DE19605524A1 - Hydrostatischer Radantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Radan­ trieb mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff von An­ spruch 1.

Hydrostatische Radantriebe werden bei fahrbaren Bauma­ schinen und in Fahrzeugen für Sonderaufgaben, z. B. Müllab­ fuhr, Schwertransport, Feuerwehr usw., eingesetzt, und zwar sowohl für Rad- als auch für Kettenfahrzeuge. Sie treiben einzelne Räder bzw. Kettenräder an, die an einem Flansch einer Radnabe befestigt sind.

Die US-A 3,439,766 zeigt einen Radantrieb mit einem Axialkolbenmotor nach dem Schiefscheibenprinzip, bei dem mehrere Kolben auf einer Schiefscheibe gleiten, die zu einer Rotationsachse geneigt ist. Die Neigung der Schief­ scheibe ist nicht verstellbar. Somit haben die Kolben einen konstanten Hub und der Axialkolbenmotor ein konstantes Schluckvolumen.

Ein hydraulisches Medium, das eine Pumpe fördert, treibt den Axialkolbenmotor. Das Verhältnis des Fördervolu­ mens der Pumpe zum Schluckvolumen aller angeschlossenen Axialkolbenmotoren bestimmt die Drehzahl des Antriebs und ergibt zusammen mit einem nachgeschalteten Zahnradgetriebe die Fahrzeuggeschwindigkeit. Diese ist für den Einsatzbe­ reich des Fahrzeugs ausgelegt. Werden die Fahrzeuge für sehr unterschiedliche Geschwindigkeiten verwendet, z. B. für Fahrten zum Einsatzort, Rangierbetrieb und für geringe­ re Arbeitsgeschwindigkeiten, sind Radantriebe mit einem großen Verstellbereich erforderlich.

Der Axialkolbenmotor trägt an seinem äußeren Umfang eine Lamellenbremse, deren innere Lamellen mit einem Zylin­ dergehäuse des Axialkolbenmotors und deren äußere Lamellen mit einem Radträger drehfest verbunden sind. Die Bremse wird durch Federkraft geschlossen und hydraulisch geöffnet. Sie kann als Betriebsbremse und als Feststellbremse dienen und sichert das Fahrzeug, selbst wenn das Hydrauliksystem ausfällt.

Der bekannte Radantrieb hat eine geringe axiale Bau­ länge, so daß er geschützt in der axialen Erstreckung des Rades liegt. Weil er nicht über die Radkontur hervorragt, gefährdet er ferner beim Fahren weder Personen noch Gegen­ stände. Allerdings sind seine radialen Abmessungen be­ trächtlich, so daß zum einen aufwendige Radlager mit einem großen Durchmesser erforderlich sind und zum anderen nur Räder mit einem großen Lochkreisdurchmesser verwendet wer­ den können.

Die DE-A1 27 44 977 zeigt einen Radantrieb mit einem Axialkolbenmotor nach dem Schiefscheibenprinzip, der eben­ falls ein konstantes Schluckvolumen hat. Ein hochunterset­ zendes Zahnradgetriebe in Form eines zweistufigen Planeten­ getriebes ermöglicht geringe radiale Abmessungen und eine hochbelastbare Lagerung durch Kegelrollenlager. Um den Ge­ schwindigkeitsbereich des Fahrzeugs für Straßenfahrten zu erweitern, haben die Radantriebe eine Kupplung, durch die während der Straßenfahrt einzelne Radantriebe abgeschaltet werden können. Das reduzierte Gesamtschluckvolumen der ver­ bleibenden Radantriebe bewirkt bei gleichbleibendem Förder­ volumen der Pumpe eine deutlich erhöhte Fahrgeschwindig­ keit, jedoch bei verringertem Drehmoment. Die Kupplung ver­ größert außerdem den Bauaufwand und die Baulänge des Rad­ antriebs erheblich.

Es ist ferner ein Radantrieb bekannt (Prospekt F 43421/RT 3391-383 f der Zahnradfabrik Passau GmbH aus dem Jahr 1991), bei dem ein Axialkolbenmotor nach dem Schief­ scheibenprinzip in einem als Radträger ausgebildeten Gehäu­ se angeordnet ist. Die Schiefscheibe ist in einem Schwenk­ rahmen schwenkbar gelagert und ihre Neigung zur Rotations­ achse des Axialkolbenmotors kann über einen Hebelmechanis­ mus und einen Hydraulikkolben verstellt werden, wodurch sich das Schluckvolumen und damit die Drehzahl des Axial­ kolbenmotors ändert. Grundsätzlich kann die Schiefscheibe stufenlos verstellt werden, für viele Anwendungsfälle rei­ chen zwei Verstellstufen aus, nämlich für ein maximales und minimales Schluckvolumen. Dies ist sogar vorteilhaft, wenn zwischen zwei Geschwindigkeitsbereichen während der Arbeit schnell gewechselt werden muß. Vorausgesetzt, daß der Spei­ sedruck der Pumpe sich nicht verändert, bleibt das Drehmo­ ment des Radantriebs erhalten.

