DE3035522A1 - Hydrostatisch-mechanischer verbundantrieb fuer selbstfahrende schwere arbeitsmaschinen mit einem hauptfahr- und einem hilfsfahrantrieb - Google Patents

Hydrostatisch-mechanischer verbundantrieb fuer selbstfahrende schwere arbeitsmaschinen mit einem hauptfahr- und einem hilfsfahrantrieb

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DE3035522A1 DE19803035522 DE3035522A DE3035522A1 DE 3035522 A1 DE3035522 A1 DE 3035522A1 DE 19803035522 DE19803035522 DE 19803035522 DE 3035522 A DE3035522 A DE 3035522A DE 3035522 A1 DE3035522 A1 DE 3035522A1
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Description

I.
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN - Aktiengesellschaft -
7990 Friedrichshafen
Hydrostatisch-mechanischer Verbundantrieb für selbstfahronde schwere Arbeitsmaschinen mit einem Hauptfahr- und einerr.
Hilf sf ahrafi trieb
Akte !572O P
ORIGINAL INSPECTED
copy .ν
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN - Aktiengesellschaft -
7990 Friedrichshafen
Titel: Hydrostatisch-mechanischer Verbundantrieb für selbstfahrende schwere Arbeitsmaschinen mit einem Hauptfahr- und einem Hilfsfahrantrieb
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisch-mechanischen Verbundantrieb für selbstfahrende schwere Arbeitsmaschinen beistehend aus einem Mehrgangschaltgetriebe, über welches die Fahrzeugräder antreibbar sind, sowie einem zusätzlichen hydrostatischen Antrieb für Zusatzantriebsräder, wobei die Zusatzantriebsräder wahlweise für sich oder bei den unteren Gängen des Mehrgangschaltgetriebes einschaltbar sind. Als Mehrgangschaltgetriebe, über welches die Fahrzeugräder angetrieben werden, kann dabei ein mehrgängiges mechanisches Schaltgetriebe oder auch ein hydrodynamisches Lastschaltgetriebe eingesetzt werden.
Bei einem derartigen Verbundantrieb werden dabei das Mehrgangschaltgetriebe sowie die Verstellpumpe des hydrostatischen Antriebes für die Zusatzantriebsräder direkt von dem Hauptantriebsmotor der Arbeitsmaschine angetrieben, wobei die Hauptantriebsräder vom Mehrgangschaltgetriebe im allgemeinen rein mechanisch über Gelenktwellen, Kardanantriebe usw. angetrieben werden, während die Verstellpumpe des hydrostatischen Antriebes fiir, die du
BAD ORIGINAL COPY
KG-
/mit diesen Zusatzantriebsräder antreibenden Hydromotoren/über Lei-
verBunaen
tungen/sind. Dabei können zwischen den Hydromotoren und den anzutreibenden Rädern zusätzliche Schaltkupplungen, Übersetzungsgetriebe und ähnliche Antriebselemente vorgesehen sein.
Verbundantriebe der vorgenannten Gattung sind an sich bekannt, wobei im allgemeinen in den unteren Fahrgeschwindigkeiten entsprechend der Gangstufen mit den höchsten Übersetzungen (1. und 2. Gang) sowohl die Fahrzeugräder als auch die Zusatzantriebsräder angeschlossen sind und das Fahrzeug antreiben, während in den oberen Gangstufen (3.,4. usw. Gang) nur die Fahrzeugräder über das Schaltgetriebe angetrieben werden. Dies erfolgt, weil im Arbeitseinsatz der Arbeitsmaschine der Zusatzantrieb aufgrund schwieriger Bodenverhältnisse benötigt wird, während bei Strassenfahrf mit höherer Fahrgeschwindigkeit der Zusatzantrieb nicht nur nicht erforderlich, sondern vielfach sogar hinderlich im Lenkverhalten ist und darüberhinaus zusätzliche Leistung verbraucht. Deshalb wird vielfach der hydrostatische Zusatzantrieb an die Gänge des Schaltgetriebes gekoppelt und nur im ersten und im zweiten Vorwärts- bzw. Rückwärtsgang eingeschaltet und in den übrigen Gängen abgeschaltet.
