DE2335629A1 - Antriebsvorrichtung, insbesondere fuer land- und bauwirtschaftlich genutzte fahrzeuge - Google Patents

Antriebsvorrichtung, insbesondere fuer land- und bauwirtschaftlich genutzte fahrzeuge

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DE2335629A1 DE19732335629 DE2335629A DE2335629A1 DE 2335629 A1 DE2335629 A1 DE 2335629A1 DE 19732335629 DE19732335629 DE 19732335629 DE 2335629 A DE2335629 A DE 2335629A DE 2335629 A1 DE2335629 A1 DE 2335629A1
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Description

X. FENDT & CO.
MASCHINEN· UND SCHLEPPERFABRIK MARKTOBERDORF/ALLGÄU
WEITFEIDSTRASSE31
124-0-Zw/Gl
Antriebsvorrichtung, insbesondere für land- und bauwirtschaftlich, genutzte Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für deren Ausgang vorzugsweise eine Drehrichtung dominiert entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 1.
Teilhydrostatische Getriebe mit äußerer Leistungsverzweigung durch Planeten- oder andere Verzweigungsgetriebe sind in vielfältiger Form bekannt und werden bereits in großem Umfang für verschiedene Verwendungszwecke eingesetzt.
Die Leistungsverzweigung kommt hierbei in der Regel durch ein Planetengetriebe zustande, wobei eine Verdrängereinheit eines vollhydrostatischen Getriebes mit einem Reaktionsteil des Planetengetriebes verbunden ist.
Ein bei vielen Anwendungen sehr wichtiges Funktionsmerkmal ist der Wirkungsgrad. Er hat insbesondere bei ständig und unter hoher Belastung laufenden hydrostatischen Getrieben eine große Bedeutung, z. B. bei Fahrantrieben von Ackerschleppern.
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Die für den angegebenen Verwendungszweck bisher bekannten Getriebe haben Jedoch einerseits aufgrund ihrer bauspezifischen Merkmale und andererseits aufgrund ihrer Zuordnung zum Verzweigungsgetriebe nicht den erforderlichen optimalen Wirkungsgradverlauf über einen genügend großen Regelbereich.
Hinsichtlich einer Verwendung eines hydrostatischen Getriebes für den Antrieb eines Schleppers sind außerdem eine Reihe von Forderungen gleichzeitig zu stellen bzw. zu erfüllen:
a) Der Wirkungsgradverlauf sollte im Volleistungsfahrbereich (zwischen ca. 5-30 km/h) bei mindestens 90 % liegen.
b) Das maximale Ausgangsmoment (bei ca. 5 km/h) muß ab V=O zur Verfugung stehen, um eine Anfahrtzugkraft an der Rutschgrenze zu gewährleisten.
c) Der gesamte Geschwindigkeitsbereich von ca. 15 km/h bei Rückwärtsfahrt über V=O bis zu einer Vorwärtsfahrtgeschwindigkeit von ca. 30 km/h sollte vom Regelbereich des stufenlosen Getriebes überdeckt werden, d. h. mechanische Schaltstufen sollten möglichst entfallen.
Während diese Forderungen hinsichtlich der Leistungsdaten auftreten, gelten für die Einbauverhältnisse ähnliche Bedingungen:
d) Die äußere Form (Bauform) soll·der üblichen T-Form mechanischer Schlepperachsgetriebe entsprechen.
e) Die Antriebsvorrichtung soll für Wartungsarbeiten gut zugänglich sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der ins-
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besondere der Wirkungsgradverlauf im Volleistungsbereich optimal ist und alle anderen wichtigen Forderungen mit erfüllt sind.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit Hilfe der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.
Durch die Art der Vorschaltung des Planetengetriebes zur Primärmaschine wird einerseits die Leistung auf den hydrostatischen bzw. mechanischen Zweig der Antriebsvorrichtung aufgeteilt» zum anderen ist, ausgehend von dem Drehzahlniveau eines Dieselmotors, ein Drehzahlniveau der einzelnen Bauelemente erreichbar, in dem diese bei optimalen Wirkungsgraden arbeiten. Durch die Gestaltung und Zuordnung des Planetengetriebes ist es z.B. möglich, den Zahntriebsrverlust bei maximalen Strömungsverlusten des hydrostatischen Teiles gering zu halten.
Ein weiterer durch die Erfindung zu erzielender Vorteil besteht darin, daß der Leistungsfluß des mechanischen und hydrostatischen Leistungszweiges im Bereich der Vorwärtsfahrt (Schwenkwinkel der hydrostatischen Maschinen ausgehend von der Heutralstellung der Primärmaschine bis zur Neutralstellung der Sekundärmaschinen), in positiver Richtung verläuft.
