DE4116389C2 - Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere für Ackerschlepper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere für Ackerschlepper, bestehend aus einer Brennkraftmaschine, einem von der Brennkraftmaschine über eine Anfahr- und Schaltkupplung und eine Eingangswelle angetriebenen stufenlosen Kettenwandler, für dessen Verstellung ein in einer Schaltgassenanordnung aus mindestens zwei miteinander verbundenen Schaltgassen geführter Wählhebel vorgesehen ist, und einer dem Kettenwandler nachgeordneten Schaltkupplung für ein zugeordnetes Gruppengetriebe, dessen Abtriebswelle in trieblicher Verbindung mit einem Achsdifferential des Fahrzeuges steht

Ein Fahrzeug mit den beschriebenen Merkmalen ist in der DE 36 22 837 A1 offenbart. Allerdings ist der bekannte Antrieb noch nicht geeignet, sämtliche Anforderungen, die an ein solches Fahrzeug gestellt werden, zu erfüllen. So ist es beispielsweise im Hinblick auf den stufenlosen Antriebscharakter des Antriebs wünschenswert, während der Fahrt nicht nur einen Gruppenwechsel zu ermöglichen, sondern diesen darüber hinaus ohne Zugkraftunterbrechung durchführen zu können. Hierzu ist der bekannte Antrieb nicht in der Lage, da das Gruppengetriebe noch mit unsynchronisierten Schaltstellen ausgerüstet ist, die einen Wechsel der Gruppe nur bei stehendem Fahrzeug erlauben. Darüber hinaus bringt es der Einsatz eines Kettenwandlers für die stufenlose Antriebs­ charakteristik mit sich, daß es unmöglich ist, den Antriebsmotor durch Anschleppen des Fahrzeuges anzuwerfen. Dies deshalb, weil die Drehmomentübertragung von den Hinterrädern des Fahrzeuges zur Brennkraftmaschine wegen des Aufalls der Hydraulikanlage des Fahrzeuges am Kettenwandler unterbrochen ist. Aus dem gleichen Grunde ist es auch nicht möglich, bei am Berg abgestellten Fahrzeug die Bremswirkung des stehenden Antriebsmotors zur Unterstützung der Handbremse heranzuziehen.

Durch die DE-PS 9 67 545 ist bereits ein Zahnräderwechselgetriebe bekannt, das ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden kann. Dem Zahnräderwechselgetriebe ist eine Doppelkupplung vorgeschaltet, der für jede Schaltstellung eine Freilaufkupplung mit einer verschiebbaren Kupplungshälfte zugeordnet ist. Bevor anläßlich eines Gangwechsels die Schaltstellung der Doppelkupplung gewechselt werden kann, wird die der jeweils aktiven Schaltstellung zugeordnete Freilaufkupplung durch Verschieben der bewegbaren Kupplungshälfte eingerückt. Nach dem anschließenden Lösen der Doppelkupplung hält die Freilaufkupplung den Kraftfluss bis zum Einrücken der anderen Schaltstellung der Doppelkupplung aufrecht und überbrückt diese somit. Nachteilig bei dem bekannten Zahnräderwechselgetriebe ist, dass bestimmte Teile der Freilaufkupplungen ständig im Kraftfluß liegen und zur Drehmomentübertragung herangezogen werden. Die verschiebbaren Hälften der Freilaufkupplungen können dadurch nur mit großem Kraftaufwand bewegt werden. Somit sind derartige Freilaufkupplungen schwer schaltbar, was nicht nur das Einrücken erschwert, sondern auch eine gleichmäßige Drehmomentübertragung während des Überbrückungsvorganges verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb für ein Fahrzeug der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile mit einfachsten Maßnahmen beseitigt sind.

Die Mittel zur Lösung dieser Aufgabe sind im Kennzeichen des Anspruches 1 beschrieben. Auf diese Weise kann die Schaltkupplung, das Gruppengetriebe sowie der Kettenwandler während des Wechsels der Gruppe vollständig aus dem Kraftfluss herausgenommen und vorübergehend ein kurzer Getriebestrang aufgebaut werden, über den der Kraftfluss von der Eingangswelle des Kettenwandlers direkt zur Ausgangswelle des Gruppengetriebes verläuft.

