DE29924730U1

DE29924730U1 - Antriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE29924730U1
Application number: DE29924730U
Authority: DE
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2009-12-23

Abstract

Antriebseinrichtung (1) für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit mechanischer Antriebsverbindung zwischen einem einem Fahrzeugmotor (2) nachgeordneten Gangwechselgetriebe (4) und den Fahrzeugrädern (14) einer der Fahrzeugachsen, sowie mit einem zu- und abschaltbarem Zusatzantrieb für die Fahrzeugräder (10) wenigstens einer weiteren Fahrzeugachse, der als hydrostatischer Einzelradantrieb ausgebildet ist und bei dem den Antriebsrädern (10) als Zusatzantriebsmotor jeweils 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, dadurch gekennzeichnet,
– dass die Hydropumpe (8) koaxial auf der Ausgangswelle (6) des Gangwechselgetriebes (4) angeordnet und über diese permanent antreibbar ist,
– dass sowohl die Hydropumpe (8) als auch die Hydromotoren (18) durch bauartgleiche Hochmoment-Radialkolbenmaschinen realisiert sind,
– dass diese Hochmoment-Radialkolbenmaschinen (8, 18) sternförmig um eine Drehachse angeordnete, durch Abstützung an einer Laufbahn...

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Eine solche Antriebseinrichtung ist aus der DE 35 45 481 C2 bekannt, wobei eine mechanische Antriebsverbindung zwischen einem als Brennkraftmaschine ausgebildeten Fahrzeugmotor und den Fahrzeugrädern der Hinterachse vorgesehen ist, sowie ein zu- und abschaltbarer Zusatzantrieb für die Fahrzeugräder der Vorderachse, der als hydrostatischer Einzelradantrieb ausgebildet ist und bei dem den Vorderachs-Antriebsrädern jeweils als Zusatzantriebsmotor ein Hydromotor zugeordnet ist, der mit einer mit der Brennkraftmaschine kuppelbaren Hydropumpe antreibbar verbunden ist, wobei eine unabhängig von der Hydropumpe vom Fahrzeugmotor antreibbare Speisepumpe vorgesehen ist. Die Hydropumpe ist mit einer Ausgangswelle eines Gangwechselgetriebes nach der Brennkraftmaschine mittels einer Schaltkupplung kuppelbar. Unbefriedigend bei diesem Stand der Technik ist jedoch, daß eine separate Schaltkupplung zum Antreiben der Hydropumpe vorhanden ist.
Eine der vorgenannten ähnliche Antriebseinrichtung ist aus der DE 3610774 C2 bekannt.
Eine Bauart von Radialkolbenmaschinen ist aus der DE 4037455 C1 und eine Bauart für einen hydraulischen Einzelradantrieb für Niederflurbusse ist aus der DE 19624533 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung der eingangs erwähnten Art dahingehend zu ändern, dass die Kupplung zwischen Hydropumpe und Antriebseinrichtung und auch der Rest der Antriebseinrichtung auf einfachere und kostengünstigere Weise realisierbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Dadurch, dass die Hydropumpe erfindungsgemäß koaxial auf der Ausgangswelle des Gangswechselgetriebes angeordnet und über diese permanent antreibbar ist, ergibt sich eine sehr kompakte Anordnung. Es wird keine eigenständige Kupplung mehr benötigt, denn die Hydropumpe ist von einer Bauart, die intern eine entsprechende Kupplungsfunktion ermöglicht. Als Kupplungselemente dienen dabei die Kolben und die sinusförmig gewellte Laufbahn sowie die Federelemente, welche Kolben abhängig vom Speisedruck der Speisepumpe in und außer Wirkposition bringbar sind.
Da keine zusätzliche Kupplung zur Herstellung der Antriebsverbindung zwischen Antriebseinrichtung und Hydropumpe mehr notwendig ist, wird das System schon aus diesem Grund billiger.
Eine weitere Kostenreduzierung lässt sich dadurch erzielen, dass erfindungsgemäß sowohl die Hydropumpe als auch die Hydromotoren durch bauartgleiche Hochmoment-Radialkolbenmaschinen realisiert sind. Dies hat außerdem den großen Vorteil, dass dann, wenn die Hydropumpe abgeschaltet ist, auch die Hydromotoren abgeschaltet sind, d. h., deren Kolben ebenfalls außer Eingriff mit der sinusförmig gewellten Laufbahn sind, und solchermaßen die Schleppverluste minimiert sind.
Die weiteren erfindungsgemäßen Merkmale betreffen jene Details der verwendeten Art von Hochmoment-Radialkolbenmaschinen, die die vorgenannten Funktionalitäten erfüllen.
Auf diese Weise ist es problemlos möglich, den Förderstrom der die Hydropumpe bildenden Hochmoment-Radialkolbenmaschine, ohne dass es der Zwischenschaltung eines Hydrogetriebes bedürfte, an das Schluckvolumen der den Fahrzeugrädern zugeordneten, die Hydromotoren bildenden Hochmoment-Radialkolbenmaschinen anzupassen.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine stark schematisierte Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung in bevorzugter Ausführungsform mit Radialkolbenmaschinen als Hydropumpe und Hydromotor;
