DE2249843A1

DE2249843A1 - Arbeitsfahrzeug mit aus antriebsmotor und drehmomentwandler mit vorgeschalteter, aenderbarer schlupfkupplung bestehenden antriebsaggregat

Info

Publication number: DE2249843A1
Application number: DE2249843A
Authority: DE
Inventors: Kenneth E Houtz; Keith W Kampert
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1971-10-12
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1973-04-19
Also published as: FR2158882A5; GB1408310A; CA963816A; JPS4872901A; JPS5659433U; US3789943A

Description

8 München 5, 11 ο Oktober 1972

D-9336

Patentanwilte .

l/W

International Harvester Company

401 Horth Michigan Avenue

^ühloago, Illinois 60611 (Y.StοAo) 2249843

Arbeitsfahrzeug mit aus Antriebsmotor und Drehmomentwandler mit vorgeschalteter, änderbarer Schlupfkupplung bestehenden Antriebsaggregat

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit angetriebenen Rädern versehenes Arbeitsfahrzeug, beispielsweise Erdbewegungsmaschine, dessen Antriebsaggregat aus einem Antriebsmotor und einem Drehmomentwandler mit ihm vorgeschalteter hydraulisch betätigbarer Schlupfkupplung besteht, deren Anpreßdruck durch Regelung des ihr zugeführten Druckmittels über ein Steuerventil änderbar ist, und in deren Flüssigkeitskreislauf Fördermittel für das auf einen gegebenen maximalen Druck zu bringendes Druckmittel eingeschaltet sind.

Der Antriebsmotor einer mit Arbeitszubehör ausgerüsteten Maschine, beispielsweise einer auf angetriebenen Rädern laufenden Erdbewegungsmasehine, muß zwei gesonderte _t jedoch miteinander in Beziehung stehende und voneinander abhängige Aufgaben erfüllen. Er muß die zum Fahren der Maschine auf dem Boden erforderliche Zugkraft entwickeln, und er muß die leistung zum Antrieb einer hydraulischen Pumpe oder eines elektrischen Generators aufbringen, um den oder die Motoren anzutreiben, die zur Betätigung von Geräten oder Werkzeugen nötig sind, die auf dem Fahrzeug selbst angebracht sind oder von diesem gezogen werden.

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Dies bedeutet gemeinhin eine Aufsplitterung oder Verteilung der Motorleistung zwischen diesen beiden Aufgaben. Meistens ist die im Fahrzeug angeordnete Antriebsmaschine so groß ausgebildet, daß sie für die eine Aufgabe die maximale Arbeitsleistung aufbringt, jedoch gleichzeitig für die andere Aufgabe eine etwas geringere Leistung. Unter diesen Umständen muß der Fahrer eines solchen Fahrzeuges sehr viel Geschick aufbringen, um den Motor nicht abzuwürgen und um während der Arbeitszeiten des Fahrzeuges einen hohen leistungsfähigen Ausgang zu erhalten. Diese Aufgaben¹ steilen sich vornehmlich bei Maschinen, die einen oder eine Mehrzahl von sich wiederholenden Arbeitsgängen durchzuführen haben, wie dies beispielsweise bei Erdbewegungsmaschinen der Fall ist, die im wiederholten Anfahren mittels ihrer Ladeschaufel eine Bodenablagerung abtragen.

Es wird daher angestrebt, ein Fahrzeug so auszustatten, daß es einen oder eine Mehrzahl von gegebenen Arbeitsgängen in kleinstmöglicher Zeitspanne in den Fahrer entlastender Weise ausführt, daß Antrieb und Steuermittel weitgehend vom Geschick des Fahrers unabhängig sind und daß eine leistungsfähige Aufteilung der Antriebskraft des Antriebsmotors zwischen Zugkraft und Antrieb von zusätzlichen Bauelementen bzw. deren Antriebsmittel bei weitgehender Einengung der während der Arbeit der Maschine auftretenden Geräuscfcfrequenzen stattfindet.

