DE19961960A1 - Antriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (1) für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit mechanischer Antriebsverbindung zwischen einem Fahrzeugmotor (2) und den Fahrzeugrädern (14) einer der Fahrzeugachsen sowie mit zu- und abschaltbarem Zusatzantrieb für die Fahrzeugräder (10) wenigstens einer anderen Fahrzeugachse, der als hydrostatischer Einzelradantrieb ausgebildet ist und bei dem den Antriebsrädern (10) jeweils als Zusatzantriebsmotor ein Hydromotor (18) zugeordnet ist, der mit wenigstens einer vom Fahrzeugmotor (2) angetriebenen Hydropumpe (8) treibbar verbunden ist, wobei eine unabhängig von der Hydropumpe (8) vom Fahrzeugmotor (2) oder einem anderen fahrzeuginternen Energieträger antreibbare Speisepumpe (24) vorgesehen ist. DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, daß sowohl die Hydropumpe (8) als auch die Hydromotoren (18) als bauartgleiche hydrostatische Radialkolbenmaschinen ausgebildet sind, mit sternförmig um eine Drehachse angeordneten, durch Abstützung an einer Laufbahn innerhalb eines Zylinderblocks radiale Bewegungen ausführenden Kolben, wobei zur Inbetriebnahme der Hydropumpe (8) die Kolben abhängig von einem von der Speisepumpe (24) erzeugten Speisedruck an der Laufbahn abstützbar und zur Außerbetriebnahme abhängig von diesem Druck mit der Laufbahn außer Eingriff bringbar sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Antriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß der im Pa­ tentanspruch 1 angegebenen Gattung.

Eine solche Antriebseinrichtung ist aus der DE 35 45 481 C2 bekannt, wobei eine mechani­ sche Antriebsverbindung zwischen einem als Brennkraftmaschine ausgebildeten Fahrzeug­ motor und den Fahrzeugrädern der Hinterachse vorgesehen ist, sowie ein zu- und abschalt­ barer Zusatzantrieb für die Fahrzeugräder der Vorderachse, der als hydrostatischer Einzel­ radantrieb ausgebildet ist und bei dem den Vorderachs-Antriebsrädern jeweils als Zusatzan­ triebsmotor ein Hydromotor zugeordnet ist, der mit einer mit der Brennkraftmaschine kuppel­ baren Hydropumpe antreibbar verbunden ist, wobei eine unabhängig von der Hydropumpe vom Fahrzeugmotor antreibbare Speisepumpe vorgesehen ist.

Die Hydropumpe ist mit einer Ausgangswelle eines Gangwechselgetriebes der Brennkraft­ maschine mittels einer Schaltkupplung kuppelbar. Unbefriedigend bei diesem Stand der Technik ist jedoch, daß eine separate Schaltkupplung zum Antreiben der Hydropumpe vor­ handen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsein­ richtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher die Kupplung zwischen Hydro­ pumpe und Fahrzeugmotor auf einfachere und kostengünstigere Weise realisiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung hat den Vorteil, daß die Kupplung zwischen Hy­ dropumpe und Fahrzeugmotor in die Hydropumpe selbst integriert ist und deren bereits vor­ handene Bauteile nutzt. Als Kupplungselemente dienen die Kolben und die Laufbahn der als Radialkolbenpumpe ausgeführten Hydropumpe, welche abhängig vom Speisedruck einer bei solcherart hydrostatischen Antriebssystemen ohnehin vorhandenen Speisepumpe in Wirk­ stellung gebracht werden und somit die Hydropumpe in Betrieb gesetzt wird. Aus Kosten­ gründen kann deshalb kann auf eine zusätzliche Schaltkupplung verzichtet werden. Da so­ wohl die Hydropumpe als auch die Hydromotoren als bauartgleiche hydrostatische Radial­ kolbenmaschinen ausgebildet sind, ist es möglich, daß der Förderstrom der Radialkolben­ pumpe ohne Zwischenschaltung eines Hydrogetriebes an das Schluckvolumen der radbezo­ genen Radialkolbenmotoren angepaßt werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildun­ gen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Antriebseinrichtung mög­ lich.

Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme sind die Hydropumpe und die Hy­ dromotoren als Hochmoment-Radialkolbenmaschinen ausgebildet, bei welchen die die Kol­ ben abstützende Laufbahn sinusförmig und an der radial inneren Umfangsfläche eines Au­ ßenrings ausgebildet ist. Der Förderstrom der Radialkolbenpumpe kann dann mit dem Schluckvolumen der radbezogenen Radialkolbenmotoren auf einfache Weise dadurch in Übereinstimmung gebracht werden, daß die Amplitude der sinusförmigen Laufbahn entspre­ chend angepaßt wird.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine stark schematisierte Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung in bevorzugter Ausführungsform mit Radialkolbenmaschinen als Hydropumpe und Hydromotor;

Fig. 2 eine ebenfalls stark schematisierte Darstellung einer Radialkolbenmaschine gemäß Fig. 1.

Die insgesamt mit 1 bezeichnete Antriebseinrichtung dient gemäß einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform zum Antrieb eines Nutzfahrzeugs und beinhaltet einen als selbstzündende Brenn­ kraftmaschine 2 ausgebildeten Fahrzeugmotor, der am Nutzfahrzeug frontseitig angeordnet und an dessen hinterem Ende ein Gangwechselgetriebe 4 angeflanscht ist. An diesem ist ausgangsseitig, vorzugsweise koaxial mit einer Getriebeausgangswelle 6, eine als Radial­ kolbenpumpe 8 ausgebildete Hydropumpe angeordnet, welche als Hauptpumpe eines zu­ schaltbaren hydrostatischen Zusatzantriebs für die Vorderräder 10 des Nutzfahrzeugs dient. Die Getriebeausgangswelle 6 ist über eine Kardanwelle mit einem Hinterachsgetriebe 12 verbunden, welches das vom Fahrzeugmotor 2 gelieferte Antriebsmoment in bekannter Wei­ se an die Hinterräder 14 des Nutzfahrzeugs leitet.

Die beiden Vorderräder 10 sind an Achsschenkeln 16 lenkbar geführt, wobei auf je einem Achsschenkel 16 ein als Radialkolbenmotor 18 ausgebildeter Radmotor vorgesehen ist, der eine Nabe des zugeordneten Vorderrades 10 antreibt.

Die Radialkolbenpumpe 8 steht druckseitig durch eine Druckleitung 20 und saugseitig durch eine Saugleitung 22 mit den radbezogenen Radialkolbenmotoren 18 in druckleitender Ver­ bindung. Die Radialkolbenmotoren 18 sind durch Umkehr der Durchflußrichtung reversierbar, d. h. je nachdem ob vorwärts oder rückwärts gefahren wird oder ob die radseitigen Radial­ kolbenmotoren 18 treiben oder bremsen, kann die Saugleitung 22 auch Druckleitung 20 sein und umgekehrt.

Neben der als Radialkolbenpumpe 8 ausgeführten Hauptpumpe beinhaltet der hydrostati­ sche Zusatzantrieb eine Speisepumpe 24, welche vorzugsweise über einen Riementrieb 26 und eine als Elektromagnetkupplung 28 ausgebildete Schaltkupplung von einer Kurbelwel­ le 30 der selbstzündenden Brennkraftmaschine 2 antreibbar ist. Da beim Betrieb des hy­ drostatischen Zusatzantriebs hohe Drücke - teilweise bis zu 400 bar - entstehen, ist der durch die Speisepumpe 24 erzeugte Speisedruck zur Einspeisung in die Saugleitung 22 vor­ gesehen, um Kavitation zu vermeiden und Leckströme zu kompensieren. Wie anhand von Fig. 1 zu sehen, steht die Speisepumpe 24 mittels hydraulischer Leitungen 32 sowie nicht dargestellten Ventilen sowohl mit der Druckleitung 20 wie auch mit der Saugleitung 22 in Verbindung. Die besagten Ventile sorgen für die Einspeisung in die entsprechende Sauglei­ tung.

