DE4140979A1 - Antriebseinrichtung eines fahrzeuges - Google Patents

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.

Bei einem mit einer solchen Antriebseinrichtung ausgestatteten Nutzfahrzeug könnte ein herkömmlicher hydrodynamischer Retarder vorgesehen werden. Ein solcher Primär-Retarder wiegt ca. 40 kg und erfordert einen zusätzlichen Einbau­ raum, insbesondere in Längsrichtung. Für den Antrieb des Retarders stünde dann eine relativ niedrige Drehzahl in der Größenordnung bis ca. 2000 1/min. zur Ver­ fügung. Außerdem ist ein solcher Primär-Retarder vergleichsweise teuer.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, der Antriebseinrichtung der eingangs ge­ nannten Art einen Retarder zuzuordnen, der die Nachteile eines Retarders kon­ ventioneller Bauart und Anordnung vermeidet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Antriebseinrichtung der gat­ tungsgemäßen Art in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf dem Wissen, daß an der Welle des nichtantriebsseitigen Sonnenrades des Leistungsverzweigungsgetriebes eine we­ sentlich höhere Drehzahl als an der Primärwelle (Eingangswelle) oder Ausgangs­ welle des Leistungsverzweigungsgetriebes zur Verfügung steht. Dadurch, daß der Rotor des hydrodynamischen Retarders an der Welle des nichtantriebsseiti­ gen Sonnenrades angeschlossen bzw. anschließbar ist und somit mit vergleichs­ weise hoher Drehzahl betreibbar ist, kann der Retarder äußerst klein, z. B. im Durchmesser um Faktor <2 kleiner gebaut werden, was selbstredend auch we­ sentlich geringere Baukosten verursacht. Ferner ist dieser kleine Retarder vor­ zugsweise direkt in das Gehäuse des Leistungsverzweigungsgetriebes oder räum­ lich davor zwischen diesem und der Brennkraftmaschine einbaubar, so daß im Fahrzeug für dessen Unterbringung praktisch kein zusätzlicher Bauraum erfor­ derlich ist. Ein solcher erfindungsgemäßer Retarder hat für den Fall, daß er in ei­ nem Nutzfahrzeug wie Omnibus angewandt wird, ein Gewicht von nur noch bis etwa 15 kg und bringt eine Bremsleistung in der Größenordnung von 60 bis 100 kw.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den beiden Fig. 1 und 2 sind gleiche bzw. einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszei­ chen 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. Der in der Zeichnung dargestellte mechanische Teil des Leistungsverzweigungsgetriebes ist seinem Aufbau nach nur als Beispiel zu verstehen und nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Der Antriebsmotor 1 - beispielsweise ein Dieselmotor - steht über sei­ ne Kurbelwelle 5 mit der Eingangswelle 6 des Leistungsverzweigungsgetriebes 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 angeordneten Hohl­ welle 11 angeschlossenes kleines Sonnenrad 12, einen an der Ausgangswelle 7 angeschlossenen, wenigstens ein Doppelplanetenrad 13, 14 lagernden Steg 15 und ein um Hohlwelle 11 und Ausgangswelle 7 drehbares Hohlrad 16 mit Innen­ verzahnung 17. Mit dieser Innenverzahnung 17 sowie dem kleinen Sonnenrad 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 Zahnrad 19 ange­ schlossen, daß mit einem durchmesserkleineren Zahnrad 2 kämmt, welches auf einer die mechanische Verbindung zur Hydrostatmaschine 3 herstellenden Ne­ benwelle 21 sitzt. Die getriebliche Verbindung zwischen der anderen Hydrostat­ maschine 4 und dem Planetendifferential 9 ist über zwei wahlweise, z. B. durch die dargestellte Wechselschaltkupplung WSK schaltbare, unterschiedlich große Übersetzungen zu einer die mechanische Verbindung zur Hydrostatmaschine 4 herstellenden weiteren Nebenwelle 22 gegeben. Hierzu ist drehfest an letzterer eine Mitnehmerscheibe 23 angeordnet, auf der mitrotierend eine axial aus einer neutralen, antriebslosen 0-Stellung in eine Kupplungsstellung a oder c verschieb­ bare Kupplungsmuffe 24 sitzt. In Kupplungsstellung a wird von letzterer die Ver­ bindung zu einer Kupplungsscheibe 25 hergestellt, die über eine Nabe 26 ein Zahnrad 27 trägt, daß mit einem durchmessermäßig wesentlich größeren Zahn­ rad 28 kämmt, welches fest mit der Ausgangswelle 7 verbunden ist. In Kupplungs­ stellung c dagegen kommt die Kupplungsmuffe 24 mit einer Kupplungsschei­ be 29 in ein Eingriff, an der über eine Nabe 30 ein Zahnrad 31 angeschlossen ist, daß mit einem an der das kleine Sonnenrad 12 tragenden Hohlwelle 11 ange­ schlossenen Zahnrad 32 kämmt. Beide Hydrostatmaschinen 3, 4 können in beiden Richtungen als Motor oder Pumpe betrieben werden und stehen über hydrauli­ sche Leitungen 33, 34 sowie eine nicht näher ausgeführte hydraulische Steuerein­ richtung 35 miteinander in Verbindung. Für die Schwenkwinkeleinstellung der beiden Hydrostaten 3, 4, die Steuerung der Steuereinrichtung 37 und der Kupp­ lung WSK sowie zur Steuerung des Betriebes des Antriebsmotors 1 dient eine nicht dargestellte elektronische, vorzugsweise rechnergestützte Steuereinheit.