Bei der Lösung für diese Aufgabe ist ausgegangen von einem aus der US-PS 3 358 796 bekannten Antriebsaggregat, das aus einem Antriebsmotor und einem Drehmomentwandler mit ihm vorgeschalteter, hydraulisch betätigbarer Schlupfkupplung besteht, deren Anpreßdruck durch Regelung des ihr zugeführten Druckmittels über ein Steuerventil änderbar ist. Bei einem rait einem aolchen Antriebsaggregat und mit angetriebenen Rädern versehenen Arbeitsfahrzeug, bei dem in den hydraulischen Flüssigkeitskreislauf Fördermittel für

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das auf einem gegebenen maximalen Druck zu "bringendes Druckmittel eingeschaltet sind, besteht die Lösung gemäß der. Erfindung darin, daß für den Motor eine in zwei Lagen verstellbare Drehzahl-Steuereinrichtung vorgesehen ist, in deren.einer Lage der Motor auf Leerlauf, in deren anderer Lage der Motor auf lenndrehzahl umläuft, und daß mit dem Steuerventil ein Pedal verbunden ist, welches entsprechend dem auf ihn ausgeübten Preßdruck den Schieber im,_: Ventil zwischen einer den Durchfluß des Druckmittels zur Kupplung sperrenden und einer den Durchfluß freigebenden Stellung verlagert, wobei auf den Schieber Federn wirken, die ihn in seine Sperrstellung und das Pedal in seine ausgerückte Lage drängen, .daß ein über den Drehmomentwandler antreibbares Wechselgetriebe wenigstens eine Ausgangswelle aufweist, und daß der Motor das Fahrzeug bei angelegter Kupplung mit höchster Zugkraft und gleichzeitig die Pumpe auf höchsten Förderdruck antreibt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Seitenansicht ein beidendig mit Arbeitswerkzeugen ausgerüstetes, allgemein mit 10 bezeichnetes Fahrzeug, das aus zwei zueinander verschwenkbaren bzw. · einknickbaren Fahrzeugteilen, einem Vorderteil 12 und einem Hinterteil 14 besteht. Diese Teile sind in oberen und unteren Gelenken 16 bzw. 18 um eine Knickachse 20 zueinander einschwenkbar. Zur Verschwenkung sind zwischen den beiden Teilen 12, 14 in der Zeichnung nicht veranschaulichte, hydraulisch betätigbare Steuerzylinder vorgesehen. Ein in einer auf dem Vorderteil 12 angeordneten Fahrerkabine .24 mit Sitz 26 vorgesehenes Steuerrad 22 dient zur Steuerung "der den beiden Steuerzylindern, zuzuführenden Druckflüssigkeit und damit zur Steuerung der Teile 12, 14 zueinander. In der Fahrerkabine"ist weiter ein Schalthebel 28 zur Steuerung der Geschwindigkeit des Antriebsmotors, ein Pedal 30 und ein zur Betätigung der Arbeitswerkzeuge dienender

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Steuerhebel 32.vorgesehen.

Der auf dem hinteren Teil 14 angeordnete Antriebsmotor 34 ist antriebsmäßig mit einer änderbaren Kupplung 38 verbunden, i^ine an deren Ausgang angeordnete Platte 40 dient zum Antrieb eines Drehinomentwandlers 42, der vorzugsweise ein ortsfestes Gehäuse hat und der ähnlich ausgebildet ist wie der von der Firma Twin Disc, Incorporated unter der Bezeichnung "Type 4" auf den.Markt gebrachte Wandler.

Hit dem Ausgang des Drehmomentwandlers 42 ist über eine mit beidseitigen Gelenkanschlüssen versehene Schwenkwelle 48 die Eingangswelle 44 eines im Vorwärts- und Rückwärtsgang schaltbaren Geschwindigkeitswechselgetriebe 46 verbunden. Die Ausgangswelle 50 dieses Getriebes ist über eine Gelenkwelle 52 mit dem Eingang 54 des Differentials der hinteren Antriebswelle 56 verbunden. Diese beideiidig mit gummibereiften Rädern 58 versehene Welle 56 trägt den hinteren Fahrzeugteil 14 und ist mit diesem in der Weise verbunden, daß sie um eine sich in Längsrichtung des Teils 14 erstreckende horizontale Achse schwingen kann. Das andere Ende der Ausgangswel^le 50 ist über eine Gelenkwelle 60 mit dem Eingang 62 des Differentials der vorderen Antriebswelle 64 verbunden, die im vorderen Fahrzeugteil 12 befestigt ist. Die Gelenkwelle 60 kann einteilig oder, wie es die Zeichnung zeigt, zweiteilig unter Zwiscnenschaltung einer Bremse 6b ausgebildet sein.

