DE4200692A1 - Antriebseinrichtung eines fahrzeuges - Google Patents

Antriebseinrichtung eines fahrzeuges

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung eines Fahrzeuges mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Antriebseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 29 04 572 C2 be­ kannt. Für die Steuerung des Öl-Flusses zwischen den beiden dort verwendeten Hydrostatmaschinen ist ein relativ kompliziert aufgebauter hydraulischer Steuer­ block mit einer Reihe von zumindest teilweise elektromagnetisch betätigbaren Ventilen für Durchlaß und Absperrung, Drucksteuerung, Druckbegrenzung und dergleichen vorgesehen. Dieser hydraulische Steuerblock stellt somit einen ganz erheblichen Kostenfaktor in Bezug auf die Realisierung dieses bekannten Lei­ stungsverzweigungsgetriebes dar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung mit einem Lei­ stungsverzweigungsgetriebe der eingangs genannten Art dahingehend auszuge­ stalten, daß auf den besagten hydraulischen Steuerblock verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Antriebseinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Kombination der beiden ihrer Bauart nach un­ terschiedlichen Hydrostatmaschinen in Verbindung mit der Bremseinrichtung und der eine spezielle Ansteuerung bewirkenden elektronischen Steuereinrich­ tung ist es möglich geworden, daß auf den komplizierten, teuren und auch platz­ aufwendigen hydraulischen Steuerblock verzichtet werden kann. Dies insbeson­ dere auch deshalb, weil erst jetzt auf dem Markt beidseitig über Null gehend ver­ schwenkbare Hydrostatmaschinen zur Verfügung stehen, die auch schon jene für die Beherrschung der Drücke und der Umsteuerung notwendigen Organe wie Drucksteuer- und Druckbegrenzungsventile, Einspeiseventile und dergleichen als integrale Bestandteile aufweisen.
Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand mehrerer in der Zeich­ nung (Fig. 1 bis 4) dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen angezogen.
Die Antriebseinrichtung des Fahrzeugs umfaßt einen Antriebsmotor 1 und ein nachgeordnetes hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe 2. Letzteres besteht aus einem mechanischen Getriebeteil und einem hydrostati­ schen Teil mit wenigstens zwei Hydrostatmaschinen 3, 4. Die in der Zeichnung dargestellte Ausgestaltung des mechanischen Teils des Leistungsverzweigungsge­ triebes 2 ist nur als Beispiel zu verstehen und nicht auf diese Ausführungsform be­ schränkt. Der Antriebsmotor 1 - beispielsweise ein Dieselmotor - steht über seine Kurbelwelle 5 mit der Eingangswelle 6 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 in fester Antriebsverbindung. Zwischen der Ausgangswelle 7, an der ein Achsan­ triebsstrang 8 für wenigstens eine angetriebene Fahrzeugachse angeschlossen ist, und der Eingangswelle 6 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 wirkt als ein mechanischer Teil desselben ein mindestens vierwelliges Planetendifferential 9. Dieses Planetendifferential 9 umfaßt ein an der Eingangswelle 6 angeschlossenes großes Sonnenrad 10, ein an einer koaxial zur Eingangswelle 6 angeordneten Hohlwelle 11 angeschlossenes kleines Sonnenrad 12, einen an der Ausgangswel­ le 7 angeschlossenen, wenigstens ein Doppelplanetenrad 13, 14 lagernden Steg 15 und ein um Hohlwelle 11 und Ausgangswelle 7 drehbares Hohlrad 16 mit Innenverzahnung 17. Mit dieser Innenverzahnung 17 sowie dem kleinen Sonnen­ rad 12 steht das Planetenrad 14 in Eingriff, während das Planetenrad 13 mit dem großen Sonnenrad 10 kämmt. Am Hohlrad 16 ist über eine Nabe 18 ein Zahn­ rad 19 angeschlossen, daß mit einem durchmesserkleineren Zahnrad 20 kämmt, welches auf einer die mechanisch feste Verbindung zur Welle 3′ der Hydrostatma­ schine 3 herstellenden Nebenwelle 21 sitzt. Die getriebliche Verbindung zwischen der anderen Hydrostatmaschine 4 und dem