Hinsichtlich der Funktion dieses Leistungsverzweigungsgetriebes 2 ist folgendes auszuführen: Die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 summiert sich aus den 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 die Getriebeausgangswelle 7 und damit der Achsantriebsstrang 8 des Fahrzeugs in ei­ nem ersten Betriebsbereich (n_Ausgang: n_Eingang ≦ 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 Hydrostatmaschine 4. Diese ist über die sich in Kupplungsposition a befindliche Kupplungsmuffe 24 und die damit wirksame Übersetzung Zahnrad 27/ Zahnrad 28 mit der Ausgangswelle 7 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 getrieblich verbunden, arbeitet dann als Motor und treibt die Nebenwelle 22 an, wodurch Leistung auf den Achsantriebs­ strang 8 übertragen wird. Am Ende dieses ersten Betriebsbereiches steht die Hy­ drostatmaschine 3 zumindest annähernd still. Die gesamte vom Antriebsmotor 1 her eingespeiste Leistung wird dann praktisch vollkommen vom mechanischen Teil des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 übertragen.

Soll das Fahrzeug weiter beschleunigt bzw. mit höherer Geschwindigkeit betrie­ ben werden, dann erfolgt eine Umschaltung der Wechselschaltkupplung WSK von Kupplungsposition a zu c bei steigender Drehzahl der Ausgangswelle 7, 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 diesem zweiten Betriebsbereich (n_Ausgang: n_Eingang ≧ 50%) arbeitet dann die Hydrostatmaschine 3 bei gleicher Drehrichtung des Hohlrades 16 und des großen Sonnenrades 10 wie vorher als Motor, der seine Leistung über die Lei­ tungen 33, 34 von der Hydrostatmaschine 4 erhält, welche nun als Pumpe arbei­ tet. Die Antriebsleistung für die Hydrostatmaschine 4 wird in diesem Betriebsbe­ reich also vom kleinen Sonnenrad 12 her übertragen.

Zur Unterstützung der fahrzeugeigenen, nicht dargestellten Betriebsbremsanla­ ge beim Bremsen des Fahrzeuges ist ein hydrodynamischer Retarder 36 vorgese­ hen. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Retardergehäuse 37 und einem Rotor 38. Gemäß der Erfindung ist der Rotor 38 des hydrodynamischen Retar­ ders 36 an der Welle (Hohlwelle 11) des nichtantriebsseitigen Sonnenrades 12 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 angeschlossen - siehe Fig. 1 - oder, wie aus Fig. 2 ersichtlich, über eine Kupplung 39 an besagter Welle 11 anschließbar, d. h. an- und abkuppelbar.

Der Retarder gemäß Fig. 1 ist wegen der verfügbar hohen Drehzahl des kleinen Sonnenrades 12 extrem kleinbauend und von geringem Gewicht. Sein konstrukti­ ver Aufbau entspricht dem eines herkömmlichen hydrodynamischen Retarders.