Je nach dem der Antriebsmotor 34 ein Dieselmotor oder ein Ottomotor ist, dient eine zur Geschwindigkeitssteuerung vorgesehene Einrichtung 68 entweder zur Kraftstoffeinspritzung oder zur Vergasung. Die Einrichtung 68 ist beispielsweise über einen Bowdenzug 70 mit dem Schalthebel 28 verbunden, der so verstellt werden kann, daß der Antriebsmotor im Leerlauf oder in seiner oder nahe seiner Nenndrehzahl umläuft. Der Schalthebel wird jeweils dann in die Leerlaufstellung verschwenkt, wenn dau

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in Betrieb genommen wird, wenn die Maschine warmgelaufen wird oder wenn das Fahrzeug in die Beladeposition manövriert wird. Wird der Schalthebel 28 in die Stellung auf volle Geschwindigkeit des Motors 34 verschwenkt, wird die Steuereinrichtung: 68 so eingestellt, daß der Motor auf volle leistung arbeiten kann.

Der Antriebsmotor ist überdies mit einer Antriebsvorrichtung 72 für eine Pumpe 74 verbunden, die über eine Leitung 76 mit dem Einlaß eines Steuerventils 78 in Verbindung steht. Dessen Auslaß ist über eine Leitung 80 mit einem in der Kupplung 38 vorgesehenen ringförmigen Kolben 82 verbunden. Die Menge der sur Bückseite dieses Kolbens augeleiteten Druckflüssigkeit bestimmt den Anpreßdruck der Kupplungsscheiben und demzufolge die Geschwindigkeit der aüi Kupplungsausgang angeordneten Platte 40, welche die Eingangsdrehs.ahl des Drehmomentwandlers 42 regelt. Diese Drehzahl des Wandlers bestimmt die !Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges, abhängig von der Schaltstufe im ./echseigetriebe 46.

Das Steuerventil 78 enthält einen Schieber 84 mit an beiden Enden vorgesehenen Steuerkanten 86. Beidendig auf den Schieber wirkende Federn 38 zentrieren den Schieber in einer Stellung, in der der Durchfluß des Druckmittels durch die Leitung 76 gesperrt ist. Ein durch die eine Stirnfläche des Yentils 78 verschiebbar hindurchgreifender Kolbenstift 90 ist über ein Gestänge 92 mit dem Pedal 30 verbunden· Wird das Pedal aus der in der Zeichnung veranschaulichten Lage niedergedrückt, bewirkt das Gestänge 92 eine Verschiebung des Kolbenstiftes 90 in der Zeichnung nack links, wodurch die Leitung 76 von der Steuerkante 86 freikommt und dann das Druckmittel zur Rückseite des Kolbens 82 strömen kann· Dieser auf den Kolben 82 wirkende Druck wird

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durch die Länge des Verschiebeweges des Schiebers 84 und folglich durch die hierdurch freigegebene .Üffnun^'sgröiie der Zuflußleitung 76 bestimmt. Diese durch die Lage der Steuerkanten 86 änderbare Üffnungsgröße bewirkt einen Druckabfall in der durchfließenden Flüssigkeit. Dieser Durchfluß wird durch das Abfließen der Flüssigkeit um den Kolben herum ermöglicht. Dieses Abfließen hat die zusätzliche Wirkung, daß die Kupplungsscheiben gekühlt werden. Mittels des Pedals 30 läßt sich folglich das fahrzeug Tom Stillstand bis zur größtmöglichen Geschwindigkeit steuern, wenn der Schalthebel 28 in die Stellung auf volle Geschwindigkeit des Antriebsmotors 34 gebracht ist.

