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WO2012004173A2 - Stufenloses hydrostatisch-mechanisches leistungsverzweigungsgetriebe, verfahren zum betrieb eines solchen leistungsverzweigungsgetriebes, sowie radlader mit einem solchen leistungsverzweigungsgetriebe - Google Patents

Stufenloses hydrostatisch-mechanisches leistungsverzweigungsgetriebe, verfahren zum betrieb eines solchen leistungsverzweigungsgetriebes, sowie radlader mit einem solchen leistungsverzweigungsgetriebe Download PDF

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WO2012004173A2
WO2012004173A2 PCT/EP2011/060944 EP2011060944W WO2012004173A2 WO 2012004173 A2 WO2012004173 A2 WO 2012004173A2 EP 2011060944 W EP2011060944 W EP 2011060944W WO 2012004173 A2 WO2012004173 A2 WO 2012004173A2
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WO
WIPO (PCT)
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hydrostatic
power split
split transmission
power
displacement
Prior art date
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PCT/EP2011/060944
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English (en)
French (fr)
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WO2012004173A3 (de
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Markus Liebherr
Peter Dziuba
Josef HÄGLSPERGER
Erich Eckhardt
Patrick Wohlhauser
Franz-Josef Schwede
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Mali Holding AG
Original Assignee
Mali Holding AG
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Publication date
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Priority claimed from CH01296/10A external-priority patent/CH703566A1/de
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    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/14—Gearings for reversal only

