DE2335629C3 - Hydrostatisch-mechanischer Antrieb fur land- und bauwirtschaftlich genutzte Fahrzeuge - Google Patents

Hydrostatisch-mechanischer Antrieb fur land- und bauwirtschaftlich genutzte Fahrzeuge

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DE2335629C3 DE19732335629 DE2335629A DE2335629C3 DE 2335629 C3 DE2335629 C3 DE 2335629C3 DE 19732335629 DE19732335629 DE 19732335629 DE 2335629 A DE2335629 A DE 2335629A DE 2335629 C3 DE2335629 C3 DE 2335629C3
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Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatisch-mechanischen Antrieb für land- und bauwirtschaftlich genutzte Fahrzeuge 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 Planet, getriebe 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.
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 eimer Verwendung eines hydrostati-
sehen Getriebes für den Antrieb eines Schleppers sind außerdem eine Reihe von Fc derungen gleichzeitig zu stellen bzw. zu erfüllen:
a) Der Wirkungsgradverlauf sollte im Volleistungs-
fahrbereich (zwischen cd. 5-30 km/h) bei mindestens 90% liegen.
b) Das maximale Ausgangsmoment (bei ca. S km/h) muß ab C= 0 zur Verfügung stehen, um eine Anfahrtzugkraft an der Rutschgrenze zu gewährleisten.
c) Der gesamte Geschwindigkeitsbereich von ca. 15 km/h bei Rückwärtsfahrt üb=r V = 0 bis zu einer Vorwärtsfahrtgeschwindigkeit von cd. 30 km/h sollte vom Regelbereich des stufenlcsen Getriebes überdeckt werden, d. h. mechanische Schaltstufen sollten möglichst entfalten.
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 Wa-tungsarbeiten gut zugänglich sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der insbesondere der Wirkungsgradverlauf im Volleistungsbereich optimal ist, wobei die Antriebsvorrichtung der üblichen T-Form mechanischer Schlepper-Achsgetriebe entspricht und alle anderen wichtigen Forderungen wie Anschluß der Brennkraftmaschine, Zapfwellenantrieb sowie die Möglichkeit zur Verwendung in der Gestaltung üblicher Achsantriebe mit erfüllt sind. Insbesondere ist dabei vorgesehen, Schwierigkeiten hinsichtlich der Unterbringung von Primärmaschine und zwei Sekundärmaschinen bei Verwendung an sich bekannter Schwenkkopfmaschinen in einem Gehäuse zu beheben, so daß eine Verwendung innerhalb einer Standardbauform eines land- oder bauwirtschaftlich genutzten Fahrzeuges, wie z. B. eines Schleppers, überhaupt ermöglicht wird.
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 einer Dieselbrennkraftmaschine, 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 Zahntriebverlust 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 des hydrostatischen Leistungszweiges, ausgehend von der Nullstellung der hydrostatischen Primärmaschine bis zur Nullstellung der hydrostatischen Sekundärmaschinen bezogen auf die Vorwärtsfahrt in positiver Richtung verläuft.
Aus der DE-PS 10 65 734 ist demgegenüber keine Antriebsvorrichtung mit Schwenkkopf maschinen, sondern eine solche unter Verwendung von Schiefscheibenmaschinen bekanntgeworden, die bekanntermaßen einen wesentlichen schlechteren Wirkungsgrad aufweisen. Zum Antrieb der hydrostatischen Primärmaschine sowie des mechanischen Getriebeteiles ist bei der entgegengehaltenen Anordnung eine Parallelschaltung von zwei Planetengetrieben erforderlich, was zu einer aufwendigen konstiuktion führt. In den Zeichnungen ist ein in der folgenden Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch-mechanischen Antriebs nach der Erfin-
S dung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch-mechanischen Antriebs nach der Erfindung in schematischer Darstellung,
Fig. 2 die teilweise geschnittene Seitenansicht des
ίο hydrostatisch-mechanischen Antriebs in Einbaulage, ζ. B. in einem landwirtschaftlich genutzten Schlepper, Fig. 3 die teilweise Draufsicht auf den hydrostatisch-mechanischen Antrieb gemäß Fig. 2, wobei eine Schlepperhinterachse in den Antrieb integriert ist, und
is Fig. 4 die gegenseitige Zuordnung der beiden hydrostatischen Maschinen in Einbaulage.