Weitere Maßnahmen, die einen solchen Antrieb sinnvoll weiter gestalten, sind im Unteranspruch beschrieben. Dadurch kann in allen Situationen, in denen der Kettenwandler nicht in der Lage ist, ein Drehmoment zu übertragen, eine sichere, mechanische Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine und den angetriebenen Rädern hergestellt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugantriebes und

Fig. 2 ein zugehöriges Schaltbild.

Der erfindungsgemäße Antrieb weist eine Brennkraftmaschine 1 auf, der in Leistungsflußrichtung eine Anfahr- und Schalt­ kupplung 2 sowie ein Wendegetriebe 3 folgt. Dem Wendegetrie­ be 3 nachgeordnet ist ein stufenloser Kettenwandler 4 mit dahinter befindlichem Gruppengetriebe 5 in Vorgelegebau­ weise, das auf ein Achsdifferential 6 für den Antrieb der beiden Räder 7 dieser Achse arbeitet.

Das Wendegetriebe 3 weist eine Zahnradstufe V für Vorwärts­ fahrt und eine Zahnradstufe R für Rückwärtsfahrt auf, wobei die Antriebsräder 8, 9 der Zahnradstufen über eine Schalt­ kupplung 10 wechselweise mit der sie antreibenden Ausgangs­ welle 11 der Anfahr- und Schaltkupplung 2 kuppelbar sind. Die damit kämmenden Abtriebsräder 12, 13 sitzen drehfest auf der Eingangswelle 14 des Kettenwandlers 4. Die Übersetzungen der beiden eine sog. Anpassungsstufe für den Kettenwandler 4 bildenden Zahnradstufen V, R sind einander betragsmäßig gleich und so gewählt, daß bei Nenndrehzahl der Brennkraft­ maschine 1 am Ausgang des Wendegetriebes 3, d. h. an der Eingangswelle des Kettenwandlers 4 die Nenndrehzahl des Kettenwandlers 4 erreicht wird.

Der Kettenwandler 4 ist ein Kegelscheiben-Umschlingungstrieb herkömmlicher Bauweise, dessen nicht gezeigte Kegelscheiben mittels Druckmitteldruck zusammengepreßt werden, um ein Drehmoment zu übertragen. Zur Belieferung mit dem benötigten Druckmittel ist der Kettenwandler 4 an die ebenfalls nicht gezeigte Hydraulikanlage des Fahrzeuges angeschlossen. Da die Pumpe der Hydraulikanlage von der Brennkraftmaschine 1 direkt oder indirekt angetrieben wird, fällt bei Ausfall der Brennkraftmaschine die Druckmittelversorgung des Kettenwand­ lers 4 fort, so daß dieser kein Drehmoment überträgt.

Das Gruppengetriebe 5 weist eine erste Eingangswelle 15 und eine darauf drehbar gelagerte zweite Eingangswelle 16 auf, die wahlweise über eine hydraulisch betätigbare Doppelkup­ plung 17 von der Abtriebswelle 18 des Kettenwandlers 4 angetrieben werden. In ihren freien Endbereichen tragen die Eingangswellen 15, 16 je ein drehfest verbundenes Antriebsrad 19, 20 zweier Zahnradstufen, die die Gruppen L, S des Gruppengetriebes 5 bilden. Die Abtriebsräder 21, 22 dieser beiden Zahnradstufen L, S sind auf einer Hohlwelle 23 befestigt, die auf der Abtriebswelle 24 des Gruppengetriebes 5 drehbar gelagert ist und mittels einer Schaltkupplung 25 in deren Schaltstellung N (Normalgruppe) mit der Abtriebs­ welle 24 verbindbar ist. Zur Realisierung einer Kriechgang­ gruppe ist die Hohlwelle 23 über das Abtriebsrad 22 und den Zahnrädern 26, 27, 28 eines Getriebezweiges mit der Abtriebs­ welle 24 kuppelbar, wozu sich die Schaltkupplung 25 in ihrer rechten Schaltstellung K befinden muß.