Für einen einwandfreien Betrieb ist es dabei notwendig, daß die Zusatzantriebsräder im zugeschalteten Zustand so angetrieben werden, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit · ^O möglichst genau der Umfangsgeschwindigkeit der Fährzeug-
ORlGlNAU INSPECTED
r-7- räder entspricht bzw. bei gewissen Arbeitseinsatz sogar eine geringfügig höhere Umfangsgeschwindigkeit als die Fahrzeugräder aufweisen. Dabei muß diese Beziehung der Umfangsgeschwindigkeiten über den gesamten Geschwindigkeitsbereich beider Räder erhalten bleiben.
Darüberhinaus soll der hydrostatische Antriebskreis für die Zusatzantriebsräder auch in seiner Leistung regelbar sein zur optimalen Ausnutzung der Antriebsleistung (Anpassung an die Bodenverhältnisse, Fahrtrichtungswechsel usw.). Ausserdem ist ein überlastschutz der Antriebsmaschine wünschenswert und notwendig.
Zur Einhaltung dieser Bedingungen sind bereits eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, die alle mehr oder weniger komplizierte, im allgemeinen elektrisch bzw. elektronisch arbeitende Steuersysteme aufweisen. So ist beispielsweise durch die DE-OS 29 21 756 (US-PS 4 186 816) eine elektronische Steuerung für Fahrzeuge mit einem Hauptfahrantrieb und einem Hilfsfahrantrieb. der vorgenannten Gattung bekannt geworden, bei welchem über Fühler am
Hauptantrieb und am Hilfsantrieb die jeweiligen Ge- c werden ■
schwindigkeiten gemessen/und in Abhängigkeit der Meßwerte der Hilfsantrieb gesteuert wird. 25
Auch die Zuordnung eines Wechselstromgenerators zum Hauptantrieb (vgl. US-PS 3 561 557) ist zur abhängigen Steuerung der Antriebsräder bekannt geworden.
Derartige Schaltungen sind aufwendig und lassen sich auch nur bedingt zur Steuerung des hinsichtlich der Antriebs-
ORIGINAL INSPECTED
leistung vorteilhaften hydrostatischen Antriebes für die Zusatzantriebsräder einsetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Verbundantrieb c anzugeben, bei welchem die Umfangsgeschwindigkeit zwischen Fahrzeugräder und Zusatzantriebsräder mit hydraulischen Gliedern im ölkreislauf des Zusatzantriebes den Charakteristiken der einzelnen Gänge sowie der Antriebsgeschwindigkeit usw. unmittelbar anpaßbar ist, und zwar ausschließen lieh über den Druck im Zusatzölkreislaufes, ohne daß teure Sensoren im Bereich der Fahrzeugantriebsräder, Vergleichseinrichtungen usw. benötigt werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Verbundantrieb mit den ic Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und erfinderische Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Verbundantrieb nach der Erfindung wird also eine angenäherte Anpassung der Umfangsgeschwindigkeit von Fahrzeugrädern und Zusatzantriebsrädern der beiden unterschiedlichen Getriebesysteme dadurch erreicht, daß der hydrostatischen Verstellpumpe für die Zusatzantriebsräder eine Steuerung zugeordnet ist, bei der die Fördermenge der mit konstantem Hubvolumen ausgeführten Hilfspumpe gegen Drosseln bzw. Blenden arbeitet und sich so ein von der Antriebsdrehzahl abhängiger Steuerdruck aufbaut. Der so aufgebaute Steuerdruck wird über ein Wegeventil auf den Verstellzylinder bzw. Kolben der
ORIGINAL INSPECTED
] Verstellpumpe geleitet. Dem Steuerdruck entgegen wirken Federn und die Eigenrückstellkraft der Verstellpumpe, welche angenähert eine Funktion vom Arbeitsdruck ist.
Da die Steuerung mit einer Drossel-bzw. Blendeneinstellung jeweils nur für einen Gang optimal ausgelegt werden kann, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Vorschlages nach der Erfindung bei dem Verbundantrieb für weitere Gänge eine oder mehrere über Wegeschieber zuschaltbare Blende bzw. Blenden vorgesehen.