Um den angestrebten hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ergänzen sich weitere erfindungsgemäße Merkmale gegenseitig. So ist z.B. die hydrostatische Primärmaschine bei Verwendung einer Schwenktrommelmaschine axial über 2 hintereinander geschaltete Axiallager gelagert, die sich einseitig an einem hydrostatiseh wirkenden Widerlager abstützen.
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Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die Axialkomponente, resultierend aus der Kräftezerlegung am Triebflansch, zu gleichen Teilen von Axiallagern mit wesentlich kleineren Durchmessern entsprechend der herkömmlichen Bauweise aufgenommen wird.
Weiterhin hebt die sich auf der Druckseite der hydrostatischen Sekundärmaschinen einstellende Gesamtresultierende der hydraulischen Druckkräfte mit der aus den Zahneingriffsverhältnissen herrührenden Kraft weitgehend auf. Dadurch ist erreicht worden, daß die, die beiden Triebflansche der gegeneinandergestellten Sekundärmaschinen miteinander verbindenden Welle über ebenfalls wesentlich kleinere Radiallager gelagert werden kann.
V/eitere für die Erfindung wesentliche Merkmale und Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen zu entnehmen. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 2 die teilweise geschnittene Seitenansicht der Antriebsvorrichtung in Einbaulage, z.B. in einem landwirtschaftlich genutzten Schlepper;
Fig. 3 die teilweise Draufsicht auf die Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 2, wobei eine Schlepperhinterachse zugrunde gelegt ist;
Fig. 4- die gegenseitige Zuordnung der beiden Sekundärmaschinen in Einbaulage.
Das in Fig. 1 gezeigte Getriebeschema liegt einer Antriebsvorrichtung 1 der Gattung eines teilhydrostatischen Getriebes mit äußerer Leistungsverzweigung zugrunde. Der
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hydrostatische Teil bzw. der hydrostatische Leistungszweig dieser Antriebsvorrichtung 1 ist aus einer hydrostatischen Primärmaschine 2 mit veränderlichem Schluckvolumen und zwei gegeneinander gestellten hydrostatischen Sekundärmaschinen 3» 4-i cLie ebenfalls mit veränderlichem Schluckvolumen arbeiten, gebildet. Die Sekundärmaschinen 3» 4- sind quer zur Fahrtrichtung angeordnet. Die hydrostatischen Maschinen 2, 3* 4· sind untereinander durch schematisch angedeutete Leitungen 5 verbunden.
Der hydrostatischen Primärmaschine 2 ist ein Planetengetriebe 6 vorgeschaltet.
Ausgehend von einem nicht dargestellten motorischen Antrieb, bei dem zugrundeliegenden Ausführungsbeispiel eines Schleppertriebwerkes ein Dieselmotor mit etwa 2.400 min" bei Nenndrehzahl, ist über eine Eingangswelle 7 ein UmIaufgehäuse 8 drehantreibbar innerhalb eines nicht näher dargestellten Gehäuses gelagert.
Das Planetengetriebe 6 setzt sich aus einem äußeren Zentralrad 9t einem inneren Zentralrad 10, den Planetenrädern 11 und dem Planetenradträger 12, der Bestandteil des Umlaufgehäuses 8 ist, zusammen.
Im Hinblick auf das der Antriebsvorrichtung 1 zugrundeliegende Drehzahlniveau ist die Anordnung des Umlaufgehäuses 8 und des Planetenradträgers 12 derart geschaffen, daß das Planetengetriebe 6 innerhalb des Umlaufgehäuses 8 zu liegen kommt, d.h., es wird von dem Umlaufgehäuse 8 topfartig umschlossen.
Das äußere Zentralrad 9 ist drehfest mit einer Welle 13 verbunden, die die Antriebswelle für die Primärmaschine darstellt.
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Auf dieser innenliegenden Welle 13 ist drehbar eine Hohlwelle 14 gelagert, die einenends das innere Zentralrad 10 des Planetengetriebes 6 und anderenends ein weiteres Zahnrad 15 drehfest aufnimmt. Das Zahnrad 15 steht mit einem weiteren Zahnrad 16 in kämmender Verbindung, das auf einer Nebenwelle 17 drehfest montiert ist. Am freien Ende der Nebenwelle 17 befindet sich ein Zahnritzel 18, z.B. ein Kegelrad, das mit einem Tellerrad 19 ebenfalls in kämmender Verbindung steht.