Der in Fig. 1 gezeigte hydrostatisch-mechanische Antrieb 1 für ein Fahrzeug arbeitet mit äußerer Leistungsverzweigung. Der hydrostatische Leistumgs-
ao zweig dieses hydrostatisch-mechanischen Antriebs 1 ist aus einer hydrostatischen Primärmaschine 2 mit veränderlichem Hub und zwei gegeneinander gestellten hydrostatischen Sekundärmaschinen 3 und 4, die ebenfalls mit veränderlichem, aber untereinander
»5 gleichem Hub arbeiten, gebildet. Die Sekundärmaschinen 3 und 4 sind quer zur Fahrtrichtung angeordnet. Die hydrostatischen Maschinen 2, 3 und 4 sind untereinander durch schematisch angedeutete Arbeitsdruckmittelleitungen S verbunden.
3» Der hydrostatischen Primärmaschine 2 ist ein leistungsteilendes Planetenrädergetriebe 6 vorgeschaltet.
Ausgehend von einem nicht dargestellten Antrieb durch eine Brennkraftmaschine, bei dem zugrundeliegenden Ausführungsbeispiel einer Dieselbrennkraftmaschine eines Schleppers mit etwa 2400 min"1 bei Nenndrehzahl, ist über eine Eingangswelle 7 ein Planetenräderträgcr 8 von dieser antreibbar innerhalb eines nicht näher dargestellten Getriebegehäu'jes gelagert.
Das leistungsteilende Planetenrädergetriebe 6 besteht aus einem Hohlrad 9, einem Sonnenrad 10, Planetenrädern 11 und dem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Planetenräderträger 8, der eine die Achsen der Planetenträger 11 tragende Scheibe 12 aufweist.
Im Hinblick auf das dem hydrostatisch-mechanischen Getriebe 1 zugrundeliegende Drehzahlniveau ist die Anordnung des Planetenräderträgers 8 derart vorgenommen, daß die Zahnräder des Planetenräderträgers 6 innerhalb des Planetenräderträgers 8 zu liegen kommen, d. h., diese werden von diesem topfartig umschlossen.
Das Hohlrad 9 ist drehfest mit einer Primärwelle
13> verbunden, die die Antriebswelle für die hydrostatische Primärmaschine 2 darstellt.
Auf dieser innenliegenden Primärwelle 13 ist drehbar eine Hohlwelle 14 gelagert, die am einen Ende das Sonnenrad 10 des leistungsteilenden Planetenrä-
Co dergetriebes 6 und am anderen Ende ein Antriebszahnrad 15 drehfest trägt. Das Antriebszahnrad 15 steht mit einem Nebenwellenrad 16 in Eingriff, das am einen Ende einer Nebenwelle 17 drehfest angeordnet ist. Am anderen Ende der Nebenwelle 17 ist
«5 ein Kegelrad 18 befestigt, das mit einem Tellerrad 19 kämmt.
Das Tellerrad 19 ist mit einem Ausgleichgetriebe gehäuse 20 verbunden.
Das Sonnenrand 10 des lcistungstcilcndcn Planetcnrädcrgctricbes 6 bildet den Eingang des mechanischen Leistungszweiges, der sich weiter aus der Hohlwelle 14, dem Zahnräderpaar 15,16, der Nebenwellc 17 und dem Kcgclräderpaar 18, 19 zusammensetzt.
Am Ausglcichgetricbcgehäusc 20 ist ein weiteres Antriebszahnrad 21 befestigt, das mit einem von den hydrostatischen Sekundärmaschinen 3 und 4 angetriebenen Zahnrad 22 in Eingriff steht. Das Zahnrad 22 ist dazu funktionell Bestandteil einer die beiden Triebflansche 23 und 24 der hydrostatischen Sekundärmaschinen 3 und 4 miteinander verbindenden Sckundärwelle 25.
