DE3912855A1

DE3912855A1 - Wegzapfwellenantrieb mittels zentraldifferential

Info

Publication number: DE3912855A1
Application number: DE19893912855
Authority: DE
Inventors: Baldur Wildner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1989-04-19
Publication date: 1990-10-31

Description

2.1 Stand der Technik

Zugmaschinen, insbesondere Ackerschlepper, sind zum Teil mit einer Wegzapfwelle ausgerüstet, die u. a. zum Antrieb von Triebachs-Anhängern eingesetzt wird. Bei dem Betrieb von Triebachsen müssen die unterschiedlichen Abrollwege der Antriebsräder des Zugfahrzeuges und der Antriebsräder an der Triebachse ausgeglichen werden. Dazu wird zwischen dem Weg zapfwellenanschluß und der Triebachse ein Anpassungsgetriebe mit Nacheilung der Triebachse gegenüber dem Zugfahrzeug ein gebaut; durch eine zusätzliche Freilaufvorrichtung in der Triebachse wird erreicht, daß die Triebachsräder nur dann vom Zugfahrzeug angetrieben werden, wenn der Schlupf der Antriebsräder des Zugfahrzeuges größer wird als die vom An passungsgetriebe vorgegebene Nacheilung der Triebachse.

Weiterhin ist bekannt, daß bei einem hydraulischen Antrieb der Triebachse durch die Regelung des Hydraulikstroms eine verspannungsfreie Kopplung von Zugfahrzeug und Triebachs- Anhänger möglich ist (Lit.: Appold, Böhm, Vorndamme: Fachkenntnisse Landmaschinenmechaniker 1985; Eichhorn: Landtechnik, Landwirtschaftliches Lehrbuch).

2.2 Kritik am Stand der Technik

- Der Hydraulikantrieb der Triebachse erfordert einen hohen technischen Aufwand, der einen breiten Einsatz von Triebachs-Anhängern bisher verhinderte.

- Bei Drehzahlausgleich über ein Anpassungsgetriebe mit Nacheilung wirkt die Triebachse erst dann, wenn der Schlupf der Antriebsräder am Zugfahrzeug einen bestimmten Wert, nämlich die Nacheilung der angetriebenen Triebachsräder, übersteigt. Außerdem ist in der Triebachse noch ein Freilauf erforderlich, um in dem Bereich, in dem der Schlupf der Zug fahrzeug-Antriebsräder kleiner als die Nacheilung ist, eine Bremswirkung der Triebachse zu verhindern. Dieser Freilauf muß wiederum durch eine zuschaltbare Sperre zu überbrücken sein, wenn die Bremskraft des Zugfahrzeugmotors auch auf den Triebachs-Anhänger wirken soll, z. B. bei Bergabfahrt mit schwerem Anhänger. Durch die starre(n) Übersetzung(en) im Anpassungsgetriebe werden zeitweise, z. B. bei Kurvenfahrt, Verspannungen im Antriebsstrang verursacht.

2.3 Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache mechanische Wegzapfwelle zu realisieren, mit der u. a. eine ständige Verteilung der Antriebskraft auf das Zugfahrzeug und einen, an diese Wegzapfwelle angeschlossenen, Triebachs- Anhänger möglich ist.

2.4 Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Einsatz der Wegzapfwelle zum Antrieb einer angehängten Triebachse die Kraft des Zugfahrzeug-Antriebmotors über ein Differentialgetriebe zwischen dem Zugfahrzeug und Triebachs anhänger, verteilt wird. In diesem Fall wirkt die Abtriebswelle vom Fahrgetriebe des Zugfahrzeuges als Antriebswelle auf ein Zentraldifferential im Zugfahrzeug, von dem aus die Antriebskraft über die beiden Halbwellen des Zentraldifferentials

- einmal auf die Wegzapfwelle,
- zum anderen auf die Antriebsachse des Zugfahrzeuges, i. d. R. auf das Achsdifferential (bzw. bei einem Allrad-Zug fahrzeug auf ein weiteres Verteilergetriebe), wirkt.

