größere Regelbereiche gewünscht werden, ist der Fahrzeugantrieb
ohne weiteres auch in Verbindung mit Geschwindigkeitswechselgetrieben ausführbar,
die eine höhere Gangzahl aufweisen.
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Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform weist das Druckflüssigkeitsgetriebe
des Fahrzeugantriebes mehrere parallel zueinander in den Druckflüssigkeitskreislauf
geschaltete Motoren auf, deren jeder fest mit einem gesonderten, ihm zugeordneten
synchronisierten mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe gekuppelt ist. Die
synchronisierten Geschwindigkeitswechselgetriebe sind vorzugsweise über gemeinsame
Schaltmittel gleichzeitig schaltbar und können entweder jeweils auf ein einzelnes
Fahrzeugtriebrad oder auf eine gesonderte Fahrzeugtriebrädergruppe, beispielsweise
auf die Triebräder jeweils einer Fahrzeugachse, arbeiten. Auf diese Weise ergibt
sich ein zuverlässiger, leicht zu bauender und kostenmäßig billiger Allradantrieb.