Das Tellerrad 19 ist mit einem Differentialgehäuse 20 verbunden.
Das innere Zentralrad 10 des Planetengetriebes 6 bildet den Eingang des mechanischen Leistungszweiges, der sich weiter aus der Hohlwelle 14, dem Zahnradpaar 15, 16, der Nebenwelle 17 und dem Zahnradpaar 18, 19 zusammensetzt.
Am Differentialgehäuse 20 ist ein weiteres Zahnrad 21 befestigt, das mit einem Zahnrad 22 der hydrostatischen Sekundärmaschinen J, 4 in Antriebsverbindung steht. Das Zahnrad 22 ist funktionell Bestandteil einer die beiden Triebflansche 23 und 24 der hydrostatischen Sekundärmaschinen 3 und 4 miteinander verbindenden Welle 25.
Innerhalb des Differentialgehäuses 20 sind in an sich bekannter Weise Ausgleichskegelräder 26, 27 sowie Achswellenkegelräder 28, 29 für je eine rechts- und linksseitig liegende Achshalbwelle 30, 31 angeordnet.
Die beiden Achshalbwellen 30, 31 können, wie dies im beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, miteinander kuppelbar sein (mechanische Differentialsperre).
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung, einem Schleppergetriebe, ist zusätzlich zu dem beschriebenen Aufbau der Getriebeanordnung eine Zapfwelle 32 vorgesehen. Der Zapfwellenstrang 33 wird ausgehend von einer, auf der Getriebeeingangswelle 7 gelagerten Hohlwelle 34 und mindestens einen Zahntrieb und gegebenenfalls eine weitere Untersetzungsstufe 36 gebildet. Mit dem Zahnrad 15» das auf der Hohlwelle 14 angeordnet ist, steht ein weiteres, auf dem Zapfwellenstrang drehbar gelagertes Zahnrad 37 in kämmender Verbindung. Ein Zahnrad 38 der Untersetzungsstufe 36 dient im geschalteten Zustand dazu, die Zapfwelle 32 motordrehzahlabhängig anzutreiben, während bei geschaltetem Zahnrad 37 die Zapfwelle 32 in Abhängigkeit der zurückgelegten Wegstrecke angetrieben wird.
In Pig. 2 ist die teilweise geschnittene Seitenansicht der Antriebsvorrichtung in Einbaulage dargestellt. Mit der Getriebeeingangswelle 7 fest verbunden ist das Umlaufgehäuse 8, das- wie bereits erwähnt - das Planetengetriebe 6 topfartig umschließt.
Das Umlaufgehäuse 8 ist über ein Radiallager 39 innerhalb eines Gehäuses 40, das die gesamte Antriebsvorrichtung 1 einschließt, gelagert.
Am Umlaufgehäuse 8 ist zusätzlich ein Zahnrad 41 befestigt, das mit einem weiteren Zahnrad 42 zum Antrieb von Hilfspumpen 43 in Antriebsverbindung steht.
Das äußere Zentralrad 9 ist mit der innen liegenden Welle 13 verbunden, die die Antriebswelle für die Primärmaschine 2 bildet.
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Die Primärmaschine 2 und insbesondere die Sekundärmaschinen 3 und 4 bestehen aus hydrostatischen Maschinen in Schwenktrommelbauart mit großem Schwenkwinkel.
Die Synchronisation bei Verwendung von sphärischen Kolben zwischen den Trieb flanschen 44 bzw. 23 und 24- und den Kolbentrommeln 45 erfolgt über je eine Gelenkwelle z. B. ein Kardangelenk 46.
Die Kolbenstangen 47 und die Stützkelche 48 sind einstückig ausgeführt, wobei die Abstützung am Triebflansch 44 bzw. 23 und 24 auf Kugeln 49 erfolgt. Die selbst nicht dargestellten Kolben sind triebflanschseitig in gleichbleibendem Verhältnis hydrostatisch entlastet. Die hierzu notwendigen Entlastungsbohrungen sind selbst nicht , dargestellt.