Am Vorderteil 12 des Fahrzeuges sind an Schwenkzapfen zwei Schwingarme 100 angelenkt, die durch hydraulische Kraftzylinder 104 betätigt werden können, um eine toe den Schwingarmen gelenkig getragene Ladeschaufel 106 anheben oder senken zu können. Kin weiterer hydraulisch betätigbarer Kraftzylinder 108 ist mit dem einen Arm eines schwenkbar zwischen den Schwingarmen 100 angeordneten Winkelhebels 110 verbunden, dessen anderer Arn über ein Gestänge 112 mit der Ladeschaufel 106 gelenkig verbunden ist. Durch oft gleichzeitig benötigtes Ausstoßen bzw. Einziehen der Kolbenstangen der dann jeweils an einem Ende mit Druckflüssigkeit beaufschlagten Kraftzylinder 104, 108 wird die Ladeschaufel in die jeweils benötigte Stellung gebracht. Durch den Kraftzylinder 104 wird hierdurch die Höhenlage der Ladeschaufel gesteuert, während durch den Kraftzylinder das Kippen und das Zurückschwenken der Schaufel bewirkt wird. Zur Vereinfachung wird nachfolgend nur der für den Kraftzylinder 108 vorgesenene Flüssigkeitskreislauf erläutert. Der für andere Kraftzylinder, so der für den Zylinder vorgesehene Kreislauf ist ähnlich ausgebildet.

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Zwei Leitungen 114 und 116, von denen die eine mit dem Kopfende des Zylinders 108, die andere mit dessen Stangeiiende verbunden ist, stehen mit einem Ventil 118 in Flüssig keitsvefbindung, dem von der Pumpe 74 durch eine Leitung 120 [Druckflüssigkeit zugeführt wird. Eine Rückflußleitung 120 verbindet dieses Ventil mit einem.Sammelbehälter 124· Durch Verschwenkung des Steuerhebels 32 in der einen oder anderen Richtung wird die Zufuhrleitung 120 mit einer der Leitungen 114, 116 und die jeweils andere dieser Leitungen gleichzeitig mit der Rückflußleitung 120 in Verbindung gebracht und dadurch die Kolbenstange des Zylinders 108 nach Wunsch und Erfordernis ausgestoßen und eingezogen und auf diesem Wege die Ladeschaufel entweder gekippt oder zurüekgesehwenkt.

Die zur Betätigung des KraftZylinders 108 und anderer zur Betätigung weiterer auf dem Fahrzeug vorgesehener Arbeitsgeräte dienender Kraftzylinder benötigten Druckhöhen und Flüssigkeitsmengen sind sehr viel größer als wie sie zur Betätigung der Kupplung 38 erforderlich sind. Deshalb ist es erwünscht, zwei gesonderte und unabhängig voneinander arbeitende Pumpen 74 vorzusehen. Die eine Pumpe dient dann zur Förderung einer verhältnismäßig kleinen Menge

/2 ^vcft mit einem Höchstdruck, von etwa 17»5 kp/cm , während/der anderen Pumpe eine viel größere Menge mit einem Druck von etwa'175 kp/cm gefördert wird, die zur Betätigung der Kraftzylinder der Arbeitsgeräte dient. Für die verschiedenen Kreisläufe und Ölarten werden dann also gesonderte Pumpen und Flüssigkeitskreisläufe benötigt.

Periodisch arbeitende Fahrzeuge, wie Erdbewegungsmaschinen, müssen eine ausreichende Fahrgeschwindigkeit entwickeln können, um das Arbeitsspiel in kürzester Zeit durchzuführen, und sollen für den Arbeitskreislauf eine innerhalb einer Geschwindigkeitsschaltstufe liegende angemessene Geschwindigkeit leisten. Bei einer solchen Anordnung würde es für

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den Fahrer dann nicht nötig sein, während des Arbeitsverlaufes auf einen anderen Gang umzuschalten. Dann brauchte der Fahrer sie ti ausschließlich mit Richtungsänderungen des Fahrzeuges und mit der Betätigung der Arbeitsgeräte, beispielsweise der Ladeschaufel beschäftigen, ohne während der Arbeit mit dem Schalten des Wechselgetriebes belastet zu sein.