Der Aufbau der radbezogenen Radialkolbenmotoren 18 ist in Fig. 2 in schematischer Weise veranschaulicht. Ein solcher Radialkolbenmotor 18 weist sternförmig um eine Drehachse angeordnete, innerhalb eines aus einzelnen, in Umfangsrichtung aneinandergereihten Zylin­ dern 34 bestehenden Zylinderblocks 36 geführte, radiale Bewegungen ausführende Kol­ ben 38, an welchen je kopfseitig eine Rolle 40 aufgenommen ist, die sich an einer im we­ sentlichen sinusförmigen Laufbahn 42 eines radial äußeren Laufrings 44 abstützen kann. Bodenseitig sind die Kolben 38 durch Drucköl beaufschlagbar, welches über einen Vertei­ ler 46 abhängig von dessen Winkelstellung bezüglich des Zylinderblocks 36 den einzelnen Zylindern 34 zuführbar ist. Im Falle des Radialkolbenmotors 18 bildet der Zylinderblock 36 einen Stator und ist mit dem entsprechenden Achsschenkel 16 des zugeordneten Vorderra­ des 10 verbunden, während der Laufring 44 und der Verteiler 46 mit der Nabe des jeweiligen Vorderrades 10 mitdrehen.

Der Verteiler 46 beinhaltet voneinander getrennte Saugkanäle 48 und Druckkanäle 50, so daß je nach Winkelstellung des Verteilers 46 relativ zu radial inneren Verbindungsöffnun­ gen 52 des Zylinderblocks 36 eine Druckölzufuhr zu bzw. eine Druckölabfuhr von den ein­ zelnen Zylindern 34 erfolgt, wodurch Kolbenbewegungen nach radial außen bzw. radial in­ nen hervorgerufen werden. Da sich die Kolben 38 an der sinusförmigen Laufbahn 42 abstüt­ zen und sich mindestens einer der Kolben 38 niemals in Totpunktlage befindet, wird durch den Druck dieses oder dieser Kolben(s) 38 eine Bewegung der zugeordneten Rolle 40 ent­ lang der Laufbahn 42 in Richtung auf das nächstliegende Minimum hervorgerufen, wodurch der Laufring 44 relativ zum Zylinderblock 36 in Drehbewegung versetzt wird. Zwischen den einzelnen Kolben 38 sind in Umfangsrichtung Federelemente 54 gespannt, welche die Kol­ ben 38 im bodenseitig drucklosen Zustand in eine radial innere Position drängen, in welcher sich die zugeordneten Rollen 40 mit der sinusförmigen Laufbahn 42 außer Eingriff befinden. Die Federrate der Federelemente 54 ist dabei so bemessen, daß die durch Anlegen des Be­ triebsdrucks an die Kolben 38 bodenseitig entstehenden Druckkräfte die durch die Verlänge­ rung der Federelemente 54 aufgrund der Auswärtsbewegung der Kolben 38 hervorgerufenen Federkräfte überwinden, so daß sich die Rollen 40 an der Laufbahn 42 abstützen können. Solche sogenannten Hochmoment-Radialkolbenmotoren 18 sind prinzipiell bekannt, weshalb hierzu keine weiteren Ausführungen erfolgen sollen.

Erfindungsgemäß ist die Hauptpumpe als eine mit den Radialkolbenmotoren 18 bauartglei­ che Radialkolbenpumpe 8 ausgeführt, insofern kann zur Veranschaulichung deren Aufbaus ebenfalls Fig. 2 dienen. In Ausführung als Radialkolbenpumpe 8 ist der radial äußere Laufring 44 mit der Getriebeausgangswelle 6 drehfest verbunden, so daß mittels der Dreh­ bewegung des Laufrings 44 Radialbewegungen der über die Rollen 40 am Laufring 44 anlie­ genden Kolben 38 erzeugt werden, welche schließlich eine Druckdifferenz in den Saug- und Druckkanälen 48, 50 des Verteilers 46 hervorrufen. Diese Druckdifferenzen setzen sich über die Saugleitung 22 bzw. die Druckleitung 20 zu den Radialkolbenmotoren 18 fort, wo sie wiederum in eine Drehbewegung gewandelt werden. In einer alternativen Ausführung kann anstelle des Laufrings 44 der Zylinderblock mit den Radialkolben drehfest auf der Getriebe­ ausgangswelle 6 befestigt sein und der Laufring 44 sich am Gehäuse des Gangwechselge­ triebes 4 abstützen.