Durch dieses Zentraldifferential, das die vom Fahrgetriebe kommende Motorkraft zwischen dem Zugfahrzeug und einer, an der Wegzapfwelle angeschlossenen, Triebachse verteilt, wer den Drehzahldifferenzen zwischen der Antriebsachse des Zug fahrzeuges und der Triebachse ausgeglichen. Zwischen Zen traldifferential und Wegzapfwelle ist ein Getriebe und, zum Ein- und Ausschalten der Wegzapfwelle, eine schaltbare Kupp lung eingebaut. Das Getriebe dient einmal dazu, die Weg zapfwellendrehzahl unter eine zulässige Zapfwel len-Höchstdrehzahl zu untersetzen; zum anderen wird durch eine geeignete Auslegung von Getriebe und Triebachsendüber setzung erreicht, daß die beiden Halbwellen des Zentraldif ferentials bei normaler Fahrt, d. h. die Umfangsgeschwin digkeiten der Zugfahrzeug- und Triebachsräder sind gleich, die gleiche Drehzahl aufweisen, so daß durch Einschalten einer Differentialsperre im Zentraldifferential ein starrer Durchtrieb, und damit eine Erhöhung der Vortriebskraft des Gesamtfahrzeuges, realisiert wird.

Um für die anderen Betriebszustände (- kein Verbraucher an der Wegzapfwelle angeschlossen oder - nur Geräte, die eine starre Verbindung zwischen Fahrantrieb und Wegzapfwelle benötigen, wie z. B. Mineraldüngerstreuer, angeschlossen) einen starren Durchtrieb vom Fahrgetriebe auf den Fahr antrieb des Zugfahrzeuges und bei Bedarf auch auf dessen Wegzapfwelle zu ermöglichen, gibt es die folgenden drei Lösungsmöglichkeiten:

- durch den Einsatz einer Differentialsperre im Zentraldif ferential wird die Wirkung dieses zentralen Verteiler getriebes aufgehoben und es entsteht ein starrer Durchtrieb vom Fahrgetriebe über das Zentraldifferential auf den Achs antrieb des Zugfahrzeuges und, zuschaltbar über eine Kupp lung, auch auf die Wegzapfwelle (Ausführungsbeispiel 1, siehe Zeichnung 1),
- zwischen Fahrgetriebe und Zentraldifferential des Zug fahrzeuges wird ein Vorschaltgetriebe eingesetzt, daß die vom Fahrgetriebe kommende Motorkraft entweder direkt auf die Antriebsräder des Zugfahrzeuges (i. a. über weitere Ver teilergetriebe des Zugfahrzeuges) lenkt (starrer Durch trieb vom Fahrgetriebe auf den Zugfahrzeugfahrantrieb), oder auf das Zentraldifferential, welches die Motorkraft dann auf Zugfahrzeugantrieb und Wegzapfwelle verteilt. Im letzten Fall wird der starre Durchtrieb zur Wegzapfwelle wieder über die Differentialsperre des Zentraldifferentials hergestellt (Ausführungsbeispiel 2, siehe Zeichnung 2),
- zwischen Fahrgetriebe und Zentraldifferential des Zug fahrzeuges wird ein Vorschaltgetriebe eingesetzt, daß die vom Fahrgetriebe kommende Motorkraft entweder direkt auf die Antriebsräder des Zugfahrzeuges (i. a. über weitere Ver teilergetriebe des Zugfahrzeuges) lenkt, oder auf das Zentraldifferential, welches die Motorkraft dann auf Zug fahrzeugantrieb und Wegzapfwelle verteilt. Beim Kraftfluß über das Zentraldifferential wird die Wegzapfwelle von der einen Halbwelle (die andere Halbwelle führt zu den Zug fahrzeugantriebsrädern) über ein Anpassungsgetriebe (s. o.) angetrieben; wird das Zentraldifferential im Vorschalt getriebe überbrückt, dann wird die Wegzapfwelle über ein Nachschaltgetriebe unter Umgehung des Anpassungsgetriebes und des Zentraldifferentials direkt angetrieben (Aus führungsbeispiel 3, siehe Zeichnung 3).