Innerhalb des Ausglcichgetriebegchäuscs 20 sind in üblicher Weise Ausgieichkegeiräder 26 und 27 sowie jeweils auf einer rechts- bzw. linksseitig liegenden Achswelle 30 und 31 befestigte Achswellenräder 28 und 29 angeordnet.
Die beiden Achswellen 30 und 31 können, wie dies im beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, miteinander kuppelbar sein (mechanische Ausgleichgetriebesperre). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des hydrostatisch-mechanischen Antriebs nach der Erfindung ist zusätzlich zu dem beschriebenen Aufbau des Fahrantriebs ein Zapfwellenantricb 32 vorgesehen. Eine Zapfwelle 33 wird von einer auf der Eingangswelle 7 gelagerten Hohlwelle 34 über mindestens ein Zahnräderpaar 35 und gegebenenfalls eine weitere Übersetzungsstufe ins Langsame 36 angetrieben. Mit dem auf der Hohlwelle 14 angeordneten Antriebszahnrad 15 steht ein auf der Zapfwelle 33 drehbar gelagertes Zahnrad 37 in Eingriff. Ein Zahnrad 38 der Übersetzungsstufe ins Langsame 36dient im in den Kraftfluß eingeschalteten Zustand dazu, die Zapfwelle 33 antricbsmaschinendrehzahlabhängig anzutreiben, während bei in den Kraftfluß eingeschaltetem Zahnrad 37 die Zapfwelle 33 wegabhängig angetrieben wird.
In Fig. 2 ist die teilweise geschnittene Seitenansicht des hydrostatisch-mechanischen Antriebs dargestellt. Mit der Eingangswelle 7 fest verbunden ist der Planetcnrädcrträger 8, der - wie bereits erwähnt — die Zahnräder des leistungsteilenden Planetenrädergetricbcs 6 topfartig umschließt.
Der Planetcnräderträger 8 ist über ein Radiallager 39 im Getriebegehäuse 40, das den gesamten hydrostatisch-mechanischen Antrieb 1 umschließt, gelagert.
Am Planctenräderträger 8 ist zusätzlich ein Zahnrad 41 befestigt, das mit einem Pumpenantriebszahnrad 42 zum Antrieb von Steuerpumpen 43 in Eingriff steht.
Das Hohlrad 9 des leistungsteilenden Planetenrädcrgetriebes 6 ist mit der zentral liegenden Primärwelle 13 verbunden, die die Antriebswelle für die hydrostatische Primärmaschine 2 bildet.
Die hydrostatische Primärmaschine 2 und insbesondere die hydrostatischen Sekundärmaschinen 3 und 4 sind solche der Schwenktrommelbauart mit großem Schwenk winkel.
Der Gleichlauf bei Verwendung von Kolbentrommcln mit sphärischen Flächen zwischen den Triebflanschen 44 bzw. 23 und 24 und den Kolbentrommeln 45 erfolgt über je eine Gelenkwelle mit einem Kardangelenk 46.
Kolbenstangen 47 und Stützkelche 48 der Axialkolben sind einstückig ausgeführt, wobei die Abstützung am Triebflansch 44 bzw. 23 und 24 über Kugeln 49 erfolgt. Die selbst nicht dargestellten Axialkolbcn sind triebflanschseitig in gleichbleibendem Verhältnis hydrostatisch entlastet. Die hierzu notwendigen Entlustungsbohrungen sind selbst nicht dargestellt.
Der Triebflansch 44 der hydrostatischen Primärmaschine 2 ist im Getriebegehäuse 40 radial über ein Wälzlager 50 abgestützt. Die aus der Kraftzcrlegung am Triebflansch 44 herrührende Axialkomponente wird von zwei hintereinander angeordneten Axiallagern 51 und 52 aufgenommen. Ein Stützring 53 des Axiallagers 51 umgreift das darunterliegende Axiallager 52 topfartig und schließt mit einem dem zweiten Axiallager 52 zugeordneten Bundring 54 bündig ab. Der Raum 55 zwischen dem Stützring 53, dem Bund-
«5 ring 54 und dem Getriebegehäuse 40 ist mit einem hydrostatisch wirkenden Werkstoff z. B. Öl oder (vorzugsweise zur Vermeidung von zusätzlichen Dichtclcmcnten) einem plastischen, praktisch inkompressiblen Elastomer gefüllt, so daß die Axialkompo-
»° nente von beiden Axiallagern 51 und 52 aufgrund der wirksamen Flächen zu gleichen Teilen aufgenommen wird. Hierdurch wird eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades durch Verminderung der Wälzlagerreibungsverluste erreicht.