2 eine ebenfalls stark schematisierte Darstellung einer Radialkolbenmaschine gemäß 1.
Die insgesamt mit 1 bezeichnete Antriebseinrichtung dient gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zum Antrieb eines Nutzfahrzeugs und beinhaltet einen als selbstzündende Brennkraftmaschine 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 Radialkolbenpumpe 8 ausgebildete Hydropumpe angeordnet, welche als Hauptpumpe eines zuschaltbaren 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 Weise 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 Verbindung. Die Radialkolbenmotoren 18 sind durch Umkehr der Durchflußrichtung reversierbar, d. h. je nachdem ob vorwärts oder rückwärts gefahren wird oder ob die radseitigen Radialkolbenmotoren 18 treiben oder bremsen, kann die Saugleitung 22 auch Druckleitung 20 sein und umgekehrt.
Neben der als Radialkolbenpumpe 8 ausgeführten Hauptpumpe beinhaltet der hydrostatische Zusatzantrieb eine Speisepumpe 24, welche vorzugsweise über einen Riementrieb 26 und eine als Elektromagnetkupplung 28 ausgebildete Schaltkupplung von einer Kurbelwelle 30 der selbstzündenden Brennkraftmaschine 2 antreibbar ist. Da beim Betrieb des hydrostatischen Zusatzantriebs hohe Drücke – teilweise bis zu 400 bar – entstehen, ist der durch die Speisepumpe 24 erzeugte Speisedruck zur Einspeisung in die Saugleitung 22 vorgesehen, um Kavitation zu vermeiden und Leckströme zu kompensieren. Wie anhand von 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 Saugleitung.
Der Aufbau der radbezogenen Radialkolbenmotoren 18 ist in 2 in schematischer Weise veranschaulicht. Ein solcher Radialkolbenmotor 18 weist sternförmig um eine Drehachse angeordnete, innerhalb eines aus einzelnen, in Umfangsrichtung aneinandergereihten Zylindern 34 bestehenden Zylinderblocks 36 geführte, radiale Bewegungen ausführende Kolben 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 Verteiler 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 Vorderrades 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 Verbindungsöffnungen 52 des Zylinderblocks 36 eine Druckölzufuhr zu bzw. eine Druckölabfuhr von den einzelnen Zylindern 34 erfolgt, wodurch Kolbenbewegungen nach radial außen bzw. radial innen hervorgerufen werden. Da sich die Kolben 38 an der sinusförmigen Laufbahn 42 abstützen und sich mindestens einer der Kolben 38 niemals in Totpunktlage befindet, wird durch den Druck dieses oder dieser Kolbens) 38 eine Bewegung der zugeordneten Rolle 40 entlang 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 Kolben 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 Betriebsdrucks an die Kolben 38 bodenseitig entstehenden Druckkräfte die durch die Verlängerung 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 bauartgleiche Radialkolbenpumpe 8 ausgeführt, insofern kann zur Veranschaulichung deren Aufbaus ebenfalls 2 dienen. In Ausführung als Radialkolbenpumpe 8 ist der radial äußere Laufring 44 mit der Getriebeausgangswelle 6 drehfest verbunden, so daß mittels der Drehbewegung des Laufrings 44 Radialbewegungen der über die Rollen 40 am Laufring 44 anliegenden 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 Getriebeausgangswelle 6 befestigt sein und der Laufring 44 sich am Gehäuse des Gangwechselgetriebes 4 abstützen.
Das Einkuppeln bzw. das Auskuppeln der Radialkolbenpumpe 8 in Bezug auf die vom Fahrzeugmotor 2 angetriebene Getriebeausgangswelle 6 erfolgt abhängig vom von der Speisepumpe 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 Kupplungssignal vorhanden ist, steht weder in der Saugleitung 22 noch in der Druckleitung 20 und somit 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 Radialkolbenrnotoren 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 Hinterräder 14 des Nutzfahrzeugs angetrieben.
Wenn hingegen z.B. von einem Steuergerät der Antriebseinrichtung ein elektrisches Kupplungsignal für die Elektromagnetkupplung 28 der Speisepumpe 24 erzeugt wird, kuppelt diese 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 Radialkolbenmotoren 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 gegen die sinusförmige, mit der Nabe des zugeordneten Vorderrades 10 verbundene Laufbahn 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 Hydropumpe 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 andere von einem Energieträger im Fahrzeug antreibbare Pumpe mit steuerbarem Förderstrom verwendbar.