2.5 Vorteile

Beim Einsatz eines Triebachsanhängers ergeben sich folgende Vorteile:

- die Kraftverteilung zwischen Zugfahrzeugantriebsräder und Wegzapfwelle über ein Zentraldifferential verhindert dauernd Verspannungen im Antriebsstrang;
- die Vortriebskraft wird ständig auf eine größere Anzahl von Antriebsrädern verteilt, nicht nur wenn der Schlupf am Zugfahrzeug einen Mindestwert übersteigt, wodurch die Vortriebsleistung verbessert und die Blindleistung vermin dert wird;
- durch die Verteilung und Verbesserung der Vortriebslei stung wird der Radschlupf vermindert, was zu einer verringer ten Schädigung des Bodens führt (insbesondere bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen);
- eine Erhöhung des Anhängergewichts (durch transportierte Nutzlast) führt gleichzeitig zu einer Erhöhung der Reibkräfte zwischen angetriebenem Triebachsrad und Boden, wodurch wiederum auch die Vortriebsleistung erhöht wird.

2.6 Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird zu jeder der drei angegebenen Lösungsmöglichkeiten ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

2.6.1 Ausführungsbeispiel 1 (Zeichnung 1)

Vom Fahrgetriebe (3) des Zugfahrzeuges wird die Motorkraft über die Welle (4) auf das Antriebsritzel (14) des Zentral differentials (6) geleitet. Über dessen Tellerrad (17) wer den die beiden Halbwellen (11) und (16) des Zentraldifferen tials (6) angetrieben. Die eine Halbwelle (11) leitet die Motorkraft auf das Achsdifferential (8) des Zugfahrzeuges, von dem über die beiden Antriebshalbachsen (9) und (10) die Antriebsräder des Zugfahrzeuges angetrieben werden. Die an dere Halbwelle (16) leitet die Motorkraft über die Kupplung (5) auf das Getriebe (7), von dem aus über die Welle (12) der Wegzapfwellenanschluß (13) angetrieben wird. Über die Kupplung (5) ist die Wegzapfwelle (13) ein- und auszuschal ten. Durch geeignete Wahl der Übersetzungen im Getriebe (7) sind die Abrollwege der Zugfahrzeugantriebsräder an die vor gesehenen Triebachsräder anzupassen. Um verschiedene Kom binationen von Zugfahrzeug- und Triebachsantriebsräder betreiben zu können wird das Getriebe (7) mit mehreren wählbaren Übersetzungen (in der vorliegenden Zeichnung 1 sind zwei dargestellt) bzw. für einen Austausch der Zahnräder, wodurch eine Übersetzungsänderung erreicht wird, ausgerüstet. Ist für spezielle Arbeiten (keine Triebachse, sondern z. B. Düngerstreuer) eine starre Verbindung von Fahr- und Wegzapfwellenantrieb erforderlich, dann wird diese durch Einschalten der Differentialsperre (15) des Zentral differentials (6) hergestellt. Für den Einsatz eines Triebachsanhängers kann das Getriebe (7) so ausgelegt wer den, daß bei Geradeausfahrt mit nahezu gleichen Um fangsgeschwindigkeiten von Zugfahrzeug- und Triebachs antriebsrädern die beiden Halbwellen (11) und (16) des Zentraldifferentials (6) die gleiche Drehzahl aufweisen. Dann kann auch bei Einsatz der Triebachse die Differen tialsperre (15) im Zentraldifferential (6) eingeschaltet werden, um so infolge des starren Durchtriebs auf alle Antriebsräder den Gesamtvortrieb des Zuges (Zugfahrzeug + Triebachse) zu nochmals erhöhen.

2.6.2 Ausführungsbeispiel 2 (Zeichnung 2)

Vom Fahrgetriebe (3) des Zugfahrzeuges wird die Motorkraft über die Welle (4) auf das Vorschaltgetriebe (23) geleitet. In diesem Vorschaltgetriebe (23) sind zwei Betriebszustände einstellbar:

a) Betrieb ohne Wegzapfwelle
Von der Welle (4) wird die Motorkraft im Vorschaltgetriebe (23) über das Zahnrad (19) und die schaltbare Kupplung (20) (diese Kupplung ist in Zeich nung 2 in ihren beiden Stellungen dargestellt) auf das Zahnrad (24) übertragen. Von diesem Zahnrad (24) werden über die Welle (26), das Achsdifferential (8) und die beiden Halbwellen (9) und (10) die Antriebsräder des Zug fahrzeuges angetrieben. In diesem Betriebszustand liegt das Zentraldifferential (6) nicht im Kraftfluß.
b) Betrieb mit Wegzapfwelle
Von der Welle (4) wird die Motorkraft im Vorschaltgetriebe (23) über das Zahnrad (18) und die schaltbare Kupplung (21) auf das Zahnrad (14) übertragen, welches als Antriebsritzel des Zentraldifferentials (6) wirkt. Vom Tellerrad (17) dieses Zentraldifferentials (6) werden dessen beiden Halbachsen (11) und (16) an getrieben. Die Wegzapfwelle (13) wird nun, wie in Ausführungsbeispiel 1 (Kap. 2.6.1) beschrieben, über die Halbwelle (16), die Kupplung (5), Getriebe (7) und Welle (12) angetrieben (Funktionen dieser Bauteile s. Ausführungsbeispiel 1). Über die Halbwelle (11) des Zentraldifferentials (6) wird die Motorkraft wieder in das Vorschaltgetriebe (23) geführt. Hier wird von der Halbwelle (11) über die Zahnräder (25) und (22) und die schaltbare Kupplung (20), die in diesem Betriebszustand die Zahnräder (22) und (24) kraftschlüssig verbindet, die Motorkraft wieder auf das Zahnrad (24) geleitet. Von diesem Zahnrad (24) werden dann über die Welle (26), das Achsdifferential (8) und die beiden Halbwellen (9) und (10) die Antriebsräder des Zugfahrzeuges angetrieben. Ist für spezielle Arbeiten (s. Ausführungsbeispiel 1) eine starre Verbindung von Fahr- und Wegzapfwellenantrieb er forderlich, so ist diese durch Einschalten der Differen tialsperre (15) des Zentraldifferentials (6) herzustel len.

2.6.3 Ausführungsbeispiel 3 (Zeichnung 3)

Das in Zeichnung 3 gezeigte Ausführungsbeispiel wurde dahin gehend erweitert, daß der Antrieb der Wegzapfwelle wahlweise über das Zentraldifferential (6) oder über ein zusätzliches Nachschaltgetriebe (30) erfolgen kann. Damit sind folgende Betriebszustände zu realisieren:

a) Betrieb ohne Wegzapfwelle
Der Fahrantrieb erfolgt, wie im Ausführungsbeispiel 2 in Kap. 2.6.2a beschrieben, von Welle (4) über das Vor schaltgetriebe (23) auf die Welle (26), und von hier auf das Achsdifferential (8) des Zugfahrzeuges.
b) Betrieb mit Wegzapfwelle - kein Einsatz einer Triebachse (starre Verbindung zwischen Fahrantrieb und Wegzapfwelle, z. B. für Düngerstreuer).
Der Fahrantrieb erfolgt, wie in Kap. 2.6.2a beschrieben, von Welle (4) über das Vorschaltgetriebe (23) (Zahnrad (27), schaltbare Kupplung (28), Zahnrad (24)) und Welle (26) auf das Achsdifferential (8) des Zugfahrzeuges. Die Wegzapfwelle (13) wird über das Nachschaltgetriebe (30) angetrieben. Von der Welle (26) wird der Kraftfluß über die Zahnräder (32 a-d), die schaltbare Kupplung (35) und das Zahnrad (34) auf die Welle (31) und den Wegzapfwel lenanschluß (13) hergestellt. In diesem Betriebszustand verbindet die schaltbare Kupplung (35) die beiden Zahnräder (32 d) und (34) des Nachschaltgetriebes (30) kraftschlüssig, das Zentraldifferential (6) und das Getriebe (7) liegen nicht im Kraftfluß.
c) Betrieb mit Wegzapfwelle - Einsatz einer Triebachse
Die Motorkraft wird vom Fahrgetriebe (3) auf das Vorschaltgetriebe (23) und von diesem auf das Zentraldif ferential (6) übertragen (Kraftfluß: Fahrgetriebe (3) - Welle (4) - Zahnrad (27) - schaltbare Kupplung (28) - Zahnrad (14) - Tellerrad (17) des Zentraldifferentials (6)). In diesem Zentraldifferential (6) wird die Motorkraft wieder auf die beiden Halbwellen (11) und (16) übertragen. Die Halbwelle (16) treibt nun, wie in Kap. 2.6.1 beschrieben, über die Kupplung (5) und das Ge triebe (7) die Welle (12) an (Funktionen dieser Bauelemente siehe Kap. 2.6.1). Von der Welle (12) wird über die Zahnräder (33) und (34) des Nachschaltgetriebes (30), die durch die schaltbare Kupplung (35) kraftschlüssig verbunden sind, die Welle (31) und damit der Wegzapfwellenanschluß (13) angetrieben. Die zweite Halbwelle (11) überträgt die Motorkraft vom Zentraldif ferential (6) auf das Vorschaltgetriebe (23), von dem über die Welle (26) und das Achsdifferential (8) die Antriebsräder des Zugfahrzeuges angetrieben werden (Kraftfluß: Zentraldifferential (6) - Halbwelle (11) - Zahnrad (25) - Zahnrad (22) - schaltbare Kupplung (29) - Zahnrad (24) - Welle (26) - Achsdifferential (8) - Halbwellen (9) und (10)). In diesem Betriebszustand ist der Kraftfluß zwischen den Wellen (4) und (26) im Vorschaltgetriebe (23) durch die schaltbare Kupplung (28) unterbrochen, die nun das Zahnrad (27) mit dem Zahnrad (14), das als Antriebsritzel des Zentraldifferentials (6) wirkt, kraftschlüssig verbindet. Die schaltbare Kupplung (29) des Vorschaltgetriebes (23) verbindet die beiden Zahnräder (24) und (22) kraftschlüssig. Im Nach schaltgetriebe (30) wird der Kraftfluß zwischen den Zahnrädern (32 d) und (34) durch die Kupplung (35) un terbrochen (das Zahnrad (32 d) ist auf der Welle (31) drehbar gelagert).
Durch Einschalten der Differentialsperre (15) im Zentral differential (6) ist bei Bedarf wiederum eine starre Ver bindung zwischen Fahr- und Wegzapfwellenantrieb zu realisieren, so daß bei Einsatz einer Triebachse ein star rer Durchtrieb auf die Antriebsräder von Zugfahrzeug und Triebachse hergestellt werden kann.

