DE3725044A1 - Radantrieb fuer nutzfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Radantrieb für Nutzfahrzeuge, ins­ besondere für Ackerschlepper und Baufahrzeuge, mit mehreren Fahrbereichen, die zumindest teilweise oberhalb der Rutschgren­ ze liegen, bestehend aus einem hydrostatisch-mechanischen Ge­ triebe mit einer Pumpe und einem Hydraulikmotor als Hydrostat- Einheiten und einem Abtriebselement, dessen Drehzahl durch Ver­ stellung zumindest einer der Hydrostat-Einheiten stufenlos ver­ änderbar ist und dessen hydrostatischer Leistungsanteil sich mit steigender Drehzahl des Abtriebselementes verringert, und einem mit dem Abtriebselement in Antriebsverbindung bringbaren Stufenschaltgetriebe mit Reversierstufe.

Bei einem aus der DE-OS 37 07 382 bekannten Radantrieb der be­ schriebenen Gattung besitzt das Stufenschaltgetriebe Stufen für zwei Vorwärtsfahrbereiche und eine Reversierstufe für einen Rückwärtsfahrbereich. Die beiden Vorwärtsfahrbereiche sind der­ art aufeinander abgestimmt, daß der schnelle Fahrbereich einen mehr als doppelt so großen Geschwindigkeitsbereich wie der langsame Fahrbereich überdeckt. Wegen der Realisierung des Rückwärtsfahrbereiches mit Hilfe einer Reversierstufe im Stu­ fenschaltgetriebe kann der Verstellbereich des hydrostatisch-omechanischen Getriebes auf Schwenkwinkel von 0 bis zu einem maximalen positiven Wert begrenzt werden. Dadurch entfallen alle Blindleistungsverluste, die bei hydrostatisch-mechanischen Getrieben dieser Art auftreten, wenn dieses auch in einem nega­ tiven Verschwenkwinkelbereich betätigt wird, in welchem der Hydraulikmotor des hydrostatisch-mechanischen Getriebes entge­ gengesetzt umläuft.

Das derart betriebene bekannte hydrostatisch-mechanische Ge­ triebe hat die Eigenschaft, im Anfahrzustand des Fahrzeuges die gesamte übertragene Fahrantriebsleistung über den hydrostati­ schen Leistungszweig zu übertragen, während bei maximaler Ab­ triebsdrehzahl des Abtriebselementes die gesamte Fahrantriebs­ leistung über den mechanischen Leistungszweig des Getriebes fließt. Der Abfall des hydrostatischen Leistungsanteils ausge­ hend von dem maximal möglichen Wert erfolgt dabei praktisch li­ near.

Bei einer Aufteilung der Fahrbereiche in der erwähnten Weise hat am Umschaltpunkt vom langsamen in den schnellen Fahrbereich der hydrostatische Leistungszweig des Getriebes einen hydrauli­ schen Leistungsanteil von ca. 70% an der gesamten übertragenen Fahrantriebsleistung. Da sich der Umschaltpunkt oberhalb der sogenannten Rutschgrenze befindet, die erfahrungsgemäß bei den heutigen Ackerschleppern bei einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 6 km/h liegt und ab der die gesamte Antriebsleistung des An­ triebsmotors in Fahrleistung umgesetzt werden kann, ist der hy­ drostatische Leistungszweig des Getriebes dementsprechend auf 70% der maximalen Fahrantriebsleistung auszulegen. Obwohl da­ mit das bekannte Getriebe bereits eine deutliche Verringerung der baulichen Abmessungen der Hydrostat-Einheiten im Vergleich mit denen anderer gleichwertiger Radantriebe dieser Art er­ laubt, sind diese Abmessungen absolut gesehen aber auch weiter­ hin noch so groß, daß es Schwierigkeiten bereitet, ein derarti­ ges Getriebe in einem Fahrzeug der genannten Art unterzubrin­ gen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der für das Ge­ triebe zur Verfügung stehende Platz für den Einbau eines her­ kömmlichen, vielstufigen Schaltgetriebes vorgesehen wurde und das Fahrzeug nicht von Grund auf neu durchkonstruiert werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Radan­ trieb der eingangs beschriebenen Gattung für Nutzfahrzeuge zu schaffen, der durch seinen geringen Platzverbrauch besonders geeignet ist für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, die in ihrem übrigen konstruktiven Aufbau durch einen herkömmlichen Antrieb geprägt sind, der aus mehreren schaltbaren Getriebegruppen, wie Schaltgetriebe, Gruppengetriebe, Feinstufengetriebe etc. be­ steht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Kennzeichen des Anspruches 1 vorgeschlagen.