Planetendifferential 9 ist über zwei wahlweise, z. B. durch die dargestellte Wechselschaltkupplung WSK schaltbare, unterschiedlich große Übersetzungen zu einer die mechanisch feste Verbindung zur Welle 4′ der Hydrostatmaschine 4 herstellenden weiteren Nebenwelle 22 ge­ geben. Hierzu ist drehfest an letzterer eine Mitnehmerscheibe 23 angeordnet, auf der mitrotierend eine axial aus einer neutralen, antriebslosen 0-Stellung in ei­ ne Kupplungsstellung a oder c verschiebbare Kupplungsmuffe 24 sitzt. In Kupp­ lungsstellung a wird von letzterer die Verbindung zu einer Kupplungsscheibe 25 hergestellt, die über eine Nabe 26 ein Zahnrad 27 trägt, das mit einem durchmes­ sermäßig wesentlich größeren Zahnrad 28 kämmt, welches fest mit der Aus­ gangswelle 7 verbunden ist. In Kupplungsstellung c dagegen kommt die Kup­ plungsmuffe 24 mit einer Kupplungsscheibe 29 in ein Eingriff, an der über eine Nabe 30 ein Zahnrad 31 angeschlossen ist, das mit einem an der das kleine Son­ nenrad 12 tragenden Hohlwelle 11 angeschlossenen Zahnrad 32 kämmt. Beide Hydrostatmaschinen 3, 4 können in beiden Drehrichtungen als Motor oder Pum­ pe betrieben werden und stehen über hydraulische Leitungen 33, 34 miteinander in Verbindung. Grundsätzlich ist dabei eine der beiden Hydrostatmaschinen 3, 4, vorzugsweise die Hydrostatmaschine 4, durch eine solche der Schrägachsenbau­ art gebildet und nur einseitig zwischen Null- und Maximum-Verschwenkwinkel für Leistungsregelung verstellbar, während die andere der beiden Hydrostatma­ schinen 3, 4, vorzugsweise die Hydrostatmaschine 3 einer solchen Bauart ge­ horcht, die eine beidseitige, von Plus-Maximumverschwenkwinkel über Null zum Minus-Maximumverschwenkwinkel und umgekehrt gehende Verstellung für eine Leistungsregelung und Wirkrichtungsumkehr zuläßt vorzugsweise gehorcht die­ se beidseitig verschwenkbare Hydrostatmaschine der Schrägscheiben-Bauart und ist mit sämtlichen für den Betrieb notwendigen hydraulischen Begleitkomponen­ ten wie Einspeisungsventil, Drucksteuer- bzw. Druckregelventil, Druckbegren­ zungsventil und dergleichen ausgestattet.
Desweiteren ist der Welle (in dargestellten Beispielen 3′) der beidseitig ver­ schwenkbaren Hydrostatmaschine (wie im Beispiel dargestellt 3) oder einer mit der besagten Welle getrieblich fest verbundenen Welle (in dargestellten Beispie­ len 21, 16) eine Bremseinrichtung 35 zugeordnet. Die Bremseinrichtung 35 be­ steht generell aus einem mit der besagten Welle fest verbundenen Bremsor­ gan 36, z. B. einer Bremsscheibe oder Bremslamellen, sowie Bremskraftübertra­ gungsorganen 37, wie Flüssigkeitsdruckzylinder, denen zur Betätigung bzw. Aus­ lösung entsprechende, elektronisch gesteuerte, elektrisch, insbesondere elektro­ magnetisch aktivierbare Betätigungs- bzw. Auslösemittel zugeordnet sind. Dabei kann die Bremseinrichtung 35 direkt auf die mit einem Bremsorgan 36 versehene Welle 3′ der beidseitig verschwenkbaren Hydrostatmaschine 3 wirkend (siehe Fig. 1), oder auf die mit der Welle 3′ verbundene, mit dem Bremsorgan 36 verse­ hene Nebenwelle 21 (siehe Fig. 2 und 3) wirkend, oder auf ein mit dem Hohl­ rad 16 fest verbundenes Bremsorgan 36 wirkend angeordnet sein. Im Fall gemäß Fig. 2 ist die Bremseinrichtung 35 außerhalb des Gehäuses 38 des Leistungsver­ zweigungsgetriebes 2 außen an dessen vorderer Stirnseite 39 angeordnet und wirkt dort auf die, an einem nach außen verlängerten Abschnitt das Bremsor­ gan 36 tragende Nebenwelle 21. Im Fall gemäß Fig. 3 ist die Bremseinrichtung 35 innerhalb des Gehäuses 38 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2, dort innen an dessen vorderer Stirnseite 39 angeordnet und wirkt dort ebenfalls auf die das Bremsorgan 36 tragende Nebenwelle 21. Im Fall gemäß Fig. 4 ist das Bremsor­ gan 36 der Bremseinrichtung 35 außen am Hohlrad 16 befestigt. In der Regel be­ sitzt die Bremseinrichtung 35 ein Gehäuse 40.
