DE19610821C2 - Hydrostatischer Motor mit zwei Wellenenden und Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Fahrzeug gemäß Oberbegriff vom Anspruch 1.

Derartige Antriebe sind bekannt. In Fahrzeugen, wie zum Beispiel Radlader, Geländestapler und Forstmaschinen, werden gegenwärtig Verstellmotoren eingesetzt, welche über ein Stirnradgetriebe auf beide Fahrzeugachsen wirken. Der Verstellmotor ist dabei an ein Verteilergetriebe angeflanscht, welches ein Getriebe mit fester Übersetzung zwischen dem Eingang des Verstellmotors und den beiden Abtriebswellen für zum Beispiel die Vorderachse und die Hinterachse sein kann oder welches in zwei Gängen schaltbar sein kann. Die Wellenenden der Abtriebswellen des Verteilergetriebes sind über Kardanwellen mit den Differentialgetrieben der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs verbunden. Nicht-schaltbare Getriebe weisen Übersetzungen von etwa 1,5 und schaltbare eine Übersetzung von etwa 1,2 bis 3 auf. Die schaltbaren Getriebe werden bei Fahrzeugen mit höherer Fahrgeschwindigkeit (32 bis 40 km/Std.) sowie bei sehr schweren Fahrzeugen eingesetzt. Bei Radladern wird darüber hinaus das Getriebe auch direkt an der Hinterachse oder alternativ an der Vorderachse angebracht. Dabei wird die Hinterachse direkt, die Vorderachse über die Kardanwelle angetrieben bzw. umgekehrt.

Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß das Schaltgetriebe es ermöglicht, daß der Verstellmotor kleiner dimensioniert werden kann, da das notwendige Wandlungsverhältnis des Verstellmotors durch die Getriebewandlung abnimmt. In einigen Fällen reichen deshalb auch Konstantmotoren aus. Bei den Konstantmotoren werden heute in der Regel Schrägscheibenmotoren eingesetzt, während bei Verstellmotoren Schrägachsenmotoren eingesetzt werden. Bei den Verstellmotoren hat sich seit Mitte der 70er Jahre der Schrägachsenmotor gegenüber dem Schrägscheibenmotor vollkommen durchgesetzt. Das liegt darin begründet, daß der Schrägachsenmotor einen besseren Anlaufwirkungsgrad, einen besseren Wirkungsgrad bei hohem Verstellverhältnis (bis zu 5 : 1) sowie eine bessere Regelbarkeit aufweist.

Prinzipiell wird zwischen den mechanisch im Fahrzeugstillstand schaltbaren Getrieben und den Lastschaltgetrieben unterschieden. Aus Kostengründen werden bei Geländestaplern und kleinen Radladern einfache, im Stillstand schaltbare Getriebe eingesetzt. Bei den größeren Radladern sind sogenannte Mehrmotorenkonzepte oder auch Lastschaltgetriebe im Einsatz. Liegt ein Mehrmotorenkonzept vor, so werden die Drehmomente der zum Beispiel zwei Verstellmotoren im Bereich geringer Fahrgeschwindigkeit addiert, um eine hohe Zugkraft zu erhalten. Bei maximaler Fahrgeschwindigkeit wird dagegen ein Verstellmotor auf 0° Schwenkwinkel verstellt und gegebenenfalls mittels einer Kupplung mechanisch abgekuppelt, während der andere bis zu 1/5 seines maximalen Schluckvolumens verstellt wird. Dennoch bleibt die Verbindung des anderen Verstellmotors mit der jeweiligen Antriebsachse erhalten. Die Verstellmotoren sind mit der Verstellpumpe parallel geschaltet. Ein Vorteil eines solchen Systems liegt in der stufenlosen Regelbarkeit des Fahrzeuges vom Anfahren bis zur maximalen Fahrgeschwindigkeit ohne Zugkraftunterbrechung. Ein derartiges System ist zum Beispiel in der DE 39 10 748 C2 beschrieben. Bei diesem bekannten System ist ein erster Hydromotor direkt über ein entsprechendes Tellergetriebe an der einen Achse des Fahrzeuges angebracht, während das andere Wellenende dieses Hydromotors über eine Kardanwelle mit der anderen Achse des Fahrzeuges verbunden ist. Ein zweiter hydrostatischer Motor kann vorgesehen sein, welcher über ein Planetenschaltgetriebe ebenfalls auf eine Achse des Fahrzeugs einwirkt. Der erste Hydromotor treibt stets beide Fahrzeugachsen an, so daß ständig ein Allradantrieb besteht. Das ist bei höheren Fahrgeschwindigkeiten unwirtschaftlich. Der Stand der Technik gemäß der DE 39 10 748 C2 ist im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigt.