Durch die Wahl des im Vergleich zu herkömmlichen heutzutage zum Einsatz gelangenden Stufenschaltgetrieben mit sehr feinem Stu­ fensprung im Bereich von 1,1 bis 1,3 ist das Stufenschaltge­ triebe mit dem vorgeschlagenen, groben Stufensprung sehr ein­ fach im Aufbau, und durch eine geeignete Anordnung der Rever­ sierstufe im Schaltgetriebe kann das Fahrzeug in beiden Fahrt­ richtungen über den gesamten Geschwindigkeitsbereich betrieben werden. Die Unterbringung des Getriebes in einem Fahrzeugtyp, der bisher mit einem Stufenschaltgetriebe ausgerüstet war, be­ reitet keinerlei Schwierigkeiten im Hinblick auf die räumlichen Verhältnisse, da sowohl das vorgeschlagene Schaltgetriebe als auch die bezüglich ihrer hydraulischen Leistung begrenzten Hy­ drostat-Einheiten mit einem erheblich geringeren Bauraum aus­ kommen. Durch Variation der zulässigen hydraulischen Leistung der Hydrostat-Einheiten kann nunmehr auch eine erheblich größe­ re Fahrzeugtypenpalette unterschiedlicher Antriebsleistung mit nur wenigen bezüglich ihrer Leistung unterschiedlichen Hydro­ stat-Einheiten abgedeckt werden. Somit steht nunmehr ein Radan­ trieb für Nutzfahrzeuge zur Verfügung, der mit nur wenigen Schaltstufen eines herkömmlichen Stufenschaltgetriebes einen großen Fahrgeschwindigkeitsbereich in beiden Fahrtrichtungen stufenlos überdeckt, wobei zusätzlich durch die große Überdec­ kung der Fahrgeschwindigkeitsbereiche dem Fahrzeugführer gerade bei den Hauptarbeitsgeschwindigkeiten zwei Fahrbereiche zur Auswahl angeboten werden können, aus denen er den für seinen augenblicklichen Arbeitseinsatz günstigsten auswählen kann.

Das Kennzeichen des Anspruches 2 gestattet eine Leistungsüber­ tragung wahlweise über das hydrostatisch-mechanische Getriebe oder unter Umgehung desselben direkt zum Schaltgetriebe. Bei einem derartig ausgebildeten Radantrieb entfällt ein Großteil der hydraulischen Leistungsverluste, wenn auf die Einbeziehung des hydrostatisch-mechanischen Getriebes zur Leistungsübertra­ gung verzichtet wird. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die genannten Nutzfahrzeuge während eines we­ sentlichen Teils ihrer Einsatzdauer zu Transportfahrten in den oberen Fahrgeschwindigkeitsbereichen benutzt werden.

Für derartige Einsatzfälle ermöglicht das Merkmal des Anspru­ ches 3 unterschiedliche Höchstfahrgeschwindigkeiten des Fahr­ zeuges je nachdem, ob das hydrostatisch-mechanische Getriebe in den Leistungsfluß einbezogen ist oder nicht. So kann beispiels­ weise die maximale Fahrgeschwindigkeit ohne Benutzung des hy­ drostatisch-mechanischen Getriebes deutlich höher gewählt wer­ den als sie mit dessen Benutzung betragen würde. Dies ist wün­ schenswert, weil so bei Fahrten auf öffentlichen Straßen sich das Fahrzeug besser dem Verkehrsfluß anpassen kann.

Eine vollständige Eliminierung der durch das hydrostatisch-me­ chanische Getriebe verursachten Leistungsverluste ist durch Be­ folgung des Vorschlages des Anspruches 4 möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert. Es zeigt:.

Fig. 1 Eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Radantriebes,

Fig. 2 ein Schaubild, in dem die wesentlichen Daten des er­ findungsgemäßen Antriebes in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit aufgetragen sind,

Fig. 3 ein Schaubild, aus dem die Aufteilung der übertragenen Fahrantriebsleistung in hydrostatische und mechanische Leistung des hydrostatisch-mechanischen Getriebes in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl des Verzwei­ gungsgetriebes hervorgeht und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Radantriebes in einer schematischen Darstellung.