Zur Betriebssteuerung ist eine elektronische Steuereinrichtung 41 vorgesehen. Diese ist vorzugsweise rechnergesteuert und besitzt einen Mikroprozessor, Da­ tenspeicher, Programmspeicher, Ein- und Ausgabeperipherie, welche Teile durch ein Daten-Bus-System miteinander verknüpft sind.
Die Steuereinrichtung 41 kann als eigenständiges Steuersystem (siehe Fig. 1) konzipiert und vom Ort der vorhandenen elektronischen Motorsteuerung 42, die den Betrieb des Antriebsmotors 1 regelt, entfernt angeordnet sein, steht dann aber mit der Motorsteuerung 42 in Kommunikationsverbindung.
Alternativ hierzu kann die Steuereinrichtung 41 zwar als eigenständiges System konzipiert, aber mit der Motorsteuerung 42 in Kommunikationsverbindung ste­ hend am Ort derselben mit dieser baulich zusammengefaßt sein (siehe Fig. 2).
In weiterer Alternative kann die Steuereinrichtung 41 aber auch mit der Motor­ steuerung 42 vereinigt sein (siehe Fig. 3 und 4), wobei dann deren Mikroprozes­ sorsystem auch zur Steuerung des Betriebes des Leistungsverzweigungsgetrie­ bes 2 und der Bremseinrichtung 35 herangezogen wird.
Die Motorsteuerung 42 gibt über einen Steuerkanal 43 Befehle an die für die Lei­ stungsregelung des Antriebsmotors 1 maßgeblichen Organe 44, z. B. das Förder­ mengenverglied einer Einspritzpumpe, ab.
Die Steuereinrichtung 41 steht über Steuerleitungen 45,46, 47, 48 mit den beiden Hydrostatmaschinen 3, 4, dem Betätigungsorgan der Kupplung WSK und der Bremseinrichtung 35 zur Betätigung dieser Bauteile durch entsprechende Befehle in Verbindung.
Nachstehend ist die Funktion dieser solchermaßen ausgestatteten Antriebsein­ richtung näher erläutert.
Hinsichtlich der Funktion dieses Leistungsverzweigungsgetriebes 2 ist folgendes auszuführen: Die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 summiert sich aus dem Drehzahlen des großen Sonnenrades 10 und des Hohlrades 16, welche die Um­ laufgeschwindigkeit der Planetenräder 13, 14 bzw. des Steges 15 festlegen. Die Hydrostatmaschine 3 bewirkt durch ihre Drehzahl und Drehrichtung über die Zahnräder 20 und 19 die Drehzahl und Drehrichtung des Hohlrades 16.
Soll nun die Getriebeausgangswelle 7 und damit der Achsantriebsstrang 8 des Fahrzeugs in einem ersten Betriebsbereich (nAusgang 7 : nEingang 6 ≦ 50%) aus dem Stillstand heraus beschleunigt werden, so arbeitet die Hydrostatmaschine 3 bei einer Drehrichtung des Hohlrades 16 umgekehrt zur Drehrichtung des großen Sonnenrades 10 als Pumpe und liefert diese umgesetzte Leistung an die Hydro­ statmaschine 4. Diese ist über die sich in Kupplungsposition a befindliche Kupp­ lungsmuffe 24 und die damit wirksame Übersetzung Zahnrad 27/Zahnrad 28 mit der Ausgangswelle 7 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 getrieblich verbun­ den, arbeitet dann als Motor und treibt die Nebenwelle 22 an, wodurch Leistung auf den Achsantriebsstrang 8 übertragen wird. Am Ende dieses ersten Betriebsbe­ reiches steht die auf maximalen Plus-Verstellwinkel verschwenkte Hydrostatma­ schine 3 zumindest annähernd still. Die gesamte vom Antriebsmotor 1 her einge­ speiste Leistung wird dann praktisch vollkommen vom mechanischen Teil des Lei­ stungsverzweigungsgetriebes 2 übertragen.