Trotz seiner relativ kleinen Baugröße bringt dieser Retarder eine entsprechende Bremsleistung, die bei einem Lkw oder Omnibus z. B. in der Größenordnung von 60 bis 100 kw liegt. Dieser relativ kleine Retarder eignet sich besonders gut für ei­ nen Einbau in das Gehäuse 42 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 und zwar räumlich zum Antriebsmotor 1 hin vor dem Planetendifferential 9 und dem Zahn­ rad 32 bei entsprechender Quererstreckung im Raum zwischen den beiden Ne­ benwellen 21 und 22.

Der erfindungsgemäße Retarder 36 kann jedoch auch - wie aus Fig. 2 ersichtlich, durch ein in einem für Retarderfunktion mit Öl flutbaren Gehäuse 37 unterge­ brachtes, als Rotor 38 fungierendes Energiespeicher-Schwungrad gebildet sein. Dabei ist das Gehäuse 37 über eine Zuleitung 40, 40′ mit Öl vergleichsweise nied­ rigen Druckes versorgbar und über eine über einen nicht dargestellten Wärme­ tauscher gehende Abflußleitung 41 wieder entleerbar. Das Schwungrad 38 nimmt dann, wenn die Funktion des Retarders nicht benötigt wird, beim Bremsen oder bei Fahrzeugtalfahrten die vom Antriebsstrang her kommende und vom Lei­ stungsverzweigungsgetriebe 2 übertragene Bremsenergie auf und gibt diese spä­ ter in umgekehrter Richtung wieder an den Achsantriebsstrang ab. Sofern jedoch das Schwungrad für Retarderfunktion eingesetzt werden soll, wird das Gehäuse rasch über die Zuleitung 40 mit Öl geflutet, so daß in hinreichend kurzer Zeit ein entsprechender Widerstandsaufbau möglich ist.

Obschon auch das Schwungrad samt Gehäuse, sofern genügend Platz vorhanden, in das Gehäuse 42 des Leistungsverzweigungsgetriebes einbaubar ist (wie gemäß Fig. 1), kann der Retarder 36 alternativ (wie aus Fig. 2 ersichtlich) auch außerhalb des Gehäuses 42 räumlich vor diesem und zwischen diesem und dem Antriebsmo­ tor 1 angeordnet sein. In diesem Falle erweist es sich als zweckmäßig, die Kupp­ lung 39 innerhalb des Gehäuses 42, 50 wie in Fig. 2 dargestellt, anzuordnen.

Claims (5)

1. Antriebseinrichtung eines Fahrzeuges mit einem hydrostatisch­ mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe (2) zwischen Antriebsmotor (1) und Achsantriebsstrang (8) mit einem mindestens vierwelligen Planeten­ differential (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 verschiede­ nen Wellen des Planetendifferentiales (9) angeschlossenen Hauptwellen (6, 7), und mit mindestens zwei Hydrostatmaschinen (3, 4), die jeweils in minde­ stens einem Betriebsbereich an einer eigenen Welle des Planetendifferen­ tiales (9) angeschlossen sind und wechselweise als Pumpe oder Motor arbei­ ten, 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 nichtantriebs­ seitigen Sonnenrad (12) umschaltbar ist und im Zugbetrieb von Motor- auf Pumpenfunktion wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (11) des nichtantriebsseitigen Sonnenrades (12) der Rotor (38) eines hydrodyna­ mischen Retarders (36) angeschlossen bzw. über eine Kupplung (39) an­ schließbar ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Re­ tarder (36) ein solcher verwendet ist, der einem herkömmlichen Konstrukti­ onsprinzip gehorcht, aber wegen der verfügbar hohen Drehzahl der Welle (11) mit erheblich kleineren Abmessungen und wesentlich geringerem Ge­ wicht realisierbar ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Re­ tarder (36) durch ein in einem für Retarderfunktion mit Öl flutbaren Gehäu­ se untergebrachtes, also Rotor (38) fungierendes Energiespeicher-Schwung­ rad gebildet ist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Re­ tarder (36) in das Gehäuse (42 ) des Leistungsverzweigungsgetriebes (2), räumlich zum Antriebsmotor (1) hin vor dem Planetendifferential (9) ange­ ordnet, eingebaut ist.

5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Retarder (36) außerhalb des Gehäuses (42) des Leistungs­ verzweigungsgetriebes (2) räumlich vor diesem und zwischen diesem und dem Antriebsmotor (1) angeordnet ist.