Der Radantrieb eines Fahrzeuges besteht nach Fig. 1 aus einem Antriebsmotor, einem mit dessen Kurbelwelle 1 gekuppelten hy­ drostatisch-mechanischen Getriebe 2 und einem mit dessen Ab­ triebselement 3 über eine Trennkupplung 4 verbundenen Stufen­ schaltgetriebe 5. Von dem Stufenschaltgetriebe 5 aus verläuft der Leistungsfluß in üblicher Weise zum in der Hinterachse 6 des Fahrzeuges untergebrachten Differentialgetriebe und von dort zu den Antriebsrädern.

Das Stufenschaltgetriebe 5 ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, mit sechs Getriebestufen I bis VI ausgerüstet und damit relativ grob gestuft, wobei der Stufensprung im Bereich um ϕ = 1,5 liegt. Damit ist das vorliegende Ausführungsbeispiel eines Rad­ antriebes besonders für Ackerschlepper geeignet. Wie seit eini­ ger Zeit üblich ist das Stufenschaltgetriebe 5 auf eine maxima­ le Fahrgeschwindigkeit von 40 km/h ausgelegt. Damit liegen die Obergrenzen der verschiedenen Fahrbereiche I bis VI fest und es bleibt lediglich die Größe der einzelnen Fahrbereiche, d. h. der Regelbereich RB, zu bestimmen, um bei den Arbeitseinsätzen einen gewählten Fahrbereich möglichst lange beibehalten zu kön­ nen.

Die Größe der Fahrbereiche I bis VI ergibt sich u. a. aus der Forderung nach einer möglichst platzsparenden Bauweise der Hy­ drostat-Einheiten, die aus diesen Grunde bezüglich ihrer maxi­ mal übertragbaren hydrostatischen Leistung auf 45 bis 50% der maximalen Fahrantriebsleistung begrenzt sind. Bei dem hier be­ schriebenen Ausführungsbeispiel ist die hydrostatische Leistung des Getriebes auf 50% der maximalen Fahrleistung begrenzt, so daß sich aus der Funktion gemäß Fig. 3 eine zulässige Reduzie­ rung der Abtriebsdrehzahl na auf 50% der maximalen Drehzahl des Abtriebselements 3 ableitet. Ausgehend von der höchstmögli­ chen Fahrgeschwindigkeit von Ve = 40 km/h bei maximaler Dreh­ zahl des Abtriebselement 3 ergibt sich daraus eine langsamste Fahrgeschwindigkeit Va im Fahrbereich VI von 20 km/h und ein Regelbereich von

Bei dem beschriebenen Stufenschaltgetriebe 5 sind sämtliche Fahrbereiche mit diesem Regelbereich ausgeführt, jedoch der Stufensprung variiert zwischen Werten von = 1,43 bis 1,64, um so bei gewissen Fahrgeschwindigkeiten bevorzugt zwei Fahrbe­ reiche zur Auswahl anbieten zu können.

Damit die hydrostatische Leistung der Hydrostat-Einheiten nicht überschritten werden kann, ist dafür Sorge getragen, daß in den Fahrbereichen, in denen eine Überlastung der Hydrostat-Einhei­ ten möglich wäre, die Drehzahl na des Abtriebselements 3 des hydrostatisch-mechanischen Getriebes 2 nicht unter 50 bis 55% der höchstmöglichen Abtriebsdrehzahl fallen kann. Es sind dies die Fahrbereiche IV, V und VI, in denen die Fahrgeschwindigkeit bei Erreichen der maximal zulässigen hydraulischen Fahrleistung der Hydrostat-Einheiten oberhalb der Rutschgrenze R liegt. In allen anderen Fahrbereichen I, II und III kann die maximal zu­ lässige hydrostatische Leistung der Hydrostat-Einheiten ohnehin nicht überschritten werden, da mit abnehmender Fahrgeschwindig­ keit zwar der Leistungsanteil weiter ansteigt, der absolute Be­ trag der hydrostatischen Leistung der Hydrostat-Einheiten je­ doch wegen des Abfalls der übertragbaren Fahrantriebsleistung unterhalb der Rutschgrenze zunehmend geringer wird.