Im dem Wendegetriebe 3 zugewandten Endbereich trägt die Hohlwelle 23 ein weiteres drehfestes Zahnrad 29, welches mit einem Zahnrad 30 kämmt, das drehfest auf einer Welle 31 angeordnet ist, die in der Eingangswelle 14 des Kettenwand­ lers 4 gelagert ist und mit dieser fluchtet. In unmittelba­ rer Nähe zur Eingangswelle 14 trägt die Welle 31 eine Scheibe 32, die die eine Hälfte einer hydraulisch betätig­ baren, reibschlüssigen Überbrückungskupplung 33 darstellt, deren andere Kupplungshälfte 34 am Abtriebsrad 12 des Wendegetriebes 3 befestigt ist.

Als Voraussetzung für die Realisierung dieser den Kettenwandler 4 und das Gruppengetriebe 5 überbrückenden Antriebsverbindung von der Eingangswelle 14 zur Abtriebswelle 24 während einer Umschaltung im Gruppengetriebe 5 von Stufe L nach Stufe S bzw. umgekehrt werden mittels der aus den Zahnrädern 29, 30 gebildeten Übersetzungsstufe die Drehzahlen und -richtungen der Wellen 14, 31 einander so angepasst, daß zumindest annähernder Synchronlauf der beiden Wellen besteht. Für die erwähnte Übersetzungsstufe gelten dabei folgende Bedingungen:

und somit

wobei Z,19; Z,20; Z,21; Z,22; Z,29; Z,30 die Zähnezahlen der Zahnräder mit entspr. Pos. Nr.,
i,min bzw. i,max die minimale bzw. maximale Übersetzung des Kettenwandlers 4,
R den symmetrisch angenommenen Regelbereich des Kettenwandlers 4 und
i,4L bzw. i,4S die Übersetzungen des Kettenwandlers 4 bedeuten, die durch den Wählhebel 35 für die Fahrgeschwindigkeit an der Stelle der Quergasse zwischen den in Fig. 2 gezeigten Schaltgassen 36, 37 eingestellt sind.

Wenn die beiden Bedingungen für das Verhältnis Z,29/Z,30 sich nicht widersprechen, dann existiert bei Inkrafttreten der Antriebsverbindung zwischen den Wellen 14 und 24 Synchronlauf der Wellen 14 und 31. In diesem Fall überlappen sich die Schaltgassen 36, 37, so wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, oder schließen zumindest aneinander an. Wenn die Bedingungen für dieses Verhältnis nicht erfüllt sind, ist bei Inkrafttreten der Antriebsverbindung allenfalls angenäherter Synchronlauf der Wellen 14, 31 möglich.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Übersetzungen der von den Zahnrädern 19, 21 bzw. 20, 22 gebildeten Stufen L und S des Gruppengetriebes 5 so gewählt, daß die maximale Fahrgeschwindigkeit in der Stufe L bei Verstellung des Kettenwandlers 4 ins Schnelle etwas größer ist als die minimale Fahrgeschwindigkeit in Stufe S bei Verstellung des Kettenwandlers 4 ins Langsame. Auf diese Weise ergibt sich bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltgassenanordnung für den Wählhebel 35 für die Fahrgeschwindigkeit eine geringfügige Überlappung der einzelnen Schaltgassen 36, 37. Dies hat gegenüber einer Schaltgassenanordnung ohne Überlappung der Schaltgassen den Vorteil, daß beim Übergang von Stufe L auf Stufe S bzw. umgekehrt im Gruppengetriebe 5 die Fahrgeschwindigkeit nicht verändert werden muß. Außerdem erlaubt dies die Übersetzung der aus den Zahnrädern 29, 30 gebildeten Stufe der Antriebsverbindung von der Eingangswelle 14 zur Abtriebswelle 24 in weiteren Grenzen zu wählen, wodurch bauliche Belange im Getriebe besser berücksichtigt werden können.

