DE19610821A1 - Hydrostatischer Motor mit zwei Wellenenden und Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Fahrzeug gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Antriebe sind bekannt. In Fahrzeugen wie zum Beispiel Radlader, Geländestapler und Forstmaschinen werden gegenwärtig Verstellmotoren eingesetzt, welche über ein Stirnradgetriebe auf beide Fahrzeugachsen wir­ ken. Der Verstellmotor ist dabei an ein Verteilergetriebe angeflanscht, welches ein Getriebe mit fester Übersetzung zwischen dem Eingang des Verstellmotors und den beiden Abtriebswellen für zum Beispiel die Vorder­ achse und die Hinterachse sein kann oder welches in zwei Gängen schaltbar sein kann. Die Wellenenden der Abtriebswellen des Verteilergetriebes sind über Kardanwellen mit den Differentialgetrieben der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs verbunden. Nicht-schaltbare Getriebe weisen Übersetzungen von etwa 1,5 und schaltbare eine Übersetzung von etwa 1 ,2 bis 3 auf. Die schaltbaren Getriebe werden bei Fahrzeugen mit höherer Fahrgeschwindikeit (32 bis 40 km/Std.) sowie bei sehr schweren Fahrzeugen eingesetzt. Bei Radladern wird darüber hinaus das Getriebe auch direkt an der Hinterachse oder alternativ an der Vorderachse angebracht. Dabei wird die Hinterachse direkt, die Vorderachse über die Kardanwelle angetrieben bzw. umgekehrt.

Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß das Schaltgetriebe es ermöglicht, daß der Verstellmotor kleiner dimensioniert werden kann, da das notwendige Wandlungsverhältnis des Verstellmotors durch die Getriebe­ wandlung ab nimmt. In einigen Fällen reichen deshalb auch Konstantmotoren aus. Bei den Konstantmotoren werden heute in der Regel Schrägscheibenmo­ toren eingesetzt, während bei Verstellmotoren Schrägachsenmotoren eingesetzt werden. Bei den Verstellmotoren hat sich seit Mitte der 70er Jahre der Schrägachsenmotor gegenüber dem Schrägscheibenmotor vollkommen durch­ gesetzt. Das liegt darin begründet, daß der Schrägachsenmotor einen bes­ seren Anlaufwirkungsgrad, einen besseren Wirkungsgrad bei hohem Verstell­ verhältnis (bis zu 5 : 1) sowie eine bessere Regelbarkeit aufweist.

Prinzipiell wird zwischen den mechanisch im Fahrzeugstillstand schaltbaren Getrieben und den Lastschaltgetrieben unterschieden. Aus Kostengründen werden bei Geländestaplern und kleinen Radladern einfache, im Stillstand schaltbare Getriebe eingesetzt. Bei den größeren Radladern sind sogenannte Mehrmotorenkonzepte oder auch Lastschaltgetriebe im Einsatz. Liegt ein Mehrmotorenkonzept vor, so werden die Drehmomente der zum Beispiel zwei Verstellmotoren im Bereich geringer Fahrgeschwindigkeit addiert, um eine hohe Zugkraft zu erhalten. Bei maximaler Fahrgeschwindigkeit wird dagegen ein Verstellmotor auf 0° Schwenkwinkel verstellt und ggf. mittels einer Kupplung mechanisch abgekuppelt, während der andere bis zu 1/5 seines maximalen Schluckvolumens verstellt wird. Dennoch bleibt die Ver­ bindung des anderen Verstellmotors mit der jeweiligen Antriebsachse erhal­ ten. Die Verstellmotoren sind mit der Verstellpumpe parallel geschaltet. Ein Vorteil eines solchen Systems liegt in der stufenlosen Regelbarkeit des Fahrzeuges vom Anfahren bis zur maximalen Fahrgeschwindigkeit ohne Zugkraftunterbrechung. Ein derartiges System ist zum Beispiel in der DE 3 910 748 beschrieben. Bei diesem bekannten System ist ein Hydromotor direkt über ein entsprechendes Tellergetriebe an einer Achse des Fahrzeuges angebracht, während die andere Ausgangsachse des Hydromotors über eine Kardanwelle mit der anderen Achse des Fahrzeuges verbunden ist. Ein weiterer hydrostatischer Motor kann vorgesehen sein, welcher die Kardanwel­ le im Bereich zwischen dem Differentialgetriebe der Hinterachse und dem Kardangelenk antreibt.