Überdies sollte die Fahrzeuggeschwindigkeit in Beziehung zur Stellung des Pedals 30 stehen, so daß v/eniger Anlaß zum Gebrauch der Bremsen besteht. Dadurch werden nicht nur die Bremsen geschont und deren Verschleiß kleingehalten, sondern der Fahrer wird danr. weniger beansprucht. Bei Verwendung eines ortsfesten Wandlergehäuses mit einem hohen Anzugsdrehmomentverhältnis bewirkt das Verhältnis zwischen Drehmomentwandlerausgang und Drehmomentwandlereingang, daß die änderbare Kupplung 3ü in dem durch das Pedal 30 bestimmten Maß schlüpft. Wenn beispielsweise der Fahrer durch volles Niederdrücken des Pedals 3^υ die Kupplung zum völligen Reibun^sschluß bringt und dann das Pedal auf unterschiedliche Stellungen zurückgehen läßt, läßt der verhältnismäßig konstante Wandlereingang die angetriebenen Scheiben der Kupplung bis zu einem der neuen Stellung des Pedals entsprechenden Maße schlüpfen. Dabei werden irgendwelche innerhalb der Kupplung auftretende lieibungs- und Fliehkräfte überwunden, die andernfalls die Kupplung in ihrer vorhergehenden Schlüpfstellung halten würden. Wenn der Fahrer den Druck auf das Pedal 30 geringer werden läßt, verlangsamt das Fahrzeug die Fahrt, ohne daß es der Betätigung der Fahrzeugbremsen bedarf.

Die Wirtschaftlichkeit hängt nicht nur von der Zeit ab, in der die Erdbewegungsmacchine ihren Arbeitskreislauf durchführt, sondern auch von der Größe des Antriebsmotor. Je größer dieser kotor ist, bezogen auf die

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bei einer gegebenen Geschwindigkeit, um zu teuerer ist er auch.. -ßJs könnte wohl ein Motor verwendet wenden, der viel größer ist als er benötigt wird, um gleichzeitig die Le istunt, für maximale Zugkraft und maximale Kraft für die Zubehörteile, wie für die hydraulische Pumpe 74 aufzubringen, doch wegen der hohen Kosten wäre ein solcher Motor unerwünscht. Man hat erkannt, daß optimale Lader-Charakteristiken erreicht werden, wenn der Antriebsmotor so groß gewählt wird, daß er bei Belastung mi"'c maximaler Zugkraft und maximaler Hilfskraft für den Lader 15 'f> seiner, Henndrehzahl verliert, doch daß selbst dann noch ein befriedigendes Arbeiten erreicht wird, wenn unter den genannten "Voraussetzungen die Ho tor drehzahl bis auf 25 Ψ> unter der Henndrehzahl absinkt.

Da der Drehmomentwandler 42 und die veränderbare Kupplung 38 während wenigstens eines Teils des üblichen Arbeitskreislaufes für das fahrzeug eine beträchtliche V/ärme entwickelt, müssen Kittel vorgesehen sein, die Wärme aus diesen Bauelementen abzuführen, "um die dort erzeugte Wärme zu absorbieren, wird Öl in verhältnismäßig großer Menge durchge'leitet und zu einem Radiator 126 geleitet, um dort die im Ol enthaltene Wärme an die Atmosphäre abzuführen. Dieser Radiator 126 ist zusätzlich zum üblichen Radiator 128 vorgesehen, in "welchem die im Kühlwasser des Antriebsmotors enthaltene Wärme an die Atmosphäre abgeführt wird. Durch einen vom Motor 34 angetriebenen Ventilator 13Ü wird ein Luftzug durch die Radiatoren 126 und 128 aufrechterhalten. In der Auspuffleitung 134 des Motors 34 ist ein Schalldämpfer 132 angeordnet.