Zwischen dem Gehäuse und dem Schwenkrahmen ist axial versetzt zum Axialkolbenmotor eine Feststellbremse angeord­ net, die durch eine Tellerfeder geschlossen und hydraulisch geöffnet wird. Die Bremse befindet sich somit zwischen dem Axialkolbenmotor und einem Zahnradgetriebe. Dadurch ist ihre Zugänglichkeit und Kühlung beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Radantrieb den Bauaufwand und den Platzbe­ darf des Axialkolbenmotors zu verringern und eine Möglich­ keit für eine günstigere Anordnung einer Bremse aufzuzei­ gen.

Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Verstelleinrichtung und Lagerung der Schief­ scheibe nach der Erfindung kann auf einen Schwenkrahmen und einen Hebelmechanismus verzichtet werden. Dadurch gewinnt man radialen Bauraum, der entweder dazu genutzt werden kann, einen größeren Axialkolbenmotor mit einer höheren Leistung zu verwenden oder eine Bremse zwischen dem Umfang eines Zylindergehäuses des Axialkolbenmotors und dem Gehäuse des Radantriebs anzuordnen.

Um die Fertigung und Montage der Schwenklager zu ver­ einfachen, werden diese von walzenartigen Vorsprüngen auf der Gehäuseseite der Schiefscheibe und entsprechenden Ver­ tiefungen in einer Anschlagplatte gebildet, die zwischen der Schiefscheibe und dem Gehäuse angeordnet und an diesem befestigt ist, wobei der Verstellkolben durch die Anschlag­ platte greift.

Die Schiefscheibe wird durch den Hydraulikdruck auf die Kolben in Richtung minimales Schluckvolumen beauf­ schlagt. Vorteilhaft wird diese Tendenz durch eine Rück­ stellfeder unterstützt, die zweckmäßigerweise zwischen der Schiefscheibe und einer Druckplatte einer Bremse angeordnet ist und sich über Kugelgelenke abstützt.

Die Anlage zwischen dem Kolben und der Schiefscheibe bewegt sich bei der Verstellung auf einem Kreisbogen. Fer­ ner ändert sich die Winkelstellung zwischen der Kolben­ stirnfläche und der Schiefscheibe, so daß keine Flächenbe­ rührung in allen Stellungen gewährleistet ist. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann dies durch ein Druckstück vermieden werden, das gleitend an der Schiefscheibe anliegt und über ein Kugelgelenk mit dem Kolben verbunden ist.

Zwischen dem Umfang eines Zylindergehäuses und dem Gehäuse ist eine Bremse als Feststellbremse vorgesehen. Sie kann von der Stirnseite des Gehäuses, die durch einen als Steuergehäuse ausgebildeten Deckel verschlossen wird, leicht montiert und gewartet werden. Ferner kann die ent­ stehende Wärme gut nach außen abgeleitet werden.

Eine Tellerfeder als Bremsfeder drückt über einen Stu­ fenkolben die Lamellen der Bremse gegen eine Druckplatte. Der Stufenkolben gleitet dichtend im Gehäuse und bildet mit diesem einen Bremszylinder. Um die Bremse zu öffnen, wird diese hydraulisch beaufschlagt. Zweckmäßigerweise wird die Bremsfeder am äußeren Umfang am Stufenkolben geführt. Somit kann der Stufenkolben selbst bei geringem axialen Raumbe­ darf eine ausreichende Gleit- und Dichtlänge erhalten, wo­ bei die Gegenfläche im Gehäuse mit ihrer Verlängerung als Zentrier- und/oder Dichtfläche für den Deckel dienen kann.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahl­ reiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrie­ ben. Der Fachmann wird die kombinierten Merkmale zweckmäßi­ gerweise im Sinne der zu lösenden Aufgaben auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam­ menfassen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungs­ gemäßen Radantrieb und

Fig. 2 eine Ansicht einer Anschlagplatte.