Der Triebflansch 44 der Primärmaschine 2 ist innerhalb des Gehäuses 40 radial über ein Wälzlager 50 abgestützt. Die aus der Kraftzerlegung am Triebflansch 44 herrührende Axialkomponente wird von zwei hintereinander angeordneten Axiallagern 51 j 52 aufgenommen. Der Stützring 53 des Axiallagers 51 umgreift das dahinterliegende Axiallager topfartig und schließt mit einem, dem zweiten Axiallager 52 zugeordneten Bundring 54 bündig ab. Der Raum 55 zwischen dem Stützring 53 und dem Bundring 54 und dem Gehäuse 40 ist mit einem hydrostatisch wirkenden Werkstoff z.B. öl oder (vorzugsweise zur Vermeidung von zusätzlichen Dichtelementen) einem plastischen, praktisch inkompressiblen Elastomer gefüllt, so daß die Axialkomponente von beiden Axiallagern 51» 52 aufgrund der wirksamen Flächen zu gleichen Teilen aufgenommen wird. Hiermit wird gegenüber den bekannten Anordnungen eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades durch Verminderung der Wälzlagerreibungsverluste erreicht.
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Eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besteht darin, daß das, den Sekundärmaschinen 3 j 4- zugeordnete Zahnrad 22 gegenüber der Vertikalen 56 unter einem, etwa dem Eingriffswinkel der Verzahnung zwischen dem Zahnrad 22 und dem, am Differentialgehäuse 20 angeordneten Zahnrad 21 entsprechenden Winkel "a" angeordnet ist. Die Maßnahme bringt folgenden Vorteil mit sich:
Wie bereits erwähnt, sind die Triebflansche 23, 24 der beiden Sekundärmaschinen 3, 4- über eine Welle 25 miteinander verbunden, die mittels Radiallager 57, 58 innerhalb des Gehäuses 40 drehbar gelagert ist (vgl. Fig. 4).
Falls nach Fig. 2 die unten liegende, ölführende Leitung 5 die druckführende Leitung ist, stellen sich im · Schwerpunkt der untenliegenden Halbkreise der Triebflansche 23, 24 die Gesamtresultierenden der Radialkräfte ein. Der Grundkreis des Zahnrades 22 entspricht annähernd dem Abstand der Schwerpunkte dieser Halbkreise, so daß die Gesamtresultierenden der Radialkräfte auf diesem Grundkreis wirksam werden.
Durch die Neigung der Achse des Zahnrades 22 gegenüber dem Zahnrad 21 wird diese Gesamtresultierende der Radialkräfte durch die Kraft resultierend aus den Zahneingriff sbedingungen (in Abhängigkeit vom vorliegenden Fahrwiderstand) im Bereich der Vorwärtsfahrt nahezu vollständig kompensiert, so daß die, auf die Wälzlager 57j 58 wirkenden Radialkräfte sehr klein sind. Dies ermöglicht, daß gegenüber den herkömmlichen Bauweisen derartiger Anordnungen Lager mit wesentlich kleineren Tragzahlen Verwendung finden können. Dies ist hinsichtlich des erreichbaren Wirkungsgrades von zusätzlichem Vorteil.
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Die Lagerung der übrigen Bauelemente der Antriebsvorrichtung erfolgt in allgemein bekannter Art, so daß auf eine nähere Beschreibung der Einbauverhältnisse verzichtet werden kann.
In Fig. 3 ist die Einbaulage der Antriebsvorrichtung innerhalb eines Hinterachsgehäuses 60 eines Schleppers dargestellt. Die Anordnung gibt die Stellung bei einer Übersetzung i = 0,33 wieder.
In dieser Stellung erreichen die StrömungsVerluste ein Maximum, während die Zahntriebverluste des Planetengetriebes durch Abnahme der Relativdrehzahlen ein Minimum erreichen bzw. zu Null werden.
Innerhalb der rechts- und linksseitig vorgesehenen Achstrichter sind zur Erreichung der Abtriebdrehzahlen je zwei weitere Untersetzungsstufen 61 angeordnet, wobei die außenliegenden in Form von Planetengetrieben vorgesehen sind.
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Claims (17)

  1. Patentansprüche
    Γ 1 .Antriebsvorrichtung für deren Ausgang vorzugsweise eine Drehrichtung dominiert, insbesondere für land- und bauwirtschaftlich genutzte Fahrzeuge, wie z. B. Schlepper und Geräteträger, wobei die Leistung eines motorischen Antriebes von einem konzentrisch liegenden Antriebswellenstrang ausgehend über einen hydrostatischen Leistungszweig, bestehend aus einer hydrostatischen Primärmaschine mit veränderlichem Schluckvolumen und zwei hydrostatischen Sekundärmaschinen mit veränderlichem Schluckvolumen und einem mechanischen Le is tungs zweig sowie einem Planetengetriebe übertragbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Primärmaschine (2) ein Planetengetriebe (6) derart vorgeschaltet ist, daß das äußere Zentralrad (9) mit einer innen liegenden Antriebswelle (13) für die Primärmaschine (2) in drehfester Verbindung steht und daß das innere Zentralrad (10) drehfest mit einer Hohlwelle (14) verbunden ist und den Eingang des mechanischen Leistungszweiges darstellt.
