DE19927702A1 - Antrieb einer Achse für mehrachsige Fahrzeuge - Google Patents

Abstract

Für mehrachsige Fahrzeuge sind Antriebe bekannt, bei denen z. B. die hintere Fahrzeugachse über ein rein mechanisches oder ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe und die vordere Fahrzeugachse über einen mechanischen Antriebsstrang angetrieben ist, dessen Drehzahl in einem konstanten Verhältnis zur Drehzahl der hinteren Fahrzeugachse steht. Diese Tatsache führt im praktischen Einsatz zu Verspannungen im Antriebsstrang, einhergehend mit erhöhtem verschleiß, v. a. an den Reifen, und vermindertem Fahrwerkswirkungsgrad. DOLLAR A Um eine stufenlose Einstellung des Drehzahlverhältnisses zwischen den Antriebsdaten zu gewährleisten, wird eine Fahrzeugachse aus dem Fahrantrieb heraus über ein als Zwischenachsdifferential funktionierendes Umlaufgetriebe und zusätzlich über einen Hydromotor angetrieben, der seine hydrostatische Leistung aus einem Hydraulikkreislauf entnimmt, der aus einer Pumpe und mindestens einem weiteren Hydromotor besteht, welcher entweder dem Antrieb des Zwischenachsdifferentials oder dem Antrieb der anderen Achse zugeordnet ist. DOLLAR A Die Drehzahlanpassung zwischen den Antriebsachsen vollzieht sich hierbei selbsttätig, wobei die Leistungsverteilung auf die Fahrzeugachsen gezielt beeinflußt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatisch-mechanischen Allradantrieb für mehrachsige Fahrzeuge, bei dem eine Fahrzeugachse über ein als Zwischenachsdifferential wirkendes Umlaufgetriebe und durch einen Hydromotor angetrieben wird, der seine hydrostatische Leistung einem Hydraulikkreislauf entnimmt, der aus einer Hydropumpe und mindestens einem weiteren Hydromotor besteht, der dem Antrieb des Zwischenachsdifferentials oder der anderen vom Zwischenachsdifferential angetriebenen Achse zugeordnet ist.

Bei einem aus der DE-PS 23 35 629 bekannten Antrieb wird von der zum Antreiben der Hinterachse benötigten Antriebsleistung der Brennkraftmaschine ein Teil mittels eines Umlaufrädergetriebes zu einer Hydropumpe verzweigt, während ein weiterer Teil mechanisch auf das Differential der Hinterachse des Fahrzeuges übertragen wird. Die von der Hydraulikpumpe angetriebenen Hydromotoren besitzen eine gemeinsame Abtriebswelle und arbeiten mit dieser auf eine Summierungsstelle vor dem Differential der Hinterachse. Der Antrieb der Vorderachse erfolgt über einen vom mechanischen Antriebsstrang zur Hinterachse abgeleiteten Antriebsstrang mit fester Übersetzung zwischen den Drehzahlen der Räder der Hinterachse und der Vorderachse. Ähnliche hydrostatisch-leistungsverzweigte Antriebe sind bekannt.

Mit Fahrzeugen, die mit einem derartigen Antrieb ausgerüstet sind, ist in vielen Einsatzfällen, insbesondere beim Durchfahren enger Kurven, kein boden- und/oder reifenschonender Fahrbetrieb möglich. Die Vorderachsdrehzahl ist in diesen Fällen viel zu klein. Zudem treten Verspannungen im Antriebsstrang zwischen den Antriebsachsen auf, die vor allem bei schneller Straßenfahrt und negativen Schlupfwerten an einer Achse zu erhöhten Bauteilbelastungen und einem verminderten Wirkungsgrad des Fahrantriebs führen. Die in solchen Fahrsituationen auftretenden, im Antriebsstrang kreisenden Blindleistungen können Werte erreichen, die der installierten Motorleistung des Fahrzeugs entsprechen. Viele Traktorenhersteller bauen deswegen heute Vorrichtungen ein, die den Frontantrieb in engen Kurven und bei schneller Straßenfahrt automatisch abschalten - obwohl er oft gerade dort benötigt würde.