Der Radantrieb besteht im wesentlichen aus einem als Radträger dienenden Gehäuse 1 mit einem Deckel 2, der als Ventilgehäuse ausgebildet ist, aus einer Radnabe 3, die mit Rollenlager als Radlager 10 auf dem Gehäuse 1 gelagert ist, aus einem Zahnradgetriebe 4 in Form eines zweistufigen, hochuntersetzenden Planetengetriebes, einem Axialkolbenmo­ tor 5 mit einer zur Radachse koaxialen Rotationsachse 6 und einer Bremse 7. Das Gehäuse 1 hat einen Flansch 8 mit Schraubenlöchern 9 zur Befestigung an einem nicht näher dargestellten Fahrzeug, z. B. einem Rad- oder Raupenbagger.

Die Radnabe 3 ist gegenüber dem Gehäuse 1 durch einen Dichtverband abgedichtet, bestehend aus einer in der Radna­ be 3 stirnseitig eingelassenen Platte 11 mit einem Gleit­ ring 12, auf dem ein Dichtring 13 gleitet. Ein elastischer Ring 14 drückt den Dichtring 13 gegen den Gleitring 12 und dichtet und hält den Dichtring 13 in einer Hinterschneidung des Flansches 8. Im Bereich der gleichen Stirnseite besitzt die Radnabe 3 einen Flansch mit Bohrungen 18 zur Befesti­ gung einer nicht dargestellten Felge oder eines Zahnkran­ zes. Ein Nabendeckel 15, in den eine Ölablaßschraube 16 eingeschraubt ist, verschließt die gegenüberliegende Stirn­ seite der Radnabe 3, so daß diese mit dem Gehäuse 1 einen abgedichteten Raum für das Zahnradgetriebe 4 bildet.

Der Axialkolbenmotor 5 hat ein Zylindergehäuse 36, in dem mehrere auf den Umfang verteilte Kolben 34 geführt sind. Sie bilden mit dem Zylindergehäuse 36 Arbeits­ räume 37, die über Steueröffnungen 39 mit Drucköl beauf­ schlagt werden. Die Steueröffnungen 39 werden von einer Steuerplatte 38 gesteuert und mit Steuerleitungen im Dec­ kel 2 verbunden. Zur Regelung und Steuerung des Hydraulik­ stroms sind im Deckel 2 Ventile 20 angeordnet. Ferner sind Rohrverschraubungen 19 für Leitungsverbindungen zur nicht näher dargestellten Hydraulikpumpe vorgesehen.

Die Kolben 34 haben an dem Ende, das aus dem Zylinder­ gehäuse 36 herausragt, ein Kugelgelenk 35, an dem die Gleitschuhe 30 angelenkt sind. Eine Feder 33, die sich am Zylindergehäuse 36 abstützt, drückt sie über einen Halte­ ring 31 und jeweils einen Lagerring 32 gegen eine Lager­ platte 29, die in einer Schiefscheibe 22 eingelassen ist.

Die Schiefscheibe 22 ist in einem Schwenklager schwenkbar gelagert, das von angeformten Vorsprüngen 25 mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt beiderseits der Ro­ tationsachse 6 gebildet wird. Die Vorsprünge 25 greifen in entsprechende Vertiefungen 26 in einer Anschlagplatte 21 ein. Diese ist durch Zentrierstifte 28 im Gehäuse 1 zen­ triert und mit diesem durch Schrauben 27 fest verbunden.

Wird dem Axialkolbenmotor 5 Drucköl zugeführt, drückt dieses die Kolben 34 nacheinander von einer oberen Tot­ punktlage, bei der der Arbeitsraum 37 sein kleinstes Volu­ men hat, zu einer unteren Totpunktlage, bei der der Ar­ beitsraum 37 sein größtes Volumen hat. Dabei dreht sich das Zylindergehäuse 36 und die Kolben 34 gleiten mit den Gleit­ schuhen 30 auf der Lagerplatte 29 der nicht rotierenden Schiefscheibe 22. Die Neigung der Schiefscheibe 22 zur Ro­ tationsachse 6 bestimmt den Hub der Kolben 34 und damit das Schluckvolumen des Axialkolbenmotors 5 pro Umdrehung.

Da die Schiefscheibe 22 schwenkbar gelagert ist, kann ihre Neigung durch eine Einrichtung geändert werden. Die Einrichtung besteht aus einem Verstellkolben 40, der in einem Verstellzylinder 41 geführt ist und über ein Kugelge­ lenk 45 und ein Druckstück 44 durch eine Bohrung in der Anschlagplatte 21 die Schiefscheibe 22 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 43 in Richtung eines kleineren, im vorliegenden Fall eines minimalen Kolbenhubes verstellt. Dazu wird der Verstellkolben 40 über eine Druckleitung 42 mit Drucköl beaufschlagt.