Zu dem genannten Zweck steht der Geschwindigkeitswählhebel 7 des hydrostatisch-mechanischen Getriebes 2 in Wirkverbindung mit einer Sperreinrichtung, die im Falle des Anwählens eines der Fahrgeschwindigkeitsbereiche IV bis VI des Stufenschaltge­ triebes 5, die vollständig oberhalb der Rutschgrenze R liegen, anspricht und den Verstellbereich des Geschwindigkeitswählhe­ bels 7 derart begrenzt, daß er lediglich noch in einem Bereich verschwenkbar ist, in dem die Drehzahl na des Abtriebselementes 3 zwischen 50 bis 55% und 100% der höchstmöglichen Drehzahl variierbar ist. Die Sperreinrichtung selbst ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Hydraulikzylinder 8 ausgebildet, dessen Kolben 9 in die und aus der Bewegungsbahn des Geschwindigkeits­ wählhebels 7 bringbar ist. Hierfür ist der Hydraulikzylinder 8 über ein elektrisch ansteuerbares Ventil 10 an die Hydraulikan­ lage des Fahrzeuges angeschlossen. Die Ansteuerung des Ventils 10 erfolgt durch Schließen eines von mehreren parallel geschal­ teten Kontakten 11, die jeweils so angeordnet sind, daß einer von ihnen beim Einstellen des Fahrbereichshebels 12 des Stufen­ schaltgetriebes 5 in einen der Fahrbereiche IV bis VI geschlos­ sen wird. Wird beispielsweise am Stufenschaltgetriebe 5 der Fahrgeschwindigkeitsbereich V eingestellt, so wird der zugeord­ nete Kontakt 11 beispielsweise durch einen am Fahrbereichshebel 12 befestigten Schieber 13 geschlossen, das Ventil 10 ange­ steuert, der Druckmittelzylinder 8 beaufschlagt und dessen Kol­ ben 9 in die Bewegungsbahn des Geschwindigkeitswählhebels 7 ge­ schoben, sofern die Sperreinrichtung nicht bereits eingeschal­ tet war, weil zuvor schon einer der höheren Fahrbereiche IV bis VI eingestellt war. Da in der Regel bei einem geplanten Über­ gang von einem der Fahrbereiche I bis III zu einem der Fahrbe­ reiche IV bis VI der langsamere Fahrbereich zumindest annähernd voll ausgefahren wird, bevor der Fahrbereich gewechselt wird, ist auch sichergestellt, daß sich der Geschwindigkeitswählhebel 7 beim Einschieben des Kolbens 9 bereits in dem genannten Be­ reich befindet. Beim automatisch ablaufenen Zurückschwenken des Geschwindigkeitswählhebels 7 anläßlich einer derartigen Fahrbe­ reichsänderung kann es so zu keinen Schaltschwierigkeiten kom­ men.

Der Schwenkbereich des Geschwindigkeitswählhebels 7 braucht in den Fahrbereichen I-III, die zumindest teilweise unterhalb der Rutschgrenze R liegen, nicht begrenzt werden, da der abso­ lute Betrag der hydrostatischen Leistung den zulässigen Betrag sowieso nicht erreicht. In diesen Fahrbereichen kann somit praktisch aus dem Stand angefahren werden.

Fig. 4 zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Radantriebes entsprechend den Fig. 1 bis 3, bei dem dem hydrostatisch-mechanischen Getriebe 2 ein Leistungsbypass zuge­ ordnet ist. Der Leistungsbypass besteht aus einem Wellenstrang 14, der mit dem Getriebe 2 eingangsseitig über eine Überset­ zungsstufe 15, sowie ausgangsseitig über eine Übersetzungsstufe treibend verbunden ist, und eine Trennkupplung 17 enthält. Die Trennkupplung 17 ist normalerweise geöffnet, so daß das hydro­ statisch-mechanische Getriebe 2 im Normalbetrieb wie oben be­ schrieben arbeitet. Geschlossen wird die Trennkupplung 17 durch Betätigung eines nicht gezeigten Steuerelementes, wenn der Fah­ rer des Fahrzeuges beabsichtigt, den Radantrieb in herkömmli­ cher Weise, also als reinen mechanischen Antrieb zu benutzen.