Das Einkuppeln bzw. das Auskuppeln der Radialkolbenpumpe 8 in Bezug auf die vom Fahr­ zeugmotor 2 angetriebene Getriebeausgangswelle 6 erfolgt abhängig vom von der Speise­ pumpe 24 aufgebauten Speisedruck und soll nun im folgenden erläutert werden.

Wenn sich die Elektromagnetkupplung 28 der Speisepumpe 24 im ausgekuppelten Zustand befindet, d. h. wenn an dieser Kupplung 28 eingangsseitig z. B. kein elektrisches Kupplungs­ signal vorhanden ist, steht weder in der Saugleitung 22 noch in der Druckleitung 20 und so­ mit auch nicht an den Kolben 38 der Radialkolbenpumpe 8 Druck an, so daß diese unter der Wirkung der Federelemente 54 nach radial innen gezogen werden und die den Kolben 38 zugeordneten Rollen 40 daher mit der sinusförmigen Laufbahn 42 außer Eingriff stehen. Wegen der gelösten Wirkverbindung zwischen den Rollen 40 und der Laufbahn 42 kann die Drehbewegung des mit der Getriebeausgangswelle 6 verbundenen Laufrings 44 nicht in eine Radialbewegung der Kolben 38 gewandelt werden, weshalb die Radialkolbenpumpe 8 außer Betrieb gesetzt ist und demzufolge auch kein Druckaufbau erfolgen kann. Die Kolben 38 der hierdurch drucklos gesetzten Radialkolbenmotoren 18 der Vorderräder 10 befinden sich durch die Wirkung der Federelemente 54 ebenfalls außer Eingriff mit dem zugeordneten Laufring 44, wodurch sie freilaufen können. Somit sind in diesem Fall lediglich die Hinterrä­ der 14 des Nutzfahrzeugs angetrieben.

Wenn hingegen z. B. von einem Steuergerät der Antriebseinrichtung ein elektrisches Kupp­ lungsignal für die Elektromagnetkupplung 28 der Speisepumpe 24 erzeugt wird, kuppelt die­ se ein, wodurch sowohl in der Saugleitung 22 wie auch in der Druckleitung 20 Speisedruck ansteht. Der Speisedruck wird über den Verteiler 46 in die Radialkolbenpumpe 8 eingespeist und ist so groß, daß die Kolben 38 gegen die Wirkung der Federelemente 54 nach radial außen fahren und sich an der sinusförmigen Laufbahn 42 abstützen, wodurch sie die Pumpleistung erzeugenden Radialbewegungen ausführen können und die Radialkolbenmo­ toren 18 mit Drucköl unter Betriebsdruck versorgt werden. Aufgrund des Druckaufbaus in der Druckleitung 20 fahren die innerhalb des mit einem Achsschenkel 16 verbundenen Zylinder­ blocks 36 radial geführten Kolben 38 in ihre radial äußere Position, wobei die Rollen 40 ge­ gen die sinusförmige, mit der Nabe des zugeordneten Vorderrades 10 verbundene Lauf­ bahn 42 gedrückt und hierdurch dessen Drehbewegung initiiert wird.

Anstatt der beschriebenen Hochmoment-Radialkolbenmaschinen ist zur Verwirklichung der Erfindung auch jegliche andere Art von Radialkolbenmaschine als Hydromotor und/oder Hy­ dropumpe denkbar, bei welcher ein Betrieb nur dann möglich ist, wenn deren Kolben an der zugeordneten Laufbahn abgestützt sind. Außerdem ist anstelle der über den Triebstrang 30, 26 und Kupplung 28 mit dem Verbrennungsmotor 2 verbundenen Speisepumpe 24 jede an­ dere von einem Energieträger im Fahrzeug antreibbare Pumpe mit steuerbarem Förderstrom verwendbar.