Die erwähnten Lastschaltgetriebe besitzen die Nachteile der Zugkraftunterbrechung während des Schaltens. Des weiteren wohnt ihnen die Problematik inne, die Übersetzungsänderung des Lastschaltgetriebes durch das hydrostatische Getriebe zu kompensieren. Dafür ist ein hoher Steuer- und Regelaufwand erforderlich, welcher noch nicht zur vollen Zufriedenheit der Anwender derartiger Systeme beherrscht wird.

Aus der GB 2 257 496 A ist ein Antrieb mit zwei Hydromotoren für eine einzelne Fahrzeugachse bekannt, von denen der erste über eine Antriebswelle ständig mit der Fahrzeugachse in Antriebsverbindung steht. Der zweite Antriebsmotor wirkt über eine Getriebestufe und eine schaltbare Kupplung ebenfalls auf die Antriebswelle ein, die den ersten Hydromotor mit der Fahrzeugachse koppelt. Über die schaltbare Kupplung kann der zweite Hydromotor im Bedarfsfall zu- oder abgeschaltet werden. Auf diese Weise kann bei erhöhtem Leistungsbedarf, zum Beispiel bei Langsamfahrt in schwierigem Gelände, der zweite Hydromotor zugeschaltet werden. Wenn dieser erhöhte Leistungsbedarf nicht besteht, ist es wirtschaftlicher, den zweiten Hydromotor von der gemeinsamen Antriebswelle zu trennen. Bei diesem bekannten Antrieb hat jeder der beiden Hydromotoren nur ein einziges zu Antriebszwecken zur Verfügung stehendes Wellenende.

Des weiteren ist aus der DE-AS 15 55 247 eine Steuereinrichtung für einen stufenlos einstellbaren, hydrostatischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der beschriebene Antrieb besteht aus mindestens zwei einstellbaren, hydrostatischen Axialkolbenmotoren, von denen mindestens einer fest mit der Abtriebswelle verbunden ist und mindestens einer mittels einer hilfskraftbetätigten Kupplung mit dieser kuppelbar ist, wobei der eine Hydromotor unabhängig vom Erreichen seines Schluckvermögens Null abkuppelbar ist und insbesondere ein stoßfreies Ein- und Abkuppeln der Axialkolbenmotoren ermöglicht werden soll. Dazu ist ein hydrostatischer Axialkolbenmotor fest mit der Abtriebswelle permanent verbunden, während der zweite hydrostatische Axialkolbenmotor über ein Vorgelege und eine ausrückbare Kupplung auf die Abtriebswelle arbeitet. Das bedeutet, daß ein Axialkolbenmotor ständig mit der entsprechenden Abtriebswelle, das heißt der entsprechenden Fahrzeugachse, verbunden ist. Mittels der Kupplung kann lediglich der zweite hydrostatische Axialkolbenmotor abgeschaltet werden, da die Kupplung nur dazu dient, bei entsprechender Kraftanforderung den zweiten hydrostatischen Motor zuzuschalten bzw. ihn auch ggf. abzuschalten, nicht jedoch eine Unterbrechung zwischen dem Ausgang des ersten Hydromotors und der anzutreibenden Fahrzeugachse zu realisieren.

Des weiteren ist aus der US 5,207,060 ein Antrieb mit zwei in Reihe geschalteten Antriebsmotoren in Schrägscheibenbauart, d. h. ein doppelter Motor, beschrieben. Die beiden Wellen der Antriebsmotoren treiben an ihren freien Enden die Kardanwellen zu der Vorderachse und der Hinterachse an. Diese prinzipielle Anordnung wurde möglich, da die Verstellmotoren in Schrägscheibenbauart hinsichtlich des Wirkungsgrades sowie ihrer Regelbarkeit während der letzten Jahre erheblich verbessert worden.