Die erwähnten Lastschaltgetriebe besitzen die Nachteile der Zugkraftunter­ brechung während des Schaltens. Des weiteren wohnt ihnen die Problematik inne, die Übersetzungsänderung des Lastschaltgetriebes durch das hydro­ statische Getriebe zu kompensieren. Dafür ist ein hoher Steuer- und Regel­ aufwand erforderlich, welcher noch nicht zur vollen Zufriedenheit der Anwender derartiger Systeme beherrscht wird.

Des weiteren ist aus der DE-AS 15 55 247 eine Steuereinrichtung für einen stufenlos einstellbaren hydrostatischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt.

Der beschriebene Antrieb besteht aus mindesten zwei einstellbaren hydro­ statischen Axialkolbenmotoren, von denen mindestens einer fest mit der Abtriebswelle verbunden ist und mindestens einer mittels einer hilfskraftbetä­ tigten Kupplung mit dieser kuppelbar ist, wobei der eine Hydromotor unabhängig vom Erreichen seines Schluckvermögens Null abkuppelbar ist und insbesondere ein stoßfreies Ein- und Abkuppeln der Axialkolbenmotoren ermöglicht werden soll. Dazu ist ein hydrostatischer Axialkolbenmotor fest mit der Abtriebswelle permanent verbunden, während der zweite hydro­ statische Axialkolbenmotor über ein Vorgelege und eine ausrückbare Kupp­ lung auf die Abtriebswelle arbeitet. Das bedeutet, daß ein Axialkolbenmotor ständig mit der entsprechenden Abtriebswelle, das heißt der entsprechenden Fahrzeugachse, verbunden ist. Mittels der Kupplung kann lediglich der zweite hydrostatische Axialkolbenmotor abgeschaltet werden, da die Kupplung nur dazu dient, bei entsprechender Kraftanforderung den zweiten hydro­ statischen Motor zuzuschalten bzw. ihn auch ggf. abzuschalten, nicht jedoch eine Unterbrechung zwischen dem Ausgang des ersten Hydromotors und der anzutreibenden Fahrzeugachse zu realisieren.

Des weiteren ist aus der US 5,207,060 ein Antrieb mit zwei in Reihe geschalteten Antriebsmotoren in Schrägscheibenbauart, d. h. ein doppelter Motor, beschrieben. Die beiden Wellen der Antriebsmotoren treiben an ihren freien Enden die Kardanwellen zu der Vorderachse und der Hinterachse an. Diese prinzipielle Anordnung wurde möglich, da die Verstellmotoren in Schrägscheibenbauart hinsichtlich des Wirkungsgrades sowie ihrer Regel­ barkeit während der letzten Jahre erheblich verbessert worden.

Da die Schrägscheibenverstellmotoren konstruktiv zwei freie Wellenenden ermöglichen, können derartige Antriebseinheiten im wesentlichen in der Mitte des Fahrzeugs angeordnet werden. Dabei treibt der Verstellmotor über das Wellenende und die Kardanwelle das jeweilige Differential der Vorderachse an. Das zweite Wellenende steht über eine weitere Kardanwelle mit dem Differential der Hinterachse in Verbindung. Dadurch kann zwar ein heute übliches Verteilergetriebe eliminiert werden und die Anzahl an notwendigen einzusetzenden Komponenten reduziert werden, kann des weiteren der Aufbau des Antriebes vereinfacht werden im Hinblick auf die Realisierung einer kompakteren Bauform und damit leichteren Endmontage des Fahrzeuges, es sind jedoch zum einen zwei Motoren als doppelter Motor einzusetzen, und zum anderen sind beide Motoren jeweils permanent mit der entsprechenden Antriebsachse des Fahrzeugs verbunden. Dadurch ist die Flexibilität des Antriebs stark eingeschränkt.

Des weiteren führt die bekannte Integrierung des Verstellmotors in eine Achse ebenfalls zu einem erheblichen Aufwand hinsichtlich der Einstellung der Kraftübertragungskomponente, welche vorteilhafterweise über eine Kegel­ rad-/Tellerradverbindung realisiert wird. Der damit verbundene Nachteil besteht darin, daß die Körperschallabstrahlung der Motoreinheit erhöht wird, da die Schwingungen in die Achse übertragen werden. Ein von der Achse getrennt angebrachter Hydromotor kann dagegen relativ einfach schwingungs­ technisch so gelagert werden, daß die Körperschallabstrahlung reduziert wird und die Laufruhe des Aggregates insgesamt erhöht wird.