Das Zylindergehäuse 36 ist durch eine Mitnahmeverzah­ nung 47 mit einer Abtriebswelle 46 drehfest verbunden, die einerseits im Deckel 2 und andererseits in der Anschlag­ platte 21 mittels Wälzlager 57 in Form von Kegelrollenlager gelagert ist. Die Abtriebswelle 46 treibt über eine weitere Mitnahmeverzahnung 48 eine Welle 51 an, an der ein erstes Sonnenrad 50 des Zahnradgetriebes 4 angeformt ist. Das erste Sonnenrad 50 kämmt mit einem oder mehreren Stufenpla­ neten 53, dessen andere Stufe in ein erstes Hohlrad 54 ein­ greift, das Bestandteil des Nabendeckels 15 ist. Der Stu­ fenplanet 53 ist über Nadellager auf einem ersten Planeten­ bolzen 55 eines ersten Planetenträgers 56 gelagert. Dieser treibt über eine Mitnahmeverzahnung 62 ein zweites Sonnen­ rad 52 an, das auf der Welle 51 gelagert ist und ein oder mehrere Planetenräder 58 treibt. Das Planetenrad 58 kämmt mit einem an der Radnabe 3 befestigten zweiten Hohlrad 61 und ist mittels Kegelrollenlager auf einem zweiten Plane­ tenbolzen 59 gelagert.

Der zweite Planetenbolzen 59 ist integraler Bestand­ teil des Gehäuses 1, so daß die zweite Stufe des Planeten­ getriebes, gebildet aus dem zweiten Sonnenrad 52, dem Pla­ netenrad 58 und dem zweiten Hohlrad 61, ein sogenanntes Standgetriebe darstellt.

Die Zahnräder des Zahnradgetriebes 4 können geradver­ zahnt oder, wenn es für eine höhere Belastung oder geringe­ re Geräuschentwicklung notwendig erscheint, schrägverzahnt sein. Im Hinblick auf die Geräuschentwicklung reicht es in vielen Fällen aus, wenn nur die erste Getriebestufe mit den höheren Drehzahlen schrägverzahnt ist.

Die Bremse 7 ist als Lamellenbremse zwischen dem Ge­ häuse 1 und dem Zylindergehäuse 36 angeordnet. Mitnahmever­ zahnungen 62 und 63 verbinden die Lamellen 64 abwechselnd mit dem Gehäuse 1 bzw. dem Zylindergehäuse 36. Die Lamel­ len 64 können einfach von der Seite des Deckels 2 montiert werden. Eine Bremsfeder 69, die von zwei Tellerfedern ge­ bildet wird, drückt sie gegen eine Druckplatte 65, die mit dem Gehäuse 1 drehfest verbunden ist und als Widerlager für die Rückstellfeder 43 dient. Somit wirkt die Bremse 7 als Feststellbremse, die durch Federkraft geschlossen ist.

Um die Bremse 7 zu öffnen, ist zwischen der Bremsfe­ der 69 und den Lamellen 64 ein Stufenkolben 66 geschaltet. Mit dem Gehäuse 1, in dem er dichtend gleitet, bildet er einen ringförmigen Bremszylinder 67, zu dem vom Deckel 2 eine Bremsleitung 68 führt. Die zylindrischen Gleitflächen des Stufenkolbens 66 sind im Durchmesser größer als der äußere Durchmesser der Lamellen 64, so daß die Teile nach­ einander leicht in das Gehäuse 1 eingebracht werden können. Ferner dient die Verlängerung der äußeren Gleitfläche als Zentrier- und Dichtfläche für den Deckel 2. Sie kann daher in einem Arbeitsvorgang mit der Gleitfläche hergestellt werden.