Da die Schrägscheibenverstellmotoren konstruktiv zwei freie Wellenenden ermöglichen, können derartige Antriebseinheiten im wesentlichen in der Mitte des Fahrzeugs angeordnet werden. Dabei treibt der Verstellmotor über das Wellenende und die Kardanwelle das jeweilige Differential der Vorderachse an. Das zweite Wellenende steht über eine weitere Kardanwelle mit dem Differential der Hinterachse in Verbindung. Dadurch kann zwar ein heute übliches Verteilergetriebe eliminiert werden und die Anzahl an notwendigen, einzusetzenden Komponenten reduziert werden; es kann des weiteren der Aufbau des Antriebes vereinfacht werden im Hinblick auf die Realisierung einer kompakteren Bauform und damit leichteren Endmontage des Fahrzeuges; es sind jedoch zum einen zwei Motoren als doppelter Motor einzusetzen, und zum anderen sind beide Motoren jeweils permanent mit der entsprechenden Antriebsachse des Fahrzeugs verbunden. Dadurch ist die Flexibilität des Antriebs stark eingeschränkt.

Des weiteren führt die bekannte Integrierung des Verstellmotors in eine Achse ebenfalls zu einem erheblichen Aufwand hinsichtlich der Einstellung der Kraftübertragungskomponente, welche vorteilhafterweise über eine Kegelrad- /Tellerradverbindung realisiert wird. Der damit verbundene Nachteil besteht darin, daß die Körperschallabstrahlung der Motoreinheit erhöht wird, da die Schwingungen in die Achse übertragen werden. Ein von der Achse getrennt angebrachter Hydromotor kann dagegen relativ einfach schwingungstechnisch so gelagert werden, daß die Körperschallabstrahlung reduziert wird und die Laufruhe des Aggregates insgesamt erhöht wird.

Den bekannten Antrieben ist gemein, daß sie entweder einen relativ komplizierten, konstruktiven Aufbau erfordern oder andererseits steuerungs- bzw. regelungstechnisch aufwendig sind, da bei Vorhandensein von zwei Hydromotoren, welche auf ein Getriebe arbeiten, einer der Hydromotoren stets mit der entsprechenden Antriebswelle des Fahrzeuges verbunden ist. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit, den Hydromotor selbst mit entsprechenden Last- bzw. Schluckvolumen-Regelungen zu versehen.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen Fahrantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der insbesondere im Bereich hoher Fahrgeschwindigkeiten einen hohen Wirkungsgrad gewährleistet, im Bedarfsfall aber eine erhöhte Antriebsleistung und den Antrieb mehrerer Achsen ermöglicht und dabei dennoch konstruktiv einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Antrieb für ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 realisiert.

Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Der erfindungsgemäße Antrieb für ein mindestens zwei angetriebene Achsen, beispielsweise eine Vorderachse und eine Hinterachse aufweisendes Fahrzeug besitzt ein hydrostatisches Getriebe mit mindestens zwei Hydromotoren und eine Kupplung. Der erste der zwei Hydromotoren des Getriebes ist mit jeweils einem Ende seiner Welle mit einer die Vorderachse und die Hinterachse des Fahrzeuges antreibenden Kardanwelle verbunden, und der zweite der Hydromotoren überträgt seine Leistung über eine Getriebestufe auf die Welle des ersten Hydromotors, d. h., die Leistung des zweiten Hydromotors wird in das Antriebsaggregat zusätzlich mit eingespeist, wenn ein entsprechender Leistungsbedarf bei einem bestimmten Fahrregime dies erfordert. Die Kupplung ist zum Beispiel auf einer Seite des ersten Hydromotors angeordnet und derart gestaltet, daß die Vorderachse oder die Hinterechse vom Fahrantrieb und gleichzeitig der zweite Hydromotor vom ersten Hydromotor abkoppelbar sind. Der wesentliche Vorteil dieses ausgesprochen flexiblen Antriebssystems besteht darin, daß mittels der Kupplung sowohl das Einspeisen der Leistung des Hydromotors in eine der Fahrzeugachsen und damit zu den zugehörigen Antriebsrädern unterbrochen werden kann, als auch der zweite Hydromotor direkt vom ersten Hydromotor abkoppelbar ist. Damit kann ohne besonders hohe Anforderungen an das einzusetzende Steuer- bzw. Regelungskonzept mit geringem Aufwand jeder gewünschte Fahrzustand bzw. Betriebszustand des Antriebs für das Kraftfahrzeug erreicht werden.