Den bekannten Antrieben ist gemein, daß sie entweder einen relativ kom­ plizierten konstruktiven Aufbau erfordern oder andererseits steuerungs- bzw. regelungstechnisch aufwendig sind, da bei Vorhandensein von zwei Hydromo­ toren, welche auf ein Getriebe arbeiten, einer der Hydromotoren stets mit der entsprechenden Antriebswelle des Fahrzeuges verbunden ist. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit, den Hydromotor selbst mit entsprechenden Last- bzw. Schluckvolumen-Regelungen zu versehen.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung einen hydrostatischen Fahrantrieb zu schaffen, mittels welchem insbesondere im Bereich hoher Fahrgeschwin­ digkeiten ein hoher Wirkungsgrad des Fahrantriebes erzielbar ist und mittels welchem gleichermaßen ein einfacher konstruktiver Aufbau realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Antrieb für ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 realisiert.

Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Der erfindungsgemäße Antrieb für ein mindestens eine Vorderachse und mindestens eine Hinterachse aufweisendes Fahrzeug besitzt ein hydrostatisches Getriebe mit mindestens zwei Hydromotoren und eine Kupplung. Der erste der zwei Hydromotoren des Getriebes ist mit jeweils einem Ende seiner Welle mit einer die Vorderachse und die Hinterachse des Fahrzeuges an­ treibenden Kardanwelle verbunden, und der zweite der Hydromotoren über­ trägt seine Leistung über eine Getriebestufe auf die Welle des ersten Hydro­ motors, d. h. die Leistung des zweiten Hydromotors wird in das Antriebs­ aggregat zusätzlich mit eingespeist, wenn ein entsprechender Leistungsbedarf bei einem bestimmten Fahrregime dies erfordert. Auf einer Seite des ersten Hydromotors ist eine Kupplung angeordnet, mittels welcher die Vorderachse oder die Hinterachse vom Fahrantrieb und mittels welcher der zweite Hydro­ motor vom ersten Hydromotor abkoppelbar sind. Der wesentliche Vorteil dieses ausgesprochen flexiblen Antriebssystems besteht darin, daß mittels der Kupplung sowohl das Einspeisen der Leistung des Hydromotors in die Antriebsachse und damit zu den Antriebsrädern unterbrochen werden kann, als auch der zweite Hydromotor direkt vom ersten Hydromotor abkoppelbar ist. Damit kann ohne besonders hohe Anforderungen an das einzusetzende Steuer- bzw. Regelungskonzept mit geringem Aufwand jeder gewünschte Fahrzustand bzw. Betriebszustand des Antriebs für das Kraftfahrzeug erreicht werden.

Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Kupplung so gestaltet, daß sie gleichzeitig die Vorderachse oder die Hinterachse vom Fahrantrieb und den zweiten Hydromotor vom ersten Hydromotor abkoppeln kann. Dadurch, daß mittels Kupplung zum einen die Vorderachse bzw. die Hinter­ achse vom Fahrantrieb und der zweite Hydromotor vom ersten Hydromotor gleichzeitig abkoppelbar sind und daß andererseits beide Antriebsstränge separat voneinander koppelbar sind, ergibt sich ein weiterer Vorteil im Hinblick auf die Flexibilität des Antriebs im Vergleich zu den bekannten Antriebsystemen. Durch ein gleichzeitiges Abschalten des Antriebsstranges durch die Kupplung und des zweiten Hydromotors von dem ersten Hydro­ motor kann der Antrieb insgesamt leicht ohne großen Steuer- bzw. Regelauf­ wand realisiert werden.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Hydro­ motor ein auf 0° verschwenkbarer Verstellmotor. Des weiteren kann auch der zweite Hydromotor ein auf 0° verschwenkbarer Verstellmotor sein. Es ist jedoch auch möglich, daß der zweite Hydromotor als ein Konstantmotor ausgebildet ist, in welchem Fall sich das Antriebssystem weiter vereinfacht.

Vorzugsweise sind gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel die Hydromotoren in Schrägscheibenbauart ausgebildet. Nur der Einsatz von Hydromotoren in Schrägscheibenbauart ermöglicht das Anflanschen von zwei Antriebswellen an eine Antriebseinheit.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist für beide Hydro­ motoren eine gemeinsame Ansteuerung vorgesehen.

Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen den die Radachsen antreibenden Kardanwellen ein einzelner Hydromotor in Schräg­ scheibenbauart vorgesehen, dessen beide gegenüberliegende Abtriebswellen­ enden jeweils eine Kardanwelle direkt antreiben. Vorzugsweise ist der Hydromotor ein auf 0° seiner Schwenkscheibe verschwenkbarer Verstell­ motor. Der wesentliche Vorteil eines solchen Antriebssystems besteht im einfachen und gegebenenfalls modulartigen Aufbau mit dadurch erleichterten Reparatur- und Instandhaltungsmöglichkeiten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungs­ beispiels in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Antrieb für ein Fahrzeug mit zwischen zwei Kardanwellen angeordnetem Getriebe, in welches ein Verstellmotor seine Leistung einspeist;

Fig. 2 ein Antriebssystem mit unmittelbar an einer Antriebsachse des Fahrzeuges angeordnetem Getriebe, welches einen Eingang für den Verstellmotor und einen Ausgang für die Kardanwelle zum Antrieb der anderen Antriebsachse besitzt;

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines hydrostati­ schen Getriebes mit zwei über eine Stirnradstufe verbundenen Hydromotoren, welche über entsprechende Kardanwellen mit den Fahrzeugachsen verbunden sind;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des aus den zwei Hydromotoren und der Stirnradstufe sowie der Kupplung bestehenden erfindungsgemäßen Antriebskonzeptes;

Fig. 5 ein System gemäß Fig. 4, jedoch mit einer Doppelfunktion der Kupplung; und

Fig. 6 ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit nur einem zwischen zwei Kardanwellen angeordneten Hydromotor.

In Fig. 1 ist ein bekanntes Antriebssystem für Radlader, Geländestapler und Forstmaschinen dargestellt. Bei diesem Antriebssystem ist der Verstellmotor 1 an ein Verteilergetriebe 2 außen angeflanscht. Das Verteilergetriebe 2 ist mit seinen Wellenenden, das heißt mit seinen zwei Abtriebswellenenden 3, 4 über Kardanwellen 5, 6 mit entsprechenden Differentialgetrieben der Fahrzeugachsen 7 und 8 verbunden.

Bei dem ebenfalls bekannten Antriebssystem gemäß Fig. 2 ist das Getriebe 2 direkt an der Hinterachse befestigt. Die Hinterachse wird hier also direkt angetrieben, wobei das Getriebe 2 einen Eingang für den Motor 1 und einen Ausgang für ein freies Wellenende zum Anschluß einer Kardanwelle 9 besitzt. Über die Kardanwelle 9 wird die von Hydromotor 1 über das Getriebe 2 abgeleitete Energie der Antriebsachse 8 des Vorderrades zu­ geführt.

Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines optimierten Mehrmotorenkonzeptes, welches insbesondere für größere Fahrzeuge einsetz­ bar ist. Das Mehrmotorengetriebe 17 ist dabei zwischen den Achsen 12, 13 des Fahrzeuges angeordnet und nutzt die durchgehende Welle eines Verstell­ motors 19 zum Antrieb der Vorderachse 13 und der Hinterachse 12. Die durchgehende Welle des Verstellmotors 19 weist jeweils Wellenenden 20, 21 auf. Ein zweiter Verstellmotor 18 ist über eine Stirnradstufe 22 und eine Kupplung 23 mit der Welle des Verstellmotors 19 verbunden. Über die jeweiligen Kardanwellen 10, 11 wird die Antriebsenergie zu den Antriebs­ achsen 12, 13 der Fahrzeugräder geleitet. Durch die höhere Übersetzung des Verstellmotors 18 erzeugt dieser im wesentlichen die hohe Zugkraft des Fahrzeuges bei langsamer Fahrgeschwindigkeit. Mit zunehmender Geschwin­ digkeit wird die Schwenkscheibe dieses Verstellmotors zum Schluckvolumen Null verstellt. Nun wird dieser Verstellmotor 18 mittels der Kupplung 23 vom Fahrantrieb abgekuppelt. Dadurch treibt nun nur noch der Verstellmotor 19 das Fahrzeug an und realisiert das Erreichen der Fahrzeugendgeschwin­ digkeit bei guten Wirkungsgraden, da der Verstellmotor 18 durch sein Abkuppeln keine mechanischen Verluste mehr aufweist. Der Vorteil eines solchen Antriebssystems besteht deshalb darin, daß bei hohen Geschwindig­ keiten ein Allradantrieb nicht erforderlich ist und mittels der Kupplung 23 leicht entweder die Verbindung des Antriebsgetriebes zu den entsprechenden Antriebsachsen 10, 11 und die Verbindung des Verstellmotors 18 zu dem Verstellmotor 19 unterbrochen werden kann.

In Bild 4 ist der erfindungsgemäße Antrieb dargestellt. Der Hydromotor 19 besitzt aber eine durchgehende Welle mit den Wellenenden 20, 21, welche mit den Kardanwellen (nicht gezeigt) verbunden sind. Der Verstellmotor 18 ist über eine Stirnradstufe 22 mit dem Verstellmotor 19 verbunden. Über die Kupplung 23 kann ein Trennen des Verstellmotors 18 vom Verstellmotor 19 und somit von den Antriebsachsen erfolgen.