Um die Umfangsgeschwindigkeit des Zusatzantriebes beeinflussen zu können, beispielsweise um diese auf den Hauptantrieb abzustimmen bzw. diesem gegenüber einen
]5 gewissen Vorlauf zu geben, ist mindestens eine der gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung vorzusehenden Steuerdrossel verstellbar ausgeführt, um damit den Steuerdruck - beispielsweise auch durch Hand - variieren zu können.
Da die Drehzahl des Hauptantriebsmotores und der Arbeitsdruck des hydrostatischen Antriebes die Arbeitsweise der Verstellpumpe derart beeinflußen, daß bei langsamer Fahrgeschwindigkeit mit hohem Arbeitsdruck entsprechend hoher Zugkraft und bei hoher Fahrgeschwindigkeit mit niedrigem Arbeitsdruck entsprechend niedriger Zugkraft gefahren wird/ ist automatisch eine Leistungsregelung gegeben. Darüberhinaus arbeitet der hydrostatische Zusatzantrieb bei einem Verbundantrieb mit den Merkmalen der Erfindung auch dann noch, wenn beispielsweise der
ΊΓ]
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Hauptantrieb einen zu hohen Schlupf hat oder bei Verwendung eines hydrodynamischen Antriebes sogar den Festbremspunkt erreicht.
Gemäß einer anderen Weiterbildung des Verbundantriebes nach der Erfindung können die Hydromtoren, insbesondere wenn sie über mehrere Gänge eingesetzt werden sollen, als Verstellmotoren ausgebildet und das HubvolumenVerhältnis dem jeweiligen Gangsprung angepaßt werden.
Die Zu- und Abschaltung der Hydromotoren ist dabei ebenfalls in Abhängigkeit von der Gangschaltung im Getriebe vorzusehen, so daß diese beispielsweise nur im ersten und zweiten Vor- und Rückwärtsgang wirksam werden und bei Neutralstellung des Schaltgetriebes die Kupplungen geöffnet sind.
Diese Merkmale sowie weitere Einzelheiten eines Verbundantriebes nach der Erfindung werden im folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsmöglichkeit eines Verbundantriebes in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung erläutert.
Die anliegende Zeichnung zeigt schematisch und auszugsweise einen Verbundantrieb., wie er gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung aufgebaut sein kann. Dabei ist mit 1 ein Antriebsrad einer im übrigen nicht dargestellten Arbeitsmaschine dargestellt, das gemeinsam mit dem - eben falls nicht dargestellten - zweiten Rad eines Radpaares über rein mechanisch wirkende Antriebselemente, nämlich ein Differential 2, eine Kardanwelle 3 sowie ein
ORIGINAL INSPECTED
mechanisches Mehrgangschaltgetriebe von dem Hauptantriebsmotor 5 in üblicher Weise mit verschiedener Geschwindigkeit antreibbar ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Antriebskraft vom Motor 5 auf das Antriebsrad 1 auch in jeder anderen bekannten gangumschaltbarenWeise, insbesondere auch über ein hydrodynamisch arbeitendes Lastschaltgetriebe erfolgen kann.
Voraussetzungsgemäß sind hydrostatisch betriebene Zusatzantriebsräder 6 bzw. 6'vorgesehen, die wahlweise bei unteren Gängen, beispielsweise dem 1. und 2. Vorwärts- und Rückwärtsgang eingeschaltet werden. Der Antrieb dieser hydrostatisch betriebenen Zusatzräder erfolgt dabei abhängig von einer Verstellpumpe 7 mit Stellzylinder 8, wobei je nach der Einstellung der Verstellpumpe und der Antriebsgeschwindigkeit über die Druckleitungen 9 bzw. 10 die beiden Hydromotoren in an sich bekannter Weise angetrieben werden. Der Verstellpumpe ist eine als Füll- und Steuerpumpe wirkende Hilfspumpe 13 zugeordnet, die drehzahlabhängig angetrieben wird und die ölfüllung in den Leitungen 9 und 10 über Rückschlagventile 14 und 15 in bekannter Weise aufrecht erhält.
Zur Einstellung der Antriebsgeschwindigkeit sind im ölkreislauf der Hilfspumpe 13 zusätzlich ein Zuschaltwegeventil 16, eine Blende 17,eine Verstelldrossel 18 und ein 4/3 Wegeschieber 19 vorgesehen.
