DE19624533B4 - Hydraulischer Einzelradantrieb - Google Patents

Abstract

Hydraulischer Einzelradantrieb für Niederflurbusse, wobei jeder Radantrieb mehrere mit einer Förderpumpe verbundene Radialkolbenmotoren aufweist, gekennzeichnet, durch die folgende Kombination:
a) jeder Radantrieb weist mehrere, langsam laufende, zu- und abschaltbare Radialkolbenmotoren (7) auf, die hydraulisch parallel zueinander geschaltet sind und mechanisch hintereinander angeordnet sind;
b) jeder Radantrieb ist mit elektrisch oder hydraulisch betätigbaren Schaltventilen (6) versehen und in einer Radfelge (2) integriert;
c) jeder Radantrieb bildet mit einem zugehörigen Federbein (1), einer radzugehörigen Betriebsbremse (3), den Schaltventilen (6), einem Hochdruckanschluß, einem Niederdruckanschluß, einem Leckölanschluß, einer Axiallagerung und einer Radlagerung eine bauliche Einheit;
d) jeder Radialkolbenmotor (7) eines Radantriebes ist mit einer zentralen Abtriebswelle (11) verbunden, die mit der Radfelge (2) ohne Zwischenschaltung eines Getriebes in direkter Verbindung steht;
e) jeder Radialkolbenmotor ist mit zwei Hochdruckanschlüssen, die einzeln durch die Schaltventile (6) zu- oder abschaltbar sind, und mit einem Niederdruckanschluß versehen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Einzelradantrieb, insbesondere für Niederflurbusse, wobei jeder Antrieb mehrere mit einer Förderpumpe verbundene Radialkolbenmotoren aufweist.
• Niederflurbusse mit einem herkömmlichen Antrieb haben wegen dessen Ausgestaltung in Form von Getriebe, Gelenkwelle und Achsen einen erheblichen Raumbedarf und damit einen verringerten Fahrgastraum. Aus diesem Grund wird von den Busherstellern der Einzelradantrieb favorisiert.
• Die herkömmlichen Einzelradantriebe für Niederflurbusse, die hydrostatisch angetrieben werden, weisen jedoch eine zu hohe Lärmentwicklung auf. Moderne hydraulische Einzelradantriebe basieren daher in der Regel auf einer Kombination aus einer Förderpumpe und aus einem konstanten oder verstellbaren hydraulischen Radnabenmotor. Aus der Literatur ist bekannt, daß sich hydraulische Radnabenmotoren in Form einer Mehrmotoranordnung für Niederflurbusse besser eignen als Einzelmotor-Anordnungen, da mit zunehmender Motorgröße die zulässige Höchstdrehzahl abnimmt, die Leistung jedoch mit dem Quadrat ansteigt, während das Gewicht mit der dritten Potenz und das Massenträgheitsmoment mit der fünften Potenz ansteigt, wobei Öl, Strom und Öldruck konstant bleiben.
• Die DD 71056 offenbart einen Radnabenantrieb, bei welchem hydrostatische Motoren in Form einer Mehrmotorenanordnung angeordnet sind, wobei die Motorenpaare parallel geschaltet sind.
• Die DE 44 20 495 A1 offenbart eine Antriebsachse mit zwei Radialkolbenhydromotoren, wobei jeder Radialkolbenmotor eine Abtriebswelle antreibt, wobei die Radialkolbenmotore und die Abtriebswellen koaxial angeordnet sind.
• Die DE 28 39 408 A1 offenbart einen hydraulischen Antrieb mit im Hubvolumen verstellbaren Radialkolbenmotoren, wobei der Radialkolbenmotor über ein Planetengetriebe einen Abtrieb antreibt.
• Aus diesem Grund kann ein hydraulischer Einzelradantrieb nur mit einer Anordnung sinnvoll verwirklicht werden, die mehrere kleinere Motoren und daher ein größeres Drehzahlspektrum aufweist. Verbindet man nun diese kleineren Hydromotoren mit einer zentralen Welle, so summieren sich die Drehmomente auf.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Einzelradantrieb, insbesondere für Niederflurbusse zu Schaffen, welcher ein verringertes Gewicht, einen verbesserten Wirkungsgrad und einen geräuscharmen Betrieb bei kompakter Bauweise gewährleistet.