Claims

Antriebseinrichtung (1) für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit mechanischer Antriebsverbindung zwischen einem einem Fahrzeugmotor (2) nachgeordneten Gangwechselgetriebe (4) und den Fahrzeugrädern (14) einer der Fahrzeugachsen, sowie mit einem zu- und abschaltbarem Zusatzantrieb für die Fahrzeugräder (10) wenigstens einer weiteren Fahrzeugachse, der als hydrostatischer Einzelradantrieb ausgebildet ist und bei dem den Antriebsrädern (10) als Zusatzantriebsmotor jeweils 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, dadurch gekennzeichnet, – dass die Hydropumpe (8) koaxial auf der Ausgangswelle (6) des Gangwechselgetriebes (4) angeordnet und über diese permanent antreibbar ist, – dass sowohl die Hydropumpe (8) als auch die Hydromotoren (18) durch bauartgleiche Hochmoment-Radialkolbenmaschinen realisiert sind, – dass diese Hochmoment-Radialkolbenmaschinen (8, 18) sternförmig um eine Drehachse angeordnete, durch Abstützung an einer Laufbahn (42) innerhalb eines Zylinderblocks (36) radiale Hubbewegungen ausführende Kolben (38) aufweist, wobei die Laufbahn (42) sinusförmig gewellt an der radial inneren Umfangsfläche eines Außenrings (44) ausgebildet ist, – dass diese Hochmoment-Radialkolbenmaschinen (8, 18) Federelemente (54) beinhalten, die die Kolben (38) in drucklosem Zustand in eine radial innere Position drängen, in der sie sich außer Eingriff mit der sinusförmig gewellten Laufbahn (42) befinden, wohingegen die Kolben (38) durch entsprechende Druckbeaufschlagung gegen die Wirkung der Federelemente (54) in eine radial äußere Position drängbar sind, in der sie an der sinusförmig gewellten Laufbahn (42) abgestützt sind, wobei zur Inbetriebnahme der Hydropumpe (8) die Kolben der sie bildenden Hochmoment-Radialkolbenmaschine abhängig von dem durch die Speisepumpe erzeugten Speisedruck an die Laufbahn (42) heranführbar und zur Außerbetriebnahme der Hydropumpe (8) bei Vorliegen eines niedrigeren Druckes durch die Federelemente (54) außer Eingriff mit der Laufbahn (42) bringbar sind, und – dass die Druckbeaufschlagung der Kolben (38) der die Hydromotoren (18) bildenden Hochmoment-Radialkolbenmaschinen durch einen Betriebsdruck erfolgt, der von der Hydropumpe (8) nach deren Inbetriebnahme erzeugbar ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisepumpe (24) sowohl mit einer die Hydropumpe (8) saugseitig mit den Hydromotoren (18) verbindenden 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.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisepumpe (24) über einen Riementrieb (26) mit einer Kurbelwelle (30) des Fahrzeugmotors (2) treibbar verbunden und zwischen der Speisepumpe (24) und einer Riemenscheibe eine vorzugsweise als Elektromagnetkupplung ausgebildete Schaltkupplung (28) vorgesehen ist, die auf ein elektrisches Kupplungssignal hin schließbar ist und anschließend der von der Speisepumpe (24) erzeugte Speisedruck auf die Kolben (38) der Hydropumpe (8) schaltbar ist.