Gleichzeitig mit der Betätigung des Steuerelements erfolgt eine Verstellung des hydrostatisch-mechanischen Getriebes 2 auf Nullfördermenge sowie ein Kurzschließen der beiden Hydrostat- Einheiten mittels eines die Hochdruckleitung 18 und die Nieder­ druckleitung 19 verbindenden Bypassventils 20, so daß nunmehr die gesamte Nutzleistung über den Wellenstrang 14 fließt. Durch eine geeignete Wahl der Größen der Übersetzungsstufen 15, 16 ist die Drehzahl des Abtriebselements 3 bzw. der Eingangswelle der Trennkupplung 4 höher als vor der Betätigung des Steuerele­ ments. Deshalb ist als Trennkupplung 17 eine Reibungslamellen­ kupplung vorgesehen, die übermäßige Schaltstöße aufgrund des Überganges von der einen in die andere Betriebsweise vermeidet.

Eine weitere Ausführungsform eines Radantriebes ist dadurch ge­ geben, daß, wie in Fig. 4 strichpunktiert gezeigt, zwischen dem hydrostatisch-mechanischen Getriebe 2 einerseits und den Über­ setzungsstufen 15, 16 andererseits jeweils eine weitere, norma­ lerweise geschlossene Trennkupplung 21 angeordnet ist, die bei der Betätigung des Steuerelements geöffnet werden. Dadurch ent­ fallen alle Durchtriebsverluste des hydrostatisch-mechanischen Getriebes 2, was zu einer entsprechenden Verbesserung des Wir­ kungsgrades des Radantriebes führt.

Claims (4)

1. Radantrieb für Nutzfahrzeuge, insbesondere für Ackerschlep­ per und Baufahrzeuge, mit mehreren Fahrbereichen, die zumin­ dest teilweise oberhalb der Rutschgrenze liegen, bestehend aus einem hydrostatisch-mechanischen Getriebe mit einer Pum­ pe und einem Hydraulikmotor als Hydrostat-Einheiten und ei­ nem Abtriebselement, dessen Drehzahl durch Verstellung zu­ mindest einer der Hydrostat-Einheiten stufenlos veränderbar ist und dessen hydrostatischer Leistungsanteil sich mit steigender Drehzahl des Abtriebselements verringert, und ei­ nem mit dem Abtriebselement in Antriebsverbindung bringbaren Stufenschaltgetriebe mit Reversierstufe, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Stufensprung (4) des Stufenschaltgetriebes (5) im Bereich um 1,5 liegt,
• - daß die Hydrostat-Einheiten des hydrostatisch-mechanischen Getriebes (2) bezüglich der maximal übertragbaren Leistung auf 45%-50% der maximalen Fahrantriebsleistung ausge­ legt sind und
• - daß in allen Fahrbereichen (IV; V; VI), in denen die Fahr­ geschwindigkeit bei Erreichen des maximal zulässigen Lei­ stungsanteils der Hydrostat-Einheiten an der gesamten übertragenen Fahrantriebsleistung oberhalb der Rutschgren­ ze (R) liegt, der Verstellbereich der verstellbaren Hydro­ stat-Einheit im Sinne einer Begrenzung der Drehzahl des Abtriebselementes (3) auf Werte zwischen ca. 50 bis 100% der maximalen Drehzahl beeinflußt wird, dagegen der Ver­ stellbereich in Fahrbereichen (I; II; III), in denen der zulässige Leistungsanteil der Hydrostat-Einheiten an der gesamten übertragenen Fahrantriebsleitung unterhalb der Rutschgrenze (R) überschritten wird, unbeeinflußt bleibt.

2. Radantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatisch-mechanische Getriebe (2) durch einen Wellenstrang (14), der eine eingangsseitige Übersetzungsstu­ fe (15), eine ausgangsseitige Übersetzungsstufe (16) sowie eine normalerweise geöffnete Trennkupplung (17) enthält, überbrückbar ist.

3. Radantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Drehzahl des Abtriebselements (3) bei ein­ gerückter Trennkupplung (17) höher ist als bei ausgerückter Trennkupplung (17).

4. Radantrieb nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatisch-mechanische Getriebe (2) vom Wellen­ strang (14) durch weitere, eingangsseitig und ausgangsseitig angeordnete Trennkupplungen (21) abtrennbar ist.