• Ausgehend von einem Einzelradantrieb der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, im Zuge einer möglichst geringen Geräuschentwicklung langsam laufende zu- und abschaltbare, hydraulisch parallel zueinander geschaltete Radialkolbemmotoren zu verwenden, da diese getriebelos direkt das dazugehörige Rad antreiben können. Das geforderte Drehmoment wird dadurch erhalten, daß mehrere dieser Radialkolbenmotoren hydraulisch parallel geschaltet sind und daß ihre Abtriebsmomente mittels einer einzigen zentralen Welle aufsummiert werden, welche das zugehörige Rad antreibt. Um die erforderliche Abtriebsdrehzahl zu erreichen, sind die einzelnen Radialkolbenmotoren in zwei Stufen schaltbar, wobei durch Verringerung des Schluckvolumens bei gleichem Förderstrom der Förderpumpe eine Drehzahlerhöhung erreicht wird. Werden mehrere Motoren gleichzeitig geschaltet, so erhält man einzelne Gangstufen, wobei bei zwei schaltbaren Motoren vier Gänge realisiert werden können. Wird ein Radialkolbenmotor vollständig aus dem Förderstrom ausgeschaltet, so erhält man sechs Gänge. Mittels eines Einzelradantriebes, welcher mehrere, vorzugsweise drei, hintereinander angeordnete Radialkolbenmotoren aufweist, die auf zwei Schluckvolumina umschaltbar sind, wird der Vorteil einer erheblichen Gewichtsreduzierung bei gleichzeitig erhöhtem Wirkungsgrad, geringerer Lärmentwicklung und kompakter Bauweise erzielt.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
• Es zeigen:
• 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten hydraulischen Einzelradantrieb mit den wesentlichen Bauteilen und
• 2 ein Zugkraftdiagramm für den Antrieb eines Niederflurbusses.
• In 1 ist mit 1 ein Federbein eines Niederflurbusses bezeichnet und mit 2 eine Felge, wobei der erfindungsgemäße hydraulische Einzelradantrieb in Federbein und Felge integriert ist. Der Radantrieb steht hierbei mit einer (nicht dargestellten) Verstellpumpe in Verbindung, welche einen Ölstrom zum Ölanschluß 4 leitet. Der Einzelradantrieb weist ferner mehrere, im gezeigten Ausführungsbeispiel drei, hydraulisch parallel zueinander geschaltete, hintereinander angeordnete, langsam laufende, zu- und abschaltbare Radialkolbenmotoren 7 auf sowie eine Bremsanlage 3. Das Drehmoment der einzelnen Radialkolbenmotoren wird einer zentralen Welle 11 zugeführt und durch diese aufsummiert.
• Ein Schalten der einzelnen Gänge wird durch das Zu- und Abschalten des Ölstroms zu einigen Kolben der Radialkolbenmotoren 7 erzielt und somit durch eine Veränderung des Schluckvolumens der Radialkolbenmotoren 7 mit Hilfe der Ventile 6.
• Ein schaltbarer Radialkolbenmotor 7 benötigt zu seiner Ölversorgung 9 drei getrennte Kanäle, und zwar zwei Hochdruckkanäle, die einzeln abschaltbar sind sowie einen Niederdruckkanal. Wird einer der beiden Hochdruckkanäle mit Niederdruck beaufschlagt, so verkleinert sich das Schluckvolumen des zugehörigen Radialkobenmotors, so daß bei gleichem Ölstrom der Förderpumpe die Drehzahl dieses Radialkolbenmotors erhöht wird; mit den Ventilen 6 läßt sich die Ölzufuhr für die Radialkolbenmotoren zu- und abschalten.
• Werden die beiden Hochdruckkanäle zur Speisung eines der Radialkolbenmotoren abgeschaltet, so benötigt dieser Motor keinen Ölstrom mehr, der nun für die Speisung der beiden anderen Radialkolbenmotoren zur Verfügung stehen. Bei diesen beiden Radialkolbenmotoren erhöht sich demzufolge die Drehzahl bei gleichzeitiger Reduzierung des Gesamtabtriebsmomentes. Der abgeschaltete Radialkolbenmotor läuft dabei ohne zusätzliche Reibungsverluste mit, da er sich im abgeschalteten Zustand im Freilauf befindet.
• Bei der höchstmöglichen Drehzahl eines der Radialkolbenmotoren von z. B. 700 U/min sind zwei Radialkolbenmotoren abgeschaltet, während sich der dritte Radialkolbenmotor auf kleinem Schluckvolumen befindet. Bei dieser Drehzahl erhält man hohe Strömungsgeschwindigkeiten, welche Strömungsverluste erzeugen. Leitet man nun das Öl über zwei Ölverteiler 9 zum Radialkolbenmotor, so kann man diese Ver luste verringern. Diese Maßnahme führt auch zu einer weiteren Verringerung der Geräuschentwicklung.
• Das unterhalb der Rolle eines Radialkolbenmotors angeordnete Lager kann bei dieser hohen Drehzahl große mechanische Verluste bewirken. Diesen Verlusten kann man durch eine hydrostatische Schmierung dieses Lagers entgegentreten.
• Ist ferner der Radialkolbenmotor mit zwei sich gegenüberliegenden Ölzuführungen versehen, so daß dem Motor das Öl von beiden Seiten zugeführt wird, so erzeugt der Motor keine axialen Kräfte, da sich diese Kräfte hydrostatisch aufheben. Dies bedeutet, daß bei diesem Radialkolbenmotor das Axiallager entfällt. Bei anderen Radialkolbenmotoren, die nicht mit gegenüberliegenden Ölzuführungen versehen sind, wird die Axialkraft zum einen über ein Kegelrollenlager und zum anderen über ein hydrostatisches Lager aufgenommen.
• Bei einer für den Fahrzustand maximalen Zugkraft werden alle Radialkolbenmotoren parallel mit Öl versorgt und auf maximales Schluckvolumen geschaltet. Die anderen Fahrsituationen werden durch entsprechende Schaltungen der Schluckvolumina bzw. der vollständigen Abschaltung einzelner Radialkolbenmotoren erreicht.