Neben der Verbindungsmöglichkeit der Eingangswelle 14 des Kettenwandlers 4 und der Welle 31 mittels der hilfskraft­ betätigten Überbrückungskupplung 33 besteht eine weitere Möglichkeit, diese beiden Wellen auch dann miteinander zu verbinden, wenn die Hydraulikanlage des Fahrzeuges nicht zur Verfügung steht. Abgesehen von Funktionsausfällen der Hydraulikanlage selbst ist dies der Fall, wenn das Fahrzeug stillgesetzt ist oder die Brennkraftmaschine 1 ausfällt. Hierzu sind in Axialbohrungen 12a des die zweite Hälfte der Überbrückungskupplung 33 tragenden Zahnrades 12 geführte Verriegelungsbolzen 38 vorgesehen, die in ansich bekannter Weise gemeinsam mittels eines Handhebels 39 aus der gezeigten Entriegelungsstellung D in eine Verriegelungsstel­ lung P (Parkstellung) verschiebbar sind, in letzterer sind sie bei passender Drehstellung in Bohrungen 32a der Kupplungsscheibe 32 einschiebbar, die gleich angeordnet sind wie die Bohrungen 12a. Diese Überbrückungskupplung 40 kann benutzt werden, um die zwischen dem Achsdifferential 6 und den angetriebenen Rädern 7 angeordnete Feststellbremse 41 durch das Bremsmoment der stehenden Brennkraftmaschine 1 zu unterstützen, wenn das Fahrzeug abgestellt wird. Zu diesem Zweck kann vorgesehen werden, daß die Überbrückungskupplung 40 beim Betätigen der Feststellbremse 41 automatisch mit eingerückt wird. Daneben kann auch die Möglichkeit vorgesehen werden, die Überbrückungskupplung 41 ohne Betätigung der Feststellbremse einzurücken. Auf diese Weise ist ein Kraftfluß von den angetriebenen Rädern zum Antriebsmotor gegeben, der es ermöglicht, die Brennkraftma­ schine 1 im Bedarfsfall durch Anschleppen des Fahrzeuges anzuwerfen.

Im folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Antriebes am Beispiel eines Anfahrvorganges aus der Geschwindigkeit 0 bis zur maximalen Fahrgeschwindigkeit bei Ausnutzung der beiden zur Verfügung stehenden Getriebegrup­ pen beschrieben.

Für einen Fahrbetrieb mit Geschwindigkeiten im normalen Arbeitsbereich wird die Schaltkupplung 25 des Gruppen­ getriebes 5 in die bezogen auf die Zeichnung linke Schalt­ stellung geschoben, in der die Abtriebswelle 24 mit dem Abtriebsrad 21 und damit der Hohlwelle 23 verbunden ist. Beide Überbrückungskupplungen 33, 40 sind ausgerückt, wobei die Überbrückungskupplung 33 von einer nicht gezeigten elektrischen Steuerung geschaltet wird.

Der Wählhebel 35 für die Fahrgeschwindigkeit befindet sich gemäß Fig. 2 in der linken Schaltgasse 36, wodurch über die elektrische Steuerung die Eingangswelle 15 des Gruppen­ getriebes 5 mit der Abtriebswelle 18 des Kettenwandlers 4 verbunden ist und die Zahnradstufe L zum Einsatz kommt. Innerhalb der linken Schaltgasse 36 ist der Wählhebel 35 in die unterste, der langsamen Fahrgeschwindigkeit entsprechende Stellung geschoben, in der mittels der elektrischen Steuerung der Kettenwandler 4 auf geringste Abtriebsdrehzahl gestellt ist. Das Fahrzeug setzt sich nach dem Schalten der Schaltkupplung 10 des Wendegetriebes 3 in die Schaltstellung für die gewünschte Fahrtrichtung und Einrücken der Anfahr- und Schaltkupplung 2 in Bewegung, wobei die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 rasch auf deren Nenndrehzahl gebracht wird. Dabei besitzt das Fahrzeug abgesehen von der Kriechganggruppe die kleinstmögliche erreichbare Arbeitsgeschwindigkeit.