Es soll daher ein Fahrzeugantrieb geschaffen werden, der bei einfachem Aufbau einen jegliche Schäden an der Bodenkrume und den Reifen ausschließenden Antrieb der Fahrzeugachsen bereitstellt. Wirkungsgradvermindernde Verspannungen im Antriebsstrang sollen vermieden werden. Eine hierzu nötige freie Drehzahleinstellung mindestens einer Antriebsachse soll unter Beibehaltung eines möglichst guten Wirkungsgrades des Fahrantriebes erfolgen.

Bei gattungsfremden Antrieben ist zur Realisierung eines gewissen Drehzahlangleichs in den Antriebsstrang vom Fahrzeuggetriebe zur Vorderachse ein zusätzliches Getriebe vorgesehen, das beispielsweise ein zweistufiges Wechselgetriebe, z. B. bei der DE-PS 34 08 991, oder ein stufenloses Zugmittelgetriebe, z. B. DE 39 04 493, sein kann. Derartige Antriebe erfüllen entweder nicht die Bedingung einer stufenlosen Drehzahlanpassung zwischen Vorder- und Hinterachse oder erfordern einen ungerechtfertigt hohen Bauaufwand, wodurch die Kosten in keinem Verhältnis zum Nutzen stehen.

Lösungen mit einem einfachen Zwischenachsdifferential können aufgrund ihrer festen Drehmomentenverteilung zwischen den Antriebsachsen den Anforderungen speziell bei stark schwankenden Achslastverteilungen nicht gerecht werden. Lösungen, die die Grundmomentenverteilung durch den Einsatz von zusätzlichen Kupplungen veränderlich gestalten, z. B. WO 89/10279, scheitern neben den hohen Kosten vor allem an dem schlechten Wirkungsgrad des Antriebs, der durch die Energieverluste an den Kupplungen hervorgerufen wird. Einen ebenso schlechten Wirkungsgrad bieten Lösungen mit einem rein hydrostatischen Antrieb einer Fahrzeugachse, z. B. EP 0 893 296 A2 oder DE 42 09 950 A1.

Ein am Lehrstuhl für Landmaschinen der Technischen Universität München entwickeltes Getriebe (u. a. Grad, Karl: Zur Steuerung und Regelung des Allradantriebs bei Traktoren. Fortschr.-Ber. VDI Reihe 14 Nr. 82. Düsseldorf: VDI Verlag 1997.) benötigt zur hier nötigen aktiven Einstellung des Drehzahlverhältnisses zwischen den Antriebsachsen einen hohen Aufwand an Meßtechnik. Diese Meßtechnik kann nicht wirtschaftlich zur Verfügung gestellt werden oder ist für den praktischen Einsatz zu störungsanfällig.

Zur Lösung der oben erläuterten Aufgabe werden daher die in Kennzeichen des Anspruches 1 wiedergegebenen Merkmale vorgeschlagen.

Die Erfindung stellt einen Antrieb zur Verfügung, der es erlaubt, die Fahrantriebsleistung unter Berücksichtigung der zwischen den Fahrzeugreifen und dem Boden gegebenen Traktion auf die Fahrzeugachsen zu verteilen. In der Art eines Längsdifferentials gewährleistet der Antrieb eine selbstätige Aufteilung der Drehmomente auf die Antriebsachsen, wodurch Verspannungen im Antriebsstrang vermieden werden. Selbst enge Kurven können ohne Verspannungen im Antriebsstrang durchfahren werden. Übermäßige Reifen- und Bodenbeanspruchung können vermieden werden. Ein erhöhter Aufwand für Meßtechnik entfällt aufgrund der selbstätigen Drehzahleinstellung. Die Verteilung der Drehmomente auf die Fahrzeugachsen kann frei eingestellt werden, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, gleichen Schlupf an beiden Fahrzeugachsen einzustellen. Der Fahrwerkwirkungsgrad erreicht bekanntlich für gleichen Schlupf an allen Antriebsrädern sein Optimum.

Die schematische Darstellung der Erfindung ist durch Bild 1 gegeben.