Dadurch, daß mittels der Kupplung zum einen die Vorderachse bzw. die Hinterachse vom Fahrantrieb und der zweite Hydromotor vom ersten Hydromotor gleichzeitig abkoppelbar sind und daß andererseits beide Antriebsstränge separat voneinander koppelbar sind, ergibt sich im Vergleich zu den bekannten Antriebsystemen ein besonderer Vorteil im Hinblick auf die Flexibilität des Antriebs. Durch ein gleichzeitiges Abschalten des Antriebsstranges durch die Kupplung und des zweiten Hydromotors von dem ersten Hydromotor kann der Antrieb insgesamt leicht ohne großen Steuer- bzw. Regelaufwand realisiert werden.

Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Hydromotor ein auf 0° verschwenkbarer Verstellmotor. Des weiteren kann auch der zweite Hydromotor ein auf 0° verschwenkbarer Verstellmotor sein. Es ist jedoch auch möglich, daß der zweite Hydromotor als ein Konstantmotor ausgebildet ist, in welchem Fall sich das Antriebssystem weiter vereinfacht.

Vorzugsweise sind gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel die Hydromotoren in Schrägscheibenbauart ausgebildet. Nur der Einsatz von Hydromotoren in Schrägscheibenbauart ermöglicht das Anflanschen von zwei Antriebswellen an eine Antriebseinheit.

Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist für beide Hydromotoren eine gemeinsame Ansteuerung vorgesehen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Antrieb für ein Fahrzeug mit zwischen zwei Kardanwellen angeordnetem Getriebe, in welches ein Verstellmotor seine Leistung einspeist;

Fig. 2 ein Antriebssystem mit unmittelbar an einer Antriebsachse des Fahrzeuges angeordnetem Getriebe, welches einen Eingang für den Verstellmotor und einen Ausgang für die Kardanwelle zum Antrieb der anderen Antriebsachse besitzt;

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen Getriebes mit zwei über eine Stirnradstufe verbundenen Hydromotoren, welche über entsprechende Kardanwellen mit den Fahrzeugachsen verbunden sind, und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des aus den zwei Hydromotoren und der Stirnradstufe sowie der Kupplung bestehenden, erfindungsgemäßen Antriebskonzeptes.

In Fig. 1 ist ein bekanntes Antriebssystem für Radlader, Geländestapler und Forstmaschinen dargestellt. Bei diesem Antriebssystem ist der Verstellmotor 1 an ein Verteilergetriebe 2 außen angeflanscht. Das Verteilergetriebe 2 ist mit seinen Wellenenden, das heißt mit seinen zwei Abtriebswellenenden 3, 4 über Kardanwellen 5, 6 mit entsprechenden Differentialgetrieben der Fahrzeugachsen 7 und 8 verbunden.

Bei dem ebenfalls bekannten Antriebssystem gemäß Fig. 2 ist das Getriebe 2 direkt an der Hinterachse befestigt. Die Hinterachse wird hier also direkt angetrieben, wobei das Getriebe 2 einen Eingang für den Motor 1 und einen Ausgang für ein freies Wellenende zum Anschluß einer Kardanwelle 9 besitzt. Über die Kardanwelle 9 wird die vom Hydromotor 1 über das Getriebe 2 abgeleitete Energie der Antriebsachse 8 des Vorderrades zugeführt.

Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines optimierten Mehrmotorenkonzeptes, welches insbesondere für größere Fahrzeuge einsetzbar ist. Das Mehrmotorengetriebe 17 ist dabei zwischen den Achsen 12, 13 des Fahrzeuges angeordnet und nutzt die durchgehende Welle eines Verstellmotors 19 zum Antrieb der Vorderachse 13 und der Hinterachse 12. Die durchgehende Welle des Verstellmotors 19 weist jeweils Wellenenden 20, 21 auf. Ein zweiter Verstellmotor 18 ist über eine Stirnradstufe 22 und eine Kupplung 23 mit der Welle des Verstellmotors 19 verbunden. Über die jeweiligen Kardanwellen 10, 11 wird die Antriebsenergie zu den Antriebsachsen 12, 13 der Fahrzeugräder geleitet. Durch die höhere Übersetzung des Verstellmotors 18 erzeugt dieser im wesentlichen die hohe Zughaft des Fahrzeuges bei langsamer Fahrgeschwindigkeit. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird die Schwenkscheibe dieses Verstellmotors zum Schluckvolumen Null verstellt. Nun wird dieser Verstellmotor 18 mittels der Kupplung 23 vom Fahrantrieb abgekuppelt. Dadurch treibt nun nur noch der Verstellmotor 19 das Fahrzeug an und realisiert das Erreichen der Fahrzeugendgeschwindigkeit bei guten Wirkungsgraden, da der Verstellmotor 18 durch sein Abkuppeln keine mechanischen Verluste mehr aufweist. Der Vorteil eines solchen Antriebssystems besteht deshalb darin, daß bei hohen Geschwindigkeiten ein Allradantrieb nicht erforderlich ist und mittels der Kupplung 23 leicht die Verbindung des Antriebsgetriebes zu den entsprechenden Antriebsachsen 10, 11 und die Verbindung des Verstellmotors 18 zu dem Verstellmotor 19 unterbrochen werden kann.