Um die Fahrgeschwindigkeit zu erhöhen braucht lediglich der Wählhebel 35 entsprechend verschoben werden, wobei der Kettenwandler 4 von der elektrischen Steuerung entsprechend verstellt wird. Soll das Fahrzeug auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden, die nur in der in Fig. 2 rechten Schaltgasse 37 erreicht werden kann, so wird der Wählhebel 35 in die die Schaltgassen 36, 37 verbindende Quergasse geschoben, wo er zunächst gegen weiteres Verschieben blockiert wird. Der Kettenwandler 4 ist nun annähernd auf seine höchste Abtriebsdrehzahl gestellt. Gleichzeitig wird mit Hilfe eines geeigneten Sensors ein Signal an die elektrische Steuerung gegeben, welche daraufhin eine Rückstellung des Kettenwandlers 4 auf seine annähernd niedrigste Abtriebsdrehzahl und eine Umschaltung der Gruppe im Gruppengetriebe 5 veranlaßt. Im Einzelnen wird dabei zunächst die Überbrückungskupplung 33 eingerückt was möglich ist, da in der erreichten Stellung des Wählhebels 35 die Drehzahlen der Eingangswelle 14 des Kettenwandlers 4 und der Welle 31 im wesentlichen gleich sind. Geringe Drehzahlunter­ schiede werden von der reibschlüssigen Überbrückungskupplung 33 aufgenommen. Anschließend wird die Doppelkupplung 17 vollständig ausgerückt, so daß der Kraftfluß von der Brennkraftmaschine 1 nicht mehr über den Kettenwandler 4 und die Doppelkupplung 17, sondern über die Überbrückungs­ kupplung 33 und die Zahnradstufe 30, 29 in das Gruppenge­ triebe 5 verläuft. Eine Zugkraftunterbrechung während der gleich darauf erfolgenden Verstellung des Kettenwandlers auf seine annähernd niedrigste Ausgangsdrehzahl findet somit nicht statt. Dieser Vorgang benötigt zwar etwas Zeit, einen Einfluß auf die Arbeitsweise des Fahrzeuges hat dies aber wegen der aufrechterhaltenen Zugkraft nicht. Nachdem der Kettenwandler 4 seine neue Abtriebsdrehzahl eingenommen hat, kuppelt die Doppelkupplung 17 die Eingangswelle 16 des Gruppengetriebes 5 mit der Abtriebswelle 18 des Kettenwandlers 4, so daß nunmehr die Zahnradstufe S zum Einsatz kommt. Gleichzeitig wird die Überbrückungskupplung 33 ausgerückt und der Wählhebel freigegeben. Dieser kann nun innerhalb der in Fig. 2 rechten Schaltgasse 37 entsprechend der gewünschten Fahrgeschwindigkeit verschoben werden.

Claims (2)

1. Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere für Ackerschlepper, bestehend aus einer Brennkraftmaschine (1), einem von der Brennkraftmaschine (1) über eine Anfahr- und Schaltkupplung (2) und eine Eingangswelle (14) angetriebenen stufenlosen Kettenwandler (4), für dessen Verstellung ein in einer Schaltgassenanordnung aus mindestens zwei miteinander verbundenen Schaltgassen geführter Wählhebel (35) vorgesehen ist, und einer dem Kettenwandler (4) nachgeordneten Schaltkupplung (17) für ein zugeordnetes Gruppengetriebe (5), dessen Abtriebswelle (23) in trieblicher Verbindung mit einem Achsdifferential (6) des Fahrzeuges steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (14) des Kettenwandlers (4) über eine reibschlüssige, hilfskraftbetätigte Überbrückungskupplung (33) und eine Übersetzungsstufe für die Anpassung der Drehrichtung und der Drehzahl der Eingangswelle (14) an die Ausgangswelle (31) der Überbrückungskupplung (33) und/oder zum Erreichen eines zumindest angenäherten Synchronlaufes der Eingangswelle (14) mit der Ausgangswelle (31) mit der Abtriebswelle (Hohlwelle (23)) des Gruppengetriebes (5) kuppelbar ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (31) mittels einer manuell betätigbaren formschlüssigen Kupplung (40) mit der Eingangswelle (14) kuppelbar ist.