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über diese Schaltglieder wird die Verstelleinrichtung 8 der Verstellpumpe 7 entgegen der Eigenrückstellkraft der Verstellpumpe und entgegen der Federn 21 bzw. drehzahlabhängig vom Antrieb der Hilfspumpe 13 verstellt, und zwar derart, daß bei langsamer Fahrgeschwindigkeit, d.h. also wenn der Antriebsmotor 5 im unteren Bereich eines Ganges arbeitet, hoher Arbeitsdruch und damit -hohe Zugkraft innerhalb der Antriebsräder erzeugt wird, während bei hoher Fahrgeschwindigkeit mit niedrigem Arbeitsdruck entsprechend niedriger Zugkraft gefahren wird.
Gemäß der schon vorstehend erläuterten Weiterbildung ist es vorteilhaft, die Hydromotoren bei Wirksamkeit über mehrere Gänge als Verstellmotoren auszubilden und das Hubvolumenverhältnis dem jeweiligen Gangsprung anzupassen. Dabei kann, wie gestrichelt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eingezeichnet, die Zu- und Abschaltung der Hydromotoren über ein Zuschaltventil .20 in Abhängigkeit von der Gangschaltung im Hauptgetriebe 4 vorgesehen sein, die derart wirkt, daß diese beispielsweise nur im ersten und zweiten Vorwärts- oder Rückwärtsgang wirksam werden, indem die zwischen Hydromotoren und Radantrieb vorgesehenen Kupplungen, wie gestrichelt eingezeichnet, gelöst sind.
Dabei kann das Zuschaltventil von Hand jweils betätigt werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedanken kann aber auch das Zuschaltventil automatisch abhängig von einer Zuschaltautomatik betätigt werden. Hierzu ist, wie in der Figur eingezeichnet, ein Überwachungsmeßglied ü vorgesehen, welches die Drehzahlen n. und n-, nämlich die Eineingangs- und die Ausgangsdrehzahleh des Wandlers
ORIGINAL INSPECTED
j ij
abtastet und vergleicht. Abhängig von diesem Meßvorgang wird dann, wie durch die Funktionslinie zum Zuschaltventil 20 angedeutet, der Zusatzantrieb dann und nur dann zugeschaltet, wenn der Wandler des Haupt antriebes gedrückt ist.
Diese automatische Zusachaltung hat den Vorteil, daß der Zusatzantrieb zugeschaltet wird bei hohem Zugkraftbedarf, z.B. bei einem Abfall des Drehzahl-Verhältnisses von Pumpe zu Turbine von 1,0 auf 0,8 oder gar 0,6. Dabei kann abhängig von diesem Uberwachungsmeßglied nicht nur die Ein- und Ausschaltung des Zusatzantriebes., sondern gegebenenfalls auch bei größerer Drehzahldifferenz die Wirkung des Zusatzantriebes durch automatische Beeinflussung der Pumpensteuerung entsprechend verstärkt werden.
Die vorstehend beschriebene Realisierung kann in verschiedener Weisepraktischen Gegebenheiten angepaßt werden. Insbesondereist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, sofern beispielsweise der Zusatzantrieb bei mindestens einem weiteren Gang des Hauptantriebes zugeschaltet bleiben soll, zusätzliche Blenden vorzusehen, um den Zuström querschnitt entsprechend der vorgegebenen Regel für diesen weiteren Gang zu beeinflussen. Auch diese Steuerung kann mit an sich bekannten Meßgliedern automatisch gang-und/oder drehzahlabhängig in entsprechender Weise erfolgen.