Claims (9)

1. Antriebseinrichtung (1) für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit mecha­ nischer Antriebsverbindung zwischen einem Fahrzeugmotor (2) und den Fahrzeugrä­ dem (14) einer der Fahrzeugachsen sowie mit zu- und abschaltbarem Zusatzantrieb für die Fahrzeugräder (10) wenigstens einer anderen Fahrzeugachse, der als hydrostati­ scher Einzelradantrieb ausgebildet ist und bei dem den Antriebsrädern (10) jeweils als Zusatzantriebsmotor ein Hydromotor (18) zugeordnet ist, der mit wenigstens einer vom Fahrzeugmotor (2) angetriebenen Hydropumpe (8) treibbar verbunden ist, wobei eine unabhängig von der Hydropumpe (8) vom Fahrzeugmotor (2) oder einem anderen fahr­ zeuginternen Energieträger antreibbare Speisepumpe (24) vorgesehen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl die Hydropumpe (8) als auch die Hydromotoren (18) als bau­ artgleiche hydrostatische Radialkolbenmaschinen ausgebildet sind, mit sternförmig um eine Drehachse angeordneten, durch Abstützung an einer Laufbahn (42) innerhalb eines Zylinderblocks (36) radiale Bewegungen ausführenden Kolben (38), wobei zur Inbetrieb­ nahme der Hydropumpe (8) die Kolben (38) abhängig von einem von der Speisepumpe (24) erzeugten Speisedruck an der Laufbahn (42) abstützbar und zur Außerbetriebnah­ me abhängig von diesem Druck mit der Laufbahn (42) außer Eingriff bringbar sind.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe (8) und die Hydromotoren (18) Hochmoment-Radialkolbenmaschinen sind, bei welchen die die Kolben (38) abstützende Laufbahn (42) sinusförmig und an der radial inneren Um­ fangsfläche eines Außenrings (44) ausgebildet ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe (8) und die Hydromotoren (18) Federelemente (54) beinhalten, welche die Kolben (38) im drucklosen Zustand in eine radial innere Position drängen, in welcher sie sich mit der si­ nusförmigen Laufbahn (42) außer Eingriff befinden.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (38) durch entsprechende Druckbeaufschlagung gegen die Wirkung der Federelemente (54) in eine radial äußere Position drängbar sind, in welcher sie an der sinusförmigen Lauf­ bahn (42) abstützbar sind.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisepum­ pe (24) sowohl mit einer die Hydropumpe (8) saugseitig mit den Hydromotoren (18) ver­ bindenden Saugleitung (22) als auch mit einer die Hydropumpe (8) druckseitig mit den Hydromotoren (18) verbindenden Druckleitung (20) in druckleitender Verbindung steht, wobei durch Ventile eine leckagebedingte Nachspeisung immer in die je nach Betriebsart - vorwärts bzw. rückwärts, treiben bzw. bremsen - gültige Saugleitung erfolgt.

6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisepum­ pe (24) über einen Riementrieb (26) mit einer Kurbelwelle (30) des Fahrzeugmotors (2) treibbar verbunden und eine zwischen der Speisepumpe (24) und einer Riemenscheibe angeordnete vorzugsweise als Elektromagnetkupplung (28) ausgebildete Schaltkupplung vorgesehen ist.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein elektrisches Kupplungssignal hin der von der Speisepumpe (24) erzeugte Speisedruck auf die Kol­ ben (38) der Hydropumpe (8) schaltbar ist und auf diese eine Kraft ausübt, die größer ist als die durch die Federelemente (54) erzeugte Rückhaltekraft, wodurch die Kolben (38) mit der Laufbahn in Eingriff bringbar sind.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe (8) koaxial auf einer Getriebeausgangswelle (6) eines Gangwechselgetriebes (4) angeord­ net ist.

9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeauf­ schlagung der Kolben (38) der Radialkolbenmotoren (18) durch einen Betriebsdruck er­ folgt, der von der Hydropumpe (8) nach deren Inbetriebnahme erzeugbar ist.