Eine Antriebsmaschine 1, z. B. eine Brennkraftmaschine, treibt ein Getriebe 2 an. Die von der Antriebsmaschine abgegebene Leistung wird an einer Verzweigungsstelle 3 aufgeteilt. Ein Teil der Antriebsleistung wird im Getriebe mechanisch zum Summierungspunkt 4 und von dort auf ein Zwischenachsdifferential 7 übertragen, der andere Teil der Leistung treibt eine Hydropumpe 5 an. Der von dieser angetriebene Hydromotor 6 gibt seinerseits Leistung an den Summierungspunkt 4 oder direkt an den Antrieb einer Fahrzeugachse 15 über die Summierungsstelle 14 ab. Aus dem Getriebe heraus wird ein Zwischenachsdifferential 7 angetrieben. Dieses Zwischenachsdifferential 7 treibt über die Anschlüsse 8 und 9 zwei Fahrzeugachsen an und kann eine Vorrichtung zur Sperrung der Differentialwirkung haben. Am Summierungspunkt 10 wird zur Leistung, die über den Anschluß 9 dem Zwischenachsdifferential 7 entnommen wird, Leistung eines Hydromotors 11 addiert. Über den Anschluß 12 wird eine Fahrzeugachse angetrieben. Der Hydromotor 11 entnimmt die nötige hydrostatische Leistung dem Hydraulikkreislauf bestehend aus der Hydropumpe 5 und dem Hydromotor 6 über ein Ventil 13.

Die Verstellung der Hydropumpe 5 und der beiden Hydromotoren 6 und 11 sowie des Ventils 13 erfolgt über eine nicht gezeigte Reglereinrichtung. Dabei sind mehrere Regelstrukturen überlagert. Zum einen erfolgt ein Verschwenken der Hydraulikmaschinen, um die gewünschte Fahrgeschwindigkeit bzw. Übersetzung des gesamten Fahrantriebes zu erzielen. Zudem kann über eine Änderung des Verhältnisses der Hubvolumina der Hydromotoren 6 und 11 zueinander eine Einstellung der Drehmomentenaufteilung zwischen den Antriebsachsen erfolgen. Das Ventil 13 ist im normalen Fahrbetrieb geöffnet. Bestimmte Anordnungen können es nötig machen, daß die Anschlüsse am Ventil 13 zeitweise über Kreuz verbunden werden. Wird das Ventil 13 geschlossen, so ist auf einfache Weise ein Blockieren der Fahrzeugachse 12 möglich, wenn die Summierungsstelle 10 ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Hydromotors 11 und dem Antrieb der Fahrzeugachse 12 bestimmt, und der Hydromotor 11 dazu nicht auf ein Hubvolumen von Null zurückgeschwenkt ist. Wird das Ventil 13 als drosselndes Wegeventil ausgeführt, so kann über diese Funktion auch ein unerwünschtes Durchdrehen der Fahrzeugachse 12 unterbunden werden, ohne die Fahrzeugachse 12 völlig zum Stillstand zu bringen.

Handelt es sich bei dem Hydromotor 11 um eine Hydraulikmaschine, deren Hubvolumen auf Null reduziert werden kann, so kann auf diese Weise die über den Hydromotor 11 der Fahrzeugachse 12 zugeführte Leistung auf Null reduziert werden. Kann das Hubvolumen des Hydromotors 11 nicht auf Null zurückgenommen werden, so ist eine hier nicht gezeigte zusätzliche Ventilstellung am Ventil 13 vorzusehen, bei der der Hydromotor 11 in drucklosen Umlauf geschaltet wird, während die beiden anderen Anschlüsse des Ventils 13 verschlossen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand einer Zeichnung, Bild 2, die eine schematische Darstellung eines möglichen Antriebs zeigt, näher erläutert.