Die Tellerfedern 69 sind an ihrem äußeren Umfang am Stufenkolben 66 geführt. Sie beanspruchen somit keine zu­ sätzliche axiale Baulänge oder eine bearbeitete Führungs­ fläche. Im Bereich des inneren Durchmessers liegt die äuße­ re Tellerfeder an der inneren Stirnseite des Deckels 2 an.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Deckel
3 Radnabe
4 Zahnradgetriebe
5 Axialkolbenmotor
6 Rotationsachse
7 Bremse
8 Flansch
9 Schraubenloch
10 Radlager
11 Platte
12 Gleitring
13 Dichtring
14 Ring
15 Nabendeckel
16 Ölablaßschraube
17 Schraube
18 Bohrung
19 Rohrverschraubung
20 Ventil
21 Anschlagplatte
22 Schiefscheibe
23 Nabenflansch
24 Schwenkachse
25 Vorsprung
26 Vertiefung
27 Schraube
28 Zentrierstift
29 Lagerplatte
30 Gleitschuh
31 Haltering
32 Lagerring
33 Feder
34 Kolben
35 Kugelgelenk
36 Zylindergehäuse
37 Arbeitsraum
38 Steuerplatte
39 Steueröffnungen
40 Verstellkolben
41 Verstellzylinder
42 Druckleitung
43 Rückstellfeder
44 Druckstück
45 Kugelgelenk
46 Abtriebswelle
47 Mitnahmeverzahnung
48 Mitnahmeverzahnung
49 Mitnahmeverzahnung
50 erstes Sonnenrad
51 Welle
52 zweites Sonnenrad
53 Stufenplanet
54 erstes Hohlrad
55 erster Planetenbolzen
56 erster Planetenträger
57 Wälzlager
58 Planetenrad
59 zweiter Planetenbolzen
60 zweiter Planetenträger
61 zweites Hohlrad
62 Mitnahmeverzahnung
63 Mitnahmeverzahnung
64 Lamellen
65 Druckplatte
66 Stufenkolben
67 Bremszylinder
68 Bremsleitung
69 Bremsfeder

Claims (11)

1. Hydrostatischer Radantrieb mit folgenden Merkmalen:

• - ein hydrostatischer Axialkolbenmotor (5) hat mehrere auf den Umfang verteilte Kolben (34);
• - diese werden in einem Zylindergehäuse (36) geführt und stützen sich über ein Kugelgelenk (35) und einen Gleitschuh (30) an einer nicht rotierenden, schwenk­ baren Schiefscheibe (22) ab;
• - das Zylindergehäuse (36) treibt über ein Zahnradge­ triebe (4) eine Radnabe (3) an;
• - diese ist auf einem Gehäuse (1) gelagert, in dem der Axialkolbenmotor (5) angeordnet ist,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Schiefscheibe (22) stützt sich am Gehäuse (1) über zwei im Querschnitt kreissegmentförmige Schwenklager ab, deren gemeinsame Schwenkachse (24) die Rotations­ achse (6) des Axialkolbenmotors (5) senkrecht schnei­ det und die spiegelbildlich zu einer Ebene liegen, die von der Rotationsachse (6) und den Totpunkten der Kol­ ben (34) gebildet wird;
• - von der Schwenkachse (24) zum Bereich, der dem unteren Totpunkt der Kolben (31) entspricht, hin versetzt, befindet sich im Gehäuse (1) ein Verstellzylinder (41) mit einem Verstellkolben (40) zum Verschwenken der Schiefscheibe (22).

2. Radantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schwenklager von walzenartigen Vorsprüngen (25) auf der Gehäuseseite der Schiefschei­ be (22) und entsprechenden Vertiefungen (26) in einer An­ schlagplatte (21) gebildet werden, die zwischen der Schief­ scheibe (22) und dem Gehäuse (1) angeordnet und an diesem befestigt ist, wobei der Verstellkolben (40) durch die An­ schlagplatte (21) greift.

3. Radmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schiefscheibe (22), entgegengesetzt zur Kraft des Verstell­ kolbens (40), eine Rückstellfeder (43) wirkt.

4. Radmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verstellkolben (40) und der Schiefscheibe (22) ein Druck­ stück (44) mit einem Kugelgelenk (45) vorgesehen ist.

5. Radmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Zylindergehäuses (36) eine Bremse (7) angeordnet ist, deren äußere Lamellen (64) sich am Gehäuse (1) abstützen.

6. Radmotor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremse (7) eine Feststellbremse ist, die durch die Kraft einer Bremsfeder (69) geschlossen und durch Hydraulikdruck geöffnet wird.

7. Radmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bremse (7) zur Schief­ scheibe (22) hin eine gehäusefeste Druckplatte (65) hat, an der sich die auf die Schiefscheibe (22) wirkende Rückstell­ feder (43) abstützt.

8. Radmotor nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf die Lamellen (64) ein ringförmiger Stufenkolben (66) wirkt, der mit dem Ge­ häuse (1) einen Bremszylinder (67) bildet und sich über Bremsfedern (69) an einem Deckel (2) abstützt.

9. Radmotor nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremsfedern (69) Tellerfedern sind, die an ihrem äußeren Umfang am Stufenkolben (66) ge­ führt sind.

10. Radmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Mantelflä­ che (70) des Bremszylinders (67) verlängert ist und als Dicht- und Zentrierfläche für den Deckel (2) dient.