In Fig. 4 ist der erfindungsgemäße Antrieb im vergrößerten Maßstab dargestellt. Der erste Hydromotor 19 besitzt eine durchgehende Welle mit den Wellenenden 20, 21, welche mit den Kardanwellen (nicht gezeigt) verbunden sind. Der zweite Hydromotor 18 ist über eine Stirnradstufe 22 mit dem ersten Hydromotor 19 verbunden. Über die Kupplung 23 kann ein Trennen des zweiten Hydromotors 18 vom ersten Hydromotor 19 und somit von den Antriebsachsen erfolgen. Beide Hydromotoren 18 und 19 sind als Verstellmotoren ausgeführt.

Die Kupplung 23 erfüllt zwei Funktionen gleichzeitig. Sie trennt denr Verstellmotor 18 vom Verstellmotor 19 und gleichzeitig die Hinterachse von der Vorderachse ab. Diese Achsentrennung eliminiert Verspannungszustände zwischen den Achsen bei hohen Fahrgeschwindigkeiten. Bei höherer Fahrgeschwindigkeit ist der Antrieb einer Achse vollkommen ausreichend.

Der erfindungsgemäße Antrieb hat den weiteren Vorteil, daß er im wesentlichen in der Fahrzeugmitte angeordnet werden kann: Ferner können weitestgehend standardisierte Bauteile bzw. Baugruppen Einsatz finden. Das gesamte Antriebssystem kann dabei modulartig aufgebaut sein, so daß Reparatur und Austauschbarkeit der Teile rasch realisiert werden können und zum anderen auch ein Austauschen des Antriebes je nach Einsatzzweck leicht vorgenommen werden kann.

Claims (7)

1. Antrieb für ein mindestens zwei angetriebene Achsen (12, 13) aufweisendes Fahrzeug mit einem hydrostatischen Getriebe (17) mit mindestens zwei Hydromotoren (18, 19), wobei der erste Hydromotor (19) zwei Wellenenden (20, 21) aufweist, von denen jedes mit je einer der Fahrzeugachsen (12, 13) in Antriebsverbindung steht, und wobei der zweite, mittels einer Kupplung (23) zuschaltbare Hydromotor (18) im zugeschalteten Zustand über eine Getriebestufe (22) auf den Antrieb einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydromotor (19) mit der Kupplung (23) verbunden ist und diese Kupplung (23) derart gestaltet ist, dass der zweite Hydromotor (18) und eine der Fahrzeugachsen (12, 13) zu- und abschaltbar sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wellenenden (20, 21) über je eine Kardanwelle (11, 10) mit den ihnen zugeordneten Fahrzeugachsen (12, 13) verbunden sind und dass die Kupplung (23) mit dem einen Wellenende (21) des ersten Hydromotors (19) verbunden ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (23) auf dem Wellenende (20, 21) des ersten Hydromotors (19) auch die diesem Wellenende (20, 21) zugeordnete Fahrzeugachse (12, 13) gleichzeitig mit dem zweiten Hydromotor (18) zu- und abschaltet.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydromotor (19) ein auf 0° verschwenkbarer Verstellmotor ist.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hydromotor (18) ein auf 0° verschwenkbarer Verstellmotor ist.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydromotoren (19, 18) in Schrägscheibenbauart ausgeführt sind.

7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Hydromotoren (19, 18) eine gemeinsame Ansteuerung vorgesehen ist.