Während der üblichen Arbeiten des Fahrzeuges 10 ist der Schalthebel 28 so eingestellt, daß die Steuereinrichtung 68 den Antriebsmotor 34 auf Uenndrehzahl hält» Dies bedeutet, daß der Motor während des Arbeitens des fahrzeuges mit im wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit umläuft, dies im Gegensatz zum Beschleunigen vom Leerlauf auf ITenndrehzahl

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BAD ORiOINAL

und wieder zurück zur Leerdrehzahl, wenn das Fahrzeug fährt. Wird ein Fahrzeug insbesondere unter Last beschleunigt, entstellen Geräusche sehr unterschiedlicher Frequenz. Mit der Änderung der Drehzahl des Motors 34 variiert dann auch die dabei erzeugte Geräuschfrequenz über einen weiten Bereich. Wird dagegen die Drehzahl des Motors beim Arbeiten verhältnismäßig konstant gehalten, verbleibt auch die Geräusehfrequenz in einem verhältnismäßig engen Bereich. Da das Dämpfen einer konstanten oder annähernd konstant.bleibenden Frequenz viel einfacher ist als eine Dämpfung über einen weiten Frequenzbereich, kann im beschriebenen Fall der Schalldämpfer 132 für einen verhältnismäßig engen Frequenzbereich für die Geräusche ausgelegt sein, die während des Arbeitens des Motors 34 bei im wesentlichen gleichbleibender Drehzahl erzeugt werden.

Zusätzlich zu der an der Frontseite des Fahrzeuges 10 angeordneten Ladeschaufel 106 können weitere Arbeitswerkzeuge am Fahrzeug angebracht sein. An einem am hinteren Fahrzeugteil 14 befestigten Rahmen 142 ist beispielsweise ein Heckaufreißer 136 vorgesehen, der aus einem oder mehreren Heißzähnen 138 besteht und der mit dem Rahmen 142 durch einen Zapfen 140 gelenkig verbunden ist. Der Heckaufreißer 136 ist mit dem Rahmen 142 durch einen hydraulischen Kraftzylinder 144 verbunden, zu dessen Betätigung ein Flüssigkeitskreislauf vorgesehen ist, der ähnlich wie jener ausgebildet ist, der zur betätigung des die Ladeschaufel steuernden Kraftzylindera 108 dient·

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Claims

Ϊ at entansprüche

Mit angetriebenen Rädern versehenes Arbeitsfahrzeug, beispielsweise Erdbewegungsinas chine, dessen Antriebsaggregat aus einem Antriebsmotor und einem Drehmomentwandler mit ihm vorgeschalteter hydraulisch betätigbarer Schlupfkupplung besteht, deren Anpreßdruck durch Regelung des ihr zugeführten Druckmittels über ein Steuerventil änderbar ist und in deren Flüssigkeitskreislauf Fördermittel für das auf einen gegebenen maximalen Druck zu bringendes Druckmittel eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß für den Motor (34) eine in zwei Lagen verstellbare Drehzahl-Steuereinrichtung (68) vorgesehen ist, in deren einer Lage der Motor auf Leerlauf, in deren anderer Lage der Motor auf Uenndrehzahl umläuft, und daß mit dem Steuerventil (78) ein Pedal (30) verbunden ist, welches entsprechend dem auf ihn ausgeübten Preßdruck den Schieber (84) im Ventil (78) zwischen einer den Durchfluß des Druckmittels zur Kupplung (38) sperrenden und einer den Durchfluß freigebenden Stellung verlagert, wobei auf den Schieber Federn (88) wirken, die ihn in seine Sperrstellung und das Pedal in seine ausgerückte Lage drängen, daß ein über den Drehmomentwandler (42) antreibbares Wechselgetriebe (46) wenigstens eine Ausgangswelle (56, 64) aufweist, und daß der Motor (34) das Fahrzeug bei angelegter Kupplung (38) mit höchster Zugkraft und gleichzeitig die Pumpe (74) auf höchsten Förderdruck antreibt.

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2. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentwandler (42) ein ortefestes Gehäuse
hat.
3. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall der Antriebsmotordrehzahl zwischen 15 und 25 io seiner Nenndrehzahl beträgt, wenn die Kupplung (38) auf höchste Zugkraft angelegt ist und die Pumpe (74) auf höchsten Förderdruck arbeitet.

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