Soll das Fahrzeug weiter beschleunigt bzw. mit höherer Geschwindigkeit betrie­ ben werden, was einen Übergang vom ersten in einen zweiten Betriebsbereich (nAusgang 7 : nEingang 6 ≧ 50%) bedeutet, dann werden von der Steuereinrich­ tung 41 verschiedene Befehle ausgegeben, dergestalt, daß die Welle (3′) der beidseitig verschwenkbaren Hydrostatmaschine 3 durch die nunmehr aktivierte Bremseinrichtung 35 festgehalten, außerdem die beidseitig schwenkbare Hydro­ statmaschine 3 vom Plus- über Null zum Minus-Maximumschwenkwinkel ver­ schwenkt und gleichzeitig die weiterhin angetriebene einseitig verstellbare Hy­ drostatmaschine 4 auf Null-Schwenkwinkel eingestellt wird. Außerdem bewirkt die Steuereinrichtung 41 bei steigender Drehzahl der Ausgangswelle 7 eine Um­ schaltung der Kupplung WSK von Kupplungsposition a nach c, so daß dann das kleine Sonnenrad 12 über die Hohlwelle 11 und die Zahnräder 32, 31 sowie die Nebenwelle 22 in getrieblicher Verbindung zur Hydrostatmaschine 4 steht. In die­ sem zweiten Betriebsbereich (nAusgang 7 : nEingang 6 ≧ 50%) arbeitet dann die nach Minus verschwenkte Hydrostatmaschine 3 bei gleicher Drehrichtung des Hohlrades 16 und des großen Sonnenrades 10 wie vorher als Motor, der seine Lei­ stung über die Leitungen 33, 34 von der Hydrostatmaschine 4 erhält, welche nun als Pumpe arbeitet. Die Antriebsleistung für die Hydrostatmaschine 4 wird in die­ sem Betriebsbereich also vom kleinen Sonnenrad 12 her übertragen.
Wenn das Fahrzeug wieder langsamer betrieben werden soll, also vom zweiten eine Rückkehr in den ersten Betriebsbereich (nAusgang 7 : nEingang 6 ≦ 50%) statt­ findet, dann wird bei diesem Übergang auf Befehle der Steuereinrichtung 41 hin die Welle 3′ der Hydrostatmaschine 3 mittels der Bremseinrichtung 35 wieder festgehalten, die Hydrostatmaschine 3 von Minus- über Null zum Plus- Maximumverschwenkwinkel verstellt und die andere Hydrostatmaschine 4 auf Nullschwenkwinkel eingestellt.