ORiGlNAL INSPECTED
Leerseite

Claims (11)

  1. ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN - Aktiengesellschaft -
    7990 Friedrichshafen
    Titel: Hydrostatisch-mechanischer Verbundantrieb für selbstfahrende schwere Arbeitsmaschinen mit einem Hauptfahr- und einem Hilfsfahrantrieb
    PATENTASPRÜCHE
    Hydrostatisch-mechanischer Verbundantrieb für selbstfahrende schwere Arbeitsmaschinen mit einem Mehrgangschaltgetriebe zum Antrieb der Fahrzeugräder sowie wahlweise für sich oder bei den unteren Gängen (Gängen mit den höchsten Übersetzungen) des Mehrgangschaltgetriebes ein- bzw. zuschaltbaren, hydrostatisch betriebenen Zusatzantriebsrädern mit einer direkt proportional zur Drehzahl des Hauptantriebmotors angetriebenen Verstellpumpe zur Beaufschlagung der hydrostatisch betriebenen Zusatzantriebsräder sowie einer als Füll- und Steuerpuinpe wirkenden Hilfspumpe, dadurch gekennzeichnet, daß zur An-■ passung der Antriebsgeschwindigkeit der Zusatzantrieteräder (6) an die der Fahrzeugräder (1), insbesondere zur Einstellung eines Synchronlaufes dieser Räder, im ölkreislauf der Hilfspumpe (13) Blenden und/oder Drosseln (17, 18} zur Verstellung des Steuerdruckes für den Stellzylinder (8) der Verstellpumpe (7) vorgesehen sind, um diese entgegen der Rückstellkraft der Pumpe (7) und von Federn (21, 22) im Stellzylinder auf den der gewünschten Geschwindigkeit entsprechenden Steuerdruck einzustellen.
    BAD ORIGINAL
  2. 2. Verbundantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Gängen des Mehrgangschaltgetriebes (4) einzelne Drosseln bzw. Blenden (17, 18) zugeordnet sind.
  3. 3. Verbundantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine abhängig von den einzelnen Gängen einstellbare Verstelldrossel- (-18) im ölkreislauf der Hilfspumpe
    (13) angeordnet ist, über welche die Einstellung des höheren bzw. niederen Steuerdruckes und damit eine Beeinflussung des hydrostatischen Antriebes erfolgt.
  4. 4. Verbundantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelldrossel einen mit den Lastnormalwerten der Gänge abgestimmten Druckpunkt für eine Optimalstellung mit wirtschaftlichster Betriebsweise bzw. für die Normaldrosselung bei Zuschaltung der Zusatzantriebsräder aufweist, welcher ausser durch manuellen Eingriff nur über eine durch eine Hilfskraft betätigbare Zuschaltung eines weiteren zusätzlichen Zuströmquerschnittes in Richtung Drosselverstärkung verlassen werden kann.
  5. 5. Verbundantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Gang des Mehrgangschaltgetriebes ein größerer und dem zweiten Gang ein kleinerer Gesamtquerschnitt der zuschaltbaren Zuströmquerschnitte zugeordnet sind.
    ORIGINAL INSPECTED
    '
  6. 6. Verbundantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltung der Drosseln bzw. Blenden vollautomatisch in Abhängigkeit von der Schaltung der einzelnen Gänge im Mehrgangschaltgetriebe erfolgt.
  7. 7. Verbundantrieb nach einem der Antriebe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfspumpe und Verstellpumpe selbsttätig bei Leerlauf oder bei Schnellgängen im Mehr-
    '0 gangschaltgetriebe vom Hauptantrieb abkoppelbar sind.
  8. 8. Verbundantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydromotoren für die Zusatzantriebsräder als Verstellmotoren ausgebildet
    '** sind und das Hubvolumenverhältnis dem jeweils eingestellten Gang im Mehrgangschaltgetriebe angepaßt ist.
  9. 9. Verbundantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltung der
    Drosseln bzw. Blenden und/oder die Einstellung der Verstellmotoren mechanisch, hydraulisch oder elektrisch abhängig vom eingelegten Gang im Mehrgangschaltgetriebe erfolgt.
  10. 10- Verbundantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Zuschaltautomatik (ü) zum selbsttätigen vorzugsweise vom Hauptantrieb drehzahl- und/oder drehmomentabhängigen Zusachalten des Zusatzantriebes.
  11. 11. Verbundantrieb nach· Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltautomatik ein Uberwachungsmeßglied (ü) aufweist, das über einen Drehzahlvergleich -c (n. und n„) die Einschaltung des Wandlers überwacht und abhängig davon durch Freigabe des Zuschaltventils (20) den Zusatzantrieb zuschaltet.
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