»5 Eine weitere Besonderheit des hydrostatisch-mechanischen Antriebs nach der Erfindung besteht darin, daß das den hydrostatischen Sekundärmaschinen 3 und 4 zugeordnete Zahnrad 22 gegenüber der Vertikalen 56 unter einem etwa dem Eingriffswinkel der Verzahnung zwischen dem Zahnrad 22 und dem am Ausgleichgetriebegehäuse 20 angeordneten Antriebszahnrad 21 entsprechenden Winkel »a« angeordnet ist. Die Maßnahme bringt folgenden Vorteil mit sich:
Wie bereits erwähnt, sind die Triebflansche 23 und 24 der beiden Sekundärmaschinen 3 und 4 über eine Welle 25 miteinander verbunden, die mittels Radiallager 57 und 58 im Getriebegehäuse 40 drehbar gelagert ist (vgl. Fig. 4).
Falls nach Fig. 2 die unten liegende Arbeitsdruckmittelleitung 5 die Arbeitsdruckmittei hohen Druckes führende Leitung ist, stellen sich im Schwerpunkt der untenliegenden Halbkreise der Triebflansche 23 und 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
So gegenüber dem Antriebszahnrad 21 wird diese Gesamtresultierende der Radialkräfte durch die Kraft resultierend aus den Zahneingriffsbedingungen (in Abhängigkeit vom vorliegenden Fahrwiderstand) im Bereich der Vorwärtsfahrt nahezu vollständig kom-
Ss pensiert, so daß die auf die Wälzlager 57 und 58 wirkenden Radialkräfte sehr klein sind. Dies ermöglicht, daß gegenüber herkömmlichen Anordnungen Radiallager mit wesentlich kleineren Tragzahlen Verwendungfinden können. Dies ist hinsichtlich des erreich baren Wirkungsgrades von zusätzlichem Vorteil.
Die Lagerung der übrigen Bauteile des hydrostatisch-mechanischen Antriebs erfolgt in üblicher Art so daß auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann.
In Fig. 3 ist der Einbau des hydrostatisch-mechanischen Antriebs innerhalb eines Hinterachsgehäuse! 60 eines Schleppers dargestellt. Die Anordnung gibi die Stellung bei einer Übersetzung ί = 0,33 wieder
In diesel Stellung erreichen die Sliömungsverluste im hydrostatischen Leistungszweig ein Maximum, wiihiend die Zahnraderverluste des leistungsteilenden l'lanetenrädeigetriebes durch Abnahme der Rclutivilrehzahlen ein Minimum erreichen bzw. zu Null werden.