Eine Brennkraftmaschine 1 treibt in einem Fahrantrieb 2 ein Umlaufgetriebe 3 an. Hier verzweigt die Leistung und wird über verschiedene Getriebeelemente zur Summierungswelle 4 und zur Hydropumpe 5 geleitet. Diese treibt u. a. den Hydromotor 6 an, der seinerseits die Summierungswelle 4 antreibt. Aus dem Fahrantrieb 2 heraus wird ein Zwischenachsdifferential 7 mit eingebauter Sperrvorrichtung 16 angetrieben, dessen Abtriebe 8 und 9 jeweils einer Fahrzeugachse zugeordnet sind. Über eine Stirnradstufe 10 wird der Anschluß der Fahrzeugachse 12 zusätzlich zum Antrieb über den Anschluß 9 vom Zwischenachsdifferential 7 über den Hydromotor 11 angetrieben, der seine hydrostatische Leistung aus dem Hydraulikkreislauf zwischen der Hydropumpe 5 und dem Hydromotor 6 über ein Ventil 13 entnimmt.

Sämtliche Funktionen und Maßnahmen ergeben sich wie bei den Erläuterungen zu Bild 1 ausgeführt.

Die Maßnahme einer gezielten Leistungsverteilung ist sinnvoll, um den Schlupf aller angetriebenen Räder auch bei einer Laständerung an den Fahrzeugachsen möglichst gleich zu halten, da schwere Zugarbeiten, wie z. B. das Pflügen bei Traktoren, nur dann ökonomisch, d. h. boden-, reifen-, antriebsschonend und mit gutem Wirkungsgrad ausführbar sind.

Die Bereitstellung einer Differentialwirkung verhindert eine Verspannung des Antriebsstranges zwischen den Antriebsachsen. Eine weitere Wirkungsgradminderung des Fahrantriebs und erhöhte Bauteilbelastungen können vermieden werden.

Eine Änderung des Drehzahlverhältnisses der Antriebsachsen wird besonders dann benötigt, wenn Kurven boden- und reifenschonend zu durchfahren sind. Die hierzu nötige Veränderung des Drehzahlverhältnisses zwischen den Antriebsachsen stellt sich selbstätig stufenlos ein, kann aber auch über einen Reglereingriff in Abhängigkeit vom Lenkwinkel noch unterstützt werden.

Die Erfindung bietet im Gegensatz zu rein hydrostatischen Achsantrieben den Vorteil eines besseren Wirkungsgrades, da ein Hauptteil der Leistung mechanisch mit gutem Wirkungsgrad übertragen wird und nur die restliche Leistung hydrostatisch mit schlechterem Wirkungsgrad fließt.

Neigt eine Achse aufgrund kurzzeitig einseitig niedriger Traktion zum Durchdrehen, so kann, soweit ausreichend, über die Verstellung der Schluckvolumina der Hydromotoren 6 und 11 die der Achse zugeteilte Leistung reduziert werden. Reicht die Reduzierung der Leistung nicht aus, kann die Fahrzeugachse wie beschrieben über das Ventil 13 teilweise oder völlig gebremst werden.

Die Sensoren für die Ermittlung des Lenkwinkels der gelenkten Räder sowie der Raddrehzahlen und die Einrichtung zur Verarbeitung der von den Sensoren gelieferten Signale gehören ebenso wie die Ausbildung der Regeleinrichtung nicht zum Erfindungsumfang und werden als bekannt vorausgesetzt.

Claims (3)

1. Antrieb einer Fahrzeugachse für mehrachsige Fahrzeuge, bei dem eine verstellbare Hydropumpe mit mindestens einem verstellbaren Hydromotor pro Antriebsachse zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fahrzeugachse über einen Anschluß (9) an ein Zwischenachsdifferential (7) und über einen verstellbaren Hydromotor (11) angetrieben wird, der seine hydrostatische Leistung aus demselben Hydraulikkreislauf bezieht wie ein zweiter Hydromotor (6) des Fahrantriebs, der einem der beiden anderen Anschlüsse des Zwischenachsdifferentials (7) zugeordnet ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (6), der nicht der anzutreibenden Achse zugeordnet ist, mit zum Antrieb des Zwischenachsdifferentials (7) beiträgt.

3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (6), der nicht der anzutreibenden Achse zugeordnet ist, mit zum Antrieb der anderen vom Zwischenachsdifferential (7) angetriebenen Achse beiträgt.