Claims (11)

1. Antriebseinrichtung eines Fahrzeuges, mit einem hydrostatisch-mechani­ schen Leistungsverzweigungsgetriebe (2) zwischen Antriebsmotor (1) und Achsantriebsstrang (8) mit einem mindestens vierwelligen Planetendiffe­ rential (9) mit mindestens zwei Reihen von Planetenrädern (13, 14), zwei Sonnenrädern (10, 12), einem Steg (15) und einem Hohlrad (16), ferner mit zwei den Eingang bzw. Ausgang bildenden und jeweils an verschiedenen Wellen des Planetendifferentiales (9) angeschlossenen Hauptwellen (6, 7), und mit zwei Hydrostatmaschinen (3, 4), die jeweils in mindestens einem Be­ triebsbereich an einer eigenen Welle des Planetendifferentiales (9) ange­ schlossen sind und wechselweise als Pumpe oder Motor arbeiten, wobei mindestens eine (4) der Hydrostatmaschinen (3, 4) bei zumindest annähernd stillstehender anderer Hydrostatmaschine (3) beim Übergang vom einen in den anderen Betriebsbereich über wenigstens eine schaltbare Kupplung (WSK) von der ausgangsseitigen Hauptwelle (7) zum nichtantriebsseitigen Sonnenrad (12) umschaltbar ist und im Zugbetrieb von Motor- auf Pumpen­ funktion wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Hydro­ statmaschinen (3, 4) der Schrägachsen-Bauart gehorcht und nur einseitig zwischen Null und Maximum verschwenkbar ist, während die andere Hydro­ statmaschine einer Bauart gehorcht, die beidseitig von Plus-Maximum über Null gehend zum Minus-Maximum und umgekehrt verschwenkbar ist, daß ferner der Welle der beidseitig verschwenkbaren Hydrostatmaschine oder einer mit dieser Welle getrieblich fest verbundenen Welle eine Bremsein­ richtung (35) zugeordnet ist, und daß eine elektronische Steuereinrich­ tung (41) vorgesehen ist, die die Schwenkwinkelverstellung der beiden Hy­ drostatmaschinen (3, 4), die Betätigung der wenigstens einen Kupplung (WSK) und der Bremseinrichtung (35) in der Weise steuert, daß die Welle der beidseitig schwenkbaren Hydrostatmaschine während des Übergangs vom einen Betriebsbereich des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) auf ei­ nen anderen durch die betätigte Bremseinrichtung (35) festgehalten, außer­ dem die beidseitig verschwenkbare Hydrostatmaschine von Plus- über Null nach Minus-Maximum oder umgekehrt verschwenkt und gleichzeitig die weiterhin angetriebene einseitig verstellbare Hydrostatmaschine auf Null- Schwenkwinkel eingestellt wird.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nur einseitig schwenkbare Hydrostatmaschine jene (4) ist, die mit ihrer Wel­ le (4′) fest mit einer getriebeinternen Nebenwelle (22) verbunden und über die Kupplung (WSK) sowie jeweils einen Getriebezug (31, 32 bzw. 27, 28) entweder mit der das kleinere (12) der beiden Sonnenräder (10, 12) tragen­ den Welle (11) oder der Abtriebswelle (7) des Getriebes (2) verbindbar ist.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitig schwenkbare Hydrostatmaschine jene (3) ist, die mit ihrer Wel­ le (3′) fest mit einer getriebeinternen Nebenwelle (21) verbunden ist und über einen Getriebezug (20, 19) mit dem Hohlrad (16) des Planetendifferen­ tiales (9) in Antriebsverbindung steht.
4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremseinrichtung (35) direkt auf die mit einem Bremsor­ gan (36) versehene Welle (3′) der beidseitig verschwenkbaren Hydrostatma­ schine (3) wirkend angeordnet ist.
5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (35) auf die mit der Welle (3′) der beidseitig verschwenk­ baren Hydrostatmaschine (3) verbundene, mit einem Bremsorgan (35) verse­ hene Nebenwelle (21) wirkend angeordnet ist.
6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (35) außerhalb des Gehäuses (38) des Leistungsverzwei­ gungsgetriebes (2) auf einen nach außen verlängerten, mit einem Bremsor­ gan (36) versehenen Abschnitt der Nebenwelle (21) wirkend angeordnet ist.
7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (35) innerhalb des Gehäuses (38) des Leistungsverzwei­ gungsgetriebes (2) auf ein dort an der Nebenwelle (21) angeordnetes Bremsorgan (36) wirkend angeordnet ist.
8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (35) auf ein mit dem Hohlrad (16) festverbundenes Bremsorgan (36) wirkend angeordnet ist.
9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (41) mit der elektronischen Motorsteue­ rung (42) vereinigt oder Teil derselben ist und einen Mikroprozessor, Daten- und Programmspeicher, Ein- und Ausgabeperipherie aufweist.
10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitig verschwenkbare Hydrostatmaschine mit sämtlichen für den Be­ trieb notwendigen hydraulischen Begleitkomponenten wie Einspeisungs­ ventil, Drucksteuerventil, Druckbegrenzungsventil und dergleichen ausge­ stattet ist.
11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitig verschwenkbare Hydrostatmaschine der Schrägscheiben-Bauart gehorcht.
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