Innerhalb des rechts- und linksseitig vorgesehenen Achstrichters sind zur Erreichung der Abtriebsdrchzahlen je zwei weitere Übersetzungsstufen ins Langsame 61 angeordnet, wobei die außenlicgenden in Form von Planeteniädervorgelegen ausgebildet sind.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Hydrostatisch-mechanischer Antrieb für land- und bauwirtschaftlich genutzte Fahrzeuge, insbesondere Schlepper oder Geräteträger, mit einer durch die Brennkraftmaschine des Fahrzeuges angetriebenen Eingangswelle, die mit einem Glied eines leistungstcilenden Planetenrädergetriebes verbunden ist, von dem ein weiteres Glied zum Antrieb eines mechanischen Leistungszweiges dient, und von dessen Hohlrad eine hydrostatische Primärmaschine des hydrostatischen Leistungszweiges angetrieben wird, die über Arbeitsdruckmittelleitungen mit zwei hydrostatischen Sekundärmaschinen verbunden ist, wobei über den mechanischen und den hydrostatischen Leistungszweigsummiert der Antrieb angetrieben wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) die hydrostatische Primärmaschine (2) und die hydrostatischen Sekundärmaschinen (3 und 4) sind wie für sich bekannt als hydrostatische Schwenkkopfmaschinen ausgebildet;
b) die hydrostatischen Sekundärmaschinen (3 und 4) sind mit ihren Triebflanschen (23 und 24) gegeneinander gestellt und quer zur Fahrzeuglängsachse im breiteren Achsbereich des Getriebegehäuses (40) angeordnet;
c) die Mittelachse der hydrostatischen Primärmaschine (2) verläuft in an sich bekannter Weise in der Fahrzeuglängsachse mittig zwischen den beiden Sekundännaschinen (3 und 4);
d) die von der Brennkraftmaschine des Fahrzeuges angetriebene Ejngangswelle (7) ist mit dem Planetenräderträger (8) des leistungsteilenden Planeter.rädergetriebes (6) verbunden und liegt koaxial zu der unmittelbar mit dem Hohlrad (9) des leistungsteilenden Planetenrädergetriebes (6) gekoppelten, die hydrostatische Primärmaschine (2) antreibenden Primärwelle (13), wodurch die Eingangswelle (7), das leistungsteilende Planetenrädergetriiebe (6) und die Primärwelle (13) koaxial! hintereinander liegen;
e) das Sonnenrad (10) des leistungsteilenden Planetenrädergetriiebes (6) treibt über eine Hohlwelle (14) und ein Zahnrädervorgelege (15, 16) eine Nebenwelle (17) an, von der unter Umgehung des Raumes für die hydrostatische Primärmaschine (2) und die hydrostatischen Sekundärmaschinen (3 und 4) über einen Kegelräderantrieb (18, 19) ein Ausgleichsgetriebegehäuse (20) des quer zur Fahrzeuglängsachse liegenden Ausgleichgetriebes angetrieben wird;
f) von den parallel zum Ausgleichgetriebe liegenden hydrostatischen Sekundärmaschinen (3 und 4) ist über einen stirnverzahnten Zahnrädertrieb das Ausgleichgetriebegehäuse (20) antreibbar, wodurch im Ausgleichgetriebegehäuse der mechanische und der hydrostatische Leistungszweig summiert wird;
g) für den wegabhängigen Antrieb einer Zapfwelle (33) ist mindestens ein Zahnrad (Antriebszahnrad 15) des mechanischen Leistungszweiges mit einem auf der Zapfwelle (33) angeordneten, in den Kraftfluß einschaltbaren Zahnrad (37) in Eingriff.
2. Hydrostatisch-mechanischer Antrieb nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsfluß des mechanischen und des hydrostatischen Leistungszweiges ausgehend von der Nullstellung der hydrostatischen Primärmaschine (2) bis zur Nullstellung der hydrostatischen Sekundärmaschinen (3 und 4) bezogen auf die Vorwärtsfahrt in positiver Richtung verläuft.
3. Hydrostatisch-mechanischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsdruckmittel hohen Druckes führende Arbeitsdruckmittelleitung der hydrostatischen Sekundärmaschinen (3 und 4) derart liegt, daß sich die auf der Hochdruckseite der hydrostatischen Sekundärmaschinen (3 und 4) einstellende Gesamtresultierende der hydraulischen Druckkräfte mit der aus dem Zahneingriff resultierenden Kraft aufhebt.
4. Hydrostatisch-mechanischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von den hydrostatischen Sekundärmaschinen (3 und 4) angetriebene Zahnrad (22) vor und oberhalb des Ausgleichgetriebegehäuses (20) angeordnet ist und unter einem Neigungswinkel (a) gegenüber der Vertikalen (56) liegt, der etwa dem Eingriffswinkel der Verzahnung des mit dem Zahnrad (22) in Eingriff stehenden, am Ausgleichgetriebegehäuse (20) angeordneten Antriebszahnrades (21) entspricht.
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