Fig. 5 zeigt einen Antrieb gemäß Fig. 4, bei welchem die Kupplung 24 im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zwei Funktionen gleichzeitig erfüllt. Sie trennt den Verstellmotor 18 vom Verstellmotor 19 und gleichzeitig die Hinterachse von der Vorderachse ab. Diese Achsen­ trennung eliminiert Verspannungszustände zwischen den Achsen bei hohen Fahrgeschwindigkeiten. Bei höherer Fahrgeschwindigkeit ist der Antrieb einer Achse vollkommen ausreichend.

Gemäß Fig. 6 ist es anstelle eines Getriebes mit zwei Hydromotoren, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, auch möglich, einen einzelnen Hydromotor (25) als Schrägscheibenmotor direkt mit seinen Wellenenden (20, 21) mit den entsprechenden Kardanwellen (10, 11) zum Antrieb der jeweiligen Radachsen (12, 13) vorzusehen. Ein derartiges Antriebssystem ist besonders einfach im Aufbau, da zum einen lediglich ein Hydromotor benötigt wird, zum anderen auf ein zusätzliches Getriebe und eine Kupplung gänzlich verzichtet wird. Dieser vereinfachte Aufbau ist sinnvoll, wenn das Produkt aus maximaler Zugkraft und maximaler Geschwindigkeit des Fahrzeuges klein sind.

Sowohl im Fall des Einsatzes eines Antriebes mit zwei Hydromotoren (18, 19), wobei der zweite Hydromotor (18) über eine Stirnwandstufe (22) mit dem ersten gekoppelt ist und zusätzlich eine Kupplung vorgesehen ist, als auch bei dem Ausführungsbeispiel mit nur einem Hydromotor (25), welcher direkt mit seinen Wellenenden (20, 21) an den Kardanwellen (10, 11) angeflanscht ist, besteht der Vorteil durch die Anordnung des Antriebes im wesentlichen in der Fahrzeugmitte unter anderem auch darin, daß weitestge­ hend standardisierte Bauteile bzw. Baugruppen Einsatz finden. Das gesamte Antriebssystem kann dabei modulartig aufgebaut sein, so daß Reparatur und Austauschbarkeit der Teile rasch realisiert werden können und zum anderen auch ein Austauschen des Antriebes je nach Einsatzzweck leicht vorgenom­ men werden kann.

Claims (8)

1. Antrieb für ein mindestens eine Vorderachse (13) und mindestens eine Hinterachse (12) aufweisendes Fahrzeug mit einem hydrostatischen Getriebe (17) mit mindestens zwei Hydromotoren (18, 19) und einer Kupplung (23), wobei der erste (19) der zwei Hydromotoren des Ge­ triebes (17) mit jeweils einem Ende (20, 21) seiner Welle mit einer die Vorderachse (13) und die Hinterachse (12) des Fahrzeuges antreibenden Kardanwelle (11, 10) verbunden ist und der zweite (18) der Hydromo­ toren über eine Getriebestufe (22) seine Leistung auf die Welle des ersten Hydromotors (19) überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hydromotor (19) mit der Kupplung (23) verbunden ist, mittels welcher die Vorderachse (13) oder die Hinterachse (12) vom Fahr­ antrieb und der zweite Hydromotor (18) vom ersten Hydromotor (19) abkoppelbar sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (23) so gestaltet ist, daß sie gleichzeitig die Vorderachse (13) oder die Hinterachse (12) vom Fahrantrieb und den zweiten Hydromotor (18) vom ersten Hydromotor (19) abkoppelt.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hydromotor (19) ein auf 0° verschwenkbarer Verstellmotor ist.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hydromotor (18) ein auf 0° verschwenkbarer Verstell­ motor ist.

5. Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydromotoren (19, 18) in Schrägscheibenbauart ausgeführt sind.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hydromotoren (19, 18) eine gemeinsame Ansteuerung vorgesehen ist.

7. Antrieb für ein mindestens eine Vorderachse (13) und mindestens eine Hinterachse (12) aufweisendes Fahrzeug mit einem Hydromotor (25) in Schrägscheibenbauart, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (25) mit jeweils einem Ende seiner Weile mit einer die Vorderachse (13) und die Hinterachse (12) des Fahrzeuges antreibenden Kardanwelle (11, 10) direkt verbunden ist.

8. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (25) ein auf 0° verschwenkbarer Verstellmotor ist.