• Bei einem hydraulischen Einzelradantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Drehmoment und die Drehzahl durch eine Veränderung des Schluckvolumens der Förderpumpe und damit der Radialkolbenmotoren leicht variiert werden. Der zugehörige Verbrennungsmotor zum Antrieb der Pumpe wird dabei vorzugsweise mit seiner optimalen Drehzahl betrieben.
• In 2 ist ein Zugkraftdiagramm für einen möglichen Antrieb eines Niederflurbusses schematisch dargestellt. In der links dargestellten Ordinate ist ein Beispiel für die Drehmomententwicklung am Rad dargestellt, während entlang der rechts dargestellten Ordinate die mögliche Zuschaltkombination der einzelnen Radialkolbenmotoren angegeben ist; die Abszisse zeigt dabei die mögliche Fahrgeschwindigkeit in km/h.
• Wie man sieht, erhält man eine einfache Schaltstrategie durch entsprechende Kombination von mehreren langsam laufenden hintereinander angeordneten und hydraulisch parallel zueinander geschalteten Radialkolbenmotoren für einen Einzelradantrieb. Die Verwendung von Langsamläufermotoren führt zu einer geringen Geräuschentwicklung und macht die Verwendung eines Getriebes überflüssig. Die Radialkolbenmotoren können mit den zugehörigen elektrisch oder hydraulisch betätigten Schaltventilen in der Radfelge angeordnet sein, wobei sie eine kompakte Baueinheit bilden, zusammen mit dem Federbein, der Betriebsbremse, der Hydrostatik, den Ventilen, der Ölzuführung sowie der Radlagerung; wahlweise kann eine axiale Lagerung der Radialkolbenmotoren mittels Kegelrollenlager oder aber mittels hydrostatischer Lager vorgesehen sein.
• Die Ölzuführung des schnellstdrehenden Motors erfolgt vorzugsweise von beiden Seiten, um so hydraulische Verluste zu verringern; eine hydrostatische Druckschmierung der Rollenlagerung des Radialkolbenmotors verringert Reibungsverluste; es ist pro Motor nur eine einzige dynamische Dichtstelle erforderlich.
• Die zentrale Abtriebswelle sorgt für eine Drehmomentsummierung aller Radialkolbenmotoren pro Einzelradantrieb; bei abgeschalteten Radialkolbenmotoren werden die Kolben nach innen, d. h. in Richtung ihrer Freilaufstellung gedrückt, wodurch keine zusätzlichen mechanischen Verluste auftreten. Der Bremskörper kann gleichzeitig als Radlagerteil und Felgenträger dienen; somit schafft der erfindungsgemäß ausgestaltete Einzelradantrieb einen nicht unerheblichen Raumgewinn für den Fahrgastraum, wobei auch die Notwendigkeit der Verwendung von Zwillingsreifen entfällt, da dieser Antrieb sich für Einfachreifen einsetzen läßt.
• Alle Radialkolbenmotoren können dabei entweder in der Felge oder im Federbein angeordnet werden, wobei es jedoch auch möglich ist, die Motoreinheit außerhalb des Rades anzuordnen. Es sei betont, daß kein zusätzliches Schaltgetriebe erforderlich ist.

Claims (3)

1. Hydraulischer Einzelradantrieb für Niederflurbusse, wobei jeder Radantrieb mehrere mit einer Förderpumpe verbundene Radialkolbenmotoren aufweist, gekennzeichnet, durch die folgende Kombination: a) jeder Radantrieb weist mehrere, langsam laufende, zu- und abschaltbare Radialkolbenmotoren (7) auf, die hydraulisch parallel zueinander geschaltet sind und mechanisch hintereinander angeordnet sind; b) jeder Radantrieb ist mit elektrisch oder hydraulisch betätigbaren Schaltventilen (6) versehen und in einer Radfelge (2) integriert; c) jeder Radantrieb bildet mit einem zugehörigen Federbein (1), einer radzugehörigen Betriebsbremse (3), den Schaltventilen (6), einem Hochdruckanschluß, einem Niederdruckanschluß, einem Leckölanschluß, einer Axiallagerung und einer Radlagerung eine bauliche Einheit; d) jeder Radialkolbenmotor (7) eines Radantriebes ist mit einer zentralen Abtriebswelle (11) verbunden, die mit der Radfelge (2) ohne Zwischenschaltung eines Getriebes in direkter Verbindung steht; e) jeder Radialkolbenmotor ist mit zwei Hochdruckanschlüssen, die einzeln durch die Schaltventile (6) zu- oder abschaltbar sind, und mit einem Niederdruckanschluß versehen.
2. Hydraulischer Einzelradantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Radialkolbenmotoren zur Reduzierung der hydraulischen Verluste mit zwei sich gegenüberliegenden Ölzuführungen versehen ist.
3. Hydraulischer Einzelradantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenlagerung des Kolbens im Radialkolbenmotor mit einer hydrostatischen Druckschmierung zur Verringerung der Reibungsverluste versehen ist.