Claims

1. Motorgetriebenes Fahrzeug mit Wegzapfwellenanschluß, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines zusätzlichen Dif ferentialgetriebes die Motorkraft über die Halbwellen dieses Differentialgetriebes einmal auf die Antriebsräder des Fahrzeuges, i. d. R. über vorhandene Verteilergetriebe, und zum anderen auf eine Wegzapfwelle übertragen wird.

2. Motorgetriebenes Fahrzeug mit Wegzapfwellenanschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zu schaltbare Sperre in diesem zusätzlichen Differential getriebe ein starrer Durchtrieb von dessen Tellerrad auf seine beiden Halbachsen hergestellt werden kann.

3. Motorgetriebenes Fahrzeug mit Wegzapfenwellenanschluß nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine schaltbare Kupplung im Antriebsstrang der Wegzapfwelle diese ein- und ausgeschaltet werden kann.

4. Motorgetriebenes Fahrzeug mit Wegzapfwellenanschluß nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein mehrstufiges Anpassungsgetriebe unterschiedliche Abrollwege zwischen den Antriebsrädern vom Fahrzeug und an der Wegzapfwelle angeschlossener Triebachsräder aus zugleichen sind, und/oder dieses Anpassungsgetriebe verschiedene Über-/Untersetzungen vom Fahrantrieb auf die Wegzapfwelle ermöglicht.

5. Motorgetriebenes Fahrzeug mit Wegzapfwellenanschluß nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Vorschaltgetriebe zwischen Fahrgetriebe des Fahrzeuges und dem zusätzlichen Differentialgetriebe die zum Fahrantrieb des Fahrzeuges dienende Motorkraft wahlweise über das zusätzliche Differentialgetriebe oder direkt auf den Achsantrieb des Fahrzeuges übertragen wird.

6. Motorgetriebenes Fahrzeug mit Wegzapfwellenanschluß nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei direktem Durchtrieb vom Fahrgetriebe über das Vorschaltgetriebe auf den/die Achsantriebe des Fahrzeuges die Wegzapfwelle wahlweise über das zusätzliche Differen tialgetriebe oder über ein Nachschaltgetriebe direkt vom Fahrantrieb, unter Umgehung des zusätzlichen Differential getriebes und des Anpassungsgetriebes, angetrieben werden kann.