  2. 2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (12) aus einem mit der Getriebeeingangswelle (7) des Antriebswellenstranges in drehfester Verbindung stehenden Umlaufgehäuse (8) gebildet ist.
  3. 3. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Zentralrad (9) von dem Umlaufgehäuse (8) mind, teilweise umschlossen ist.
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  4. 4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Hohlwelle (14) mindestens ein weiteres Zahnrad (15) drehfest angeordnet ist, das mit einem auf der Nebenwelle (17) des mechanischen Leistungszweiges angeordneten Zahnrad (16) in kämmender Verbindung steht.
  5. 5. Antriebsvorrichtung mit einer motor- und/oder wegabhängig antreibbaren Zapfwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Getriebeeingangswelle (7) eine weitere Hohlwelle (34) drehbar gelagert ist, mittels der über mindestens ein weiteres Zahnradpaar (35 bzw. 36) der Zapfwellenstrang (33) motorabhängig antreibbar ist.
  6. 6. Antriebsvorrichtung nach den .Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den wegabhängigen Antrieb der Zapfwelle mindestens ein Zahnrad (15) des mechanischen Leistungszweiges mit einem weiteren Zahnrad (37) des Zapfwellenstranges (33) in Antriebsverbindung bringbar ist.
  7. 7· Antriebsvorrichtung, wobei die Ausgangsleistung über ein Differential auf rechts- und linksseitige Achshalbwellen übertragbar ist nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgehäuse (20) den Leistungszusammenführungspunkt der Teilleistungen des mechanischen und hydraulischen Leistungszweiges darstellt.
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  8. 8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die liebenwelle (I7} ein Ritzel (18) aufweist, das mit einem am Differentialgehäuse (20) angeordneten Tellerrad (19) in. Antriebsverbindung steht.
  9. 9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß den gleichachsig angeordneten Sekundärmaschinen (3» 2O ein Zahnrad (22) zugeordnet ist, das mit einem weiteren am Differentialgehäuse (20) angeordneten Zahnrad (21) in kämmender Verbindung steht.
  10. 10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsfluß des mechanischen und hydraulischen Leistungszweiges im Bereich der Schwenkwinkel der hydrostatischen Maschinen (2, 3* 2O ausgehend von der Neutralstellung (Nullstellung) der Primärmaschine (2) bis zur Neutralstellung (Nullstellung) der Sekundärmaschinen (3, 4-) bezogen auf Vorwärtsfahrt in positiver Richtung verläuft.
  11. 11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativdrehzahlen des Planetengetriebes (6) im Bereich des maximalen Ölstromes abnehmen bzw. zu Null werden.
  12. 12. Antriebsvorrichtung^ insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatische Primärmaschine (2) axial über zwei hintereinander angeordnete Axiallager (51» 52), die sich einseitig auf einem plastisch verformbaren, praktisch .'. inkompressiblen Widerlager abstützen, gelagert ist.
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  13. 13. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatischen Maschinen (2, 3* 4·) als Schwenkkopfmaschinen ausgestaltet sind, wobei die hydrostatischen Sekundärmaschinen (3, 4-) gegeneinander gestellt und in bezug auf die Primärmaschine (2) T-förmig angeordnet sind.
  14. 14. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, daß sich die, auf der Hochdruckseite der hydrostatischen Sekundärmaschinen (3, 4) einstellende Gesamtresultierende der hydraulischen Druckkräfte mit der, aus dem Zahneingriff resultierenden Kraft, aufhebt.
  15. 15. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (22) der Sekundärmaschinen in Einbau lage vor und oberhalb des Differentialgehäuses (20) angeordnet ist und unter einer Neigung (a) gegenüber der Vertikalen (56)» die etwa dem Eingriffswinkel der Verzahnung entspricht, mit dem am Differentialgehäuse (20) angeordneten Zahnrad (21) in Eingriff steht.
  16. 16. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 13 * dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die hydrostatischen Sekundärmaschinen (3, 4) vom Hinterachsgehäuse (60) umschlossen sind.
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  17. 17. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verstellung der hydrostatischen Maschinen (2, 5» 4-) in Abhängigkeit vom übersetzungsverhältnis eine Servoversteileinrichtung vorgesehen ist, wobei die Primär- und Sekundärmaschinen (2, 3, 4) durch ein mechanisches Kopplungsgestänge untereinander verbunden sind.
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