Definitions

  • Stepless hydrostatic-mechanical power split transmission method for operating such a power split transmission, and wheel loader with such a power split transmission
  • the present invention relates to the field of vehicle drives. It relates to a continuously variable hydrostatic-mechanical power split transmission according to the preamble of claim 1, which is preferably intended for use in wheel loaders.
  • FIG. 1 An exemplary wheel loader of a higher performance class, as it is known from US D540352, is shown in Fig. 1 in the side view.
  • the wheel loader 1 0 of FIG. 1 comprises a front part 1 1 and a H interteil 1 2, which are pivotable for steering the vehicle against each other about a vertical pivot axis.
  • a front axle 1 3 is arranged with corresponding wheels, in H interteil 1 2
  • a hydraulically movable arm 1 8 is arranged at the front end of a hydraulically movable blade 1 6 is attached.
  • a part of the hydraulic system can be seen and designated by the reference numeral 1 7.
  • the wheel loader 10 is driven by an internal combustion engine 20, which is arranged behind the rear axle 1 4 for reasons of weight compensation.
  • a propeller shaft 1 5 runs to the front axle 1 3, which is also driven.
  • the front part 1 1 is hydraulically pivoted relative to the H interteil 1 2.
  • Such a wheel loader 1 0 has just in Erdschuls than partially greater distances in both forward drive and in reverse drive. Furthermore, if For example, the scoop 1 6 is pushed to receive soil in the ground, a high initial torque needed to overcome the resistance during insertion of the blade 1 6. Overall, therefore, there is a desire to have a high torque at the wheels available at the beginning of the driving range and to be able to cover a large speed range as possible without traction interruption both in forward drive and in reverse.
  • a power split transmission with a hydrostatic power branch and a mechanical power branch which should be suitable for wheel loaders via a first drive range clutch a first drive range and a second drive range clutch a second drive range and a clutch for reversing a reverse range to Provides.
  • the hydrostatic power branch is formed by two hydrostats operating as pump and motor, which are only synchronously adjustable with each other via a common component.
  • the subdivision of the forward driving range by mechanical transmission means in a first and second driving range is mechanically complex. The positively coupled adjustment of the two hydrostats leads to severe limitations of the working area.
  • the publication DE 2335629 discloses a drive device, in particular for agricultural and construction-use vehicles, which operates with a hydrostatic-mechanical power split and has a hydrostatic primary machine and two hydrostatic secondary machines in the hydrostatic power branch, which are fixedly coupled to one another via a common shaft ,
  • This known drive device completely dispenses with mechanical switching means. The transition between reverse and forward is thereby by changing the direction of rotation of the secondary machinery causes.
  • the disadvantage here is that the speed range for reversing only about half as large as in the forward drive.
  • the power delivered by an internal combustion engine to a drive shaft is distributed via a planetary drive to a mechanical branch and a hydrostatic branch and summed on the output side with the aid of summation means, the hydrostatic branch having at least one first pump operating volume in the displacement volume or conveying volume adjustable hydrostats and at least one second, acting as a motor, adjustable in displacement volume Hydrostat, which are hydraulically connected to each other, wherein a forward drive range and a reverse range are provided.
  • both the forward drive range and the reverse drive range are steplessly passable exclusively by adjusting the displacement volumes of the hydrostatic drives, that two second hydrostatic drives are provided which operate as motors and that a reversing drive is provided for changing between the forward drive range and the reverse drive range is.
  • An embodiment of the power split transmission according to the invention is characterized in that the reversing gear at the output of the power split transmission bes is arranged, and that the reversing comprises a reversing clutch with which the summed power can be given either via a first drive unit for forward drive or a second drive unit for the reverse drive to an output shaft. H hereby a particularly compact construction of the transmission is made possible.
  • the reversing gear is arranged at the input of the power branching transmission, and that the reversing gear comprises a reversing clutch with which the input power either via a first drive unit for forward drive or a second Cetriebeein unit for reversing on the Power branching gear can be given.
  • Another embodiment of the power split transmission according to the invention is characterized in that the two second hydrostats have the same design, that the two second hydrostats each have a maximum displacement that corresponds to the maximum displacement of the first hydrostat, and that the two second hydrostats are synchronously adjustable. As a result, a high torque at the beginning of the driving range is available.
  • Another embodiment of the power split transmission according to the invention is characterized in that the two second hydrostats are connected to each other in a rotationally fixed manner via a common shaft and that the common shaft acts as a summation shaft for the summation of the powers of the two power branches. This measure also reduced space requirements.
  • Another embodiment of the power split transmission according to the invention is characterized in that the hydrostats are designed as swivellable oblique-axis hydrostats in wide-angle technology and in particular in each case pivoting having from 0 ° to at least 45 °. In this way, a high efficiency can be achieved over a wide speed range.
  • Another embodiment of the inventive power split transmission is characterized in that the drive shaft is guided as a central shaft through the transmission and drives at the output of the transmission arranged pump units.
  • the inventive method for operating a power split transmission according to the invention is characterized in that to achieve a continuous forward range before starting first the displacement or delivery volume of the first Hydrostaten to zero and the displacement of the second Hydrostaten is set to maximum, that in a first phase the sip volume of the second hydrostats is kept at maximum and the sip volume of the first hydrostate in the forward direction is increased until it reaches its maximum in the forward direction, and in a second phase the sip volume of the first hydrostate is maintained at its maximum and the sump volume of the second hydrostats is maintained Maximum is reduced to zero.
  • An embodiment of the method according to the invention is characterized in that to achieve a continuous reverse range of the direction of rotation at the input or output of the power split transmission is reversed by a reversing, and that is reversed in the direction of rotation of the stepless forward range.
  • the wheel loader according to the invention is equipped with a front axle and a H interachse, as well as arranged between two axles cabin and an arranged behind the rear axle combustion engine. It is characterized in that in front of the internal combustion engine in the region of the H interachse a power-split transmission connected to the internal combustion engine is provided according to the invention.
  • An embodiment of the wheel loader according to the invention is characterized in that the H interachse of the wheel loader is driven via the power split transmission.
  • An embodiment of the wheel loader according to the invention is characterized in that the front axle of the wheel loader is also driven via a cardan shaft.
  • FIG. 1 in side view of an exemplary wheel loader, as from the prior
  • FIG. 2 shows the transmission diagram of a power split transmission according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 based on three sub-figures 3a), 3b) and 3c) the adjustment of the hydrostats of the power split transmission of Figure 2 for sweeping the forward drive range, wherein for the sake of simplicity, only one of the two second hydrostat is shown.
  • Fig. 2 the transmission diagram of a power split transmission according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the power split transmission 40 is connected via a drive shaft 21 with an internal combustion engine 20, which is symbolized by an indicated crankshaft.
  • the drive shaft 21 is rotatably connected to the planet carrier 23 of a planetary drive 22, which has a sun gear 25, 26, a Planetary gear 24 and a ring gear 27 includes.
  • a first Hydrostat H l which operates as a pump P, with the planetary gear 22 in operative connection.
  • the part 26 of the sun gear 25, 26 meshes with a gear 29 which is non-rotatably mounted on a summation shaft 41.
  • the summation wave 41 is at the same time the common connecting shaft of two second hydrostatic units H2, which operate as motors M and are supplied with hydraulic pressure fluid from the first hydrostatic unit H1 via lines which are not shown.
  • a second gear 31 is further arranged rotatably, which meshes with a gear 30 which is connected via a hollow shaft with a reversing coupling 32.
  • the first and second hydrostats H 1, H 2 are preferably of the oblique-axis type and implemented in a wide-angle technique and can be carried out as described and shown in the publication WO 2006 / 042434A1.
  • the Reversierkupplung 32 switches the power taken from the summation of wave 41 selectively via a first Cetriebeech 33 or a second Cetriebeech 34 on a propeller shaft 35, which connects the provided with a bevel gear 36 H interaxis HA with the front axle VA.
  • the first Cetriebeech 33 is designed for the forward drive V, the second Cetriebeech 34 by reversing the direction of rotation for the reverse drive R.
  • the power split transmission 40 is preferably disposed immediate area of the rear axle HA and can be combined with the bevel gear 36 to a structural unit.
  • the input of the reversing clutch 32 is connected to the drive shaft 21 and switches the power either over the first Ce gear unit 33 or the second gear unit 34 on the planet carrier 23 of the power branching gear 40th
  • the sun gear 25, 26 of the planetary drive 22 is connected via a hollow axle.
  • a hollow axle Through this hollow axle, as well as through the other hollow shaft which connects the gear 30 with the reversing coupling 32 extends in extension of the drive shaft 21, a central shaft 37 through the transmission and drives two pump units 38 and 39, which the hydraulics of the wheel loader with hydraulic Supply pressure fluid.
  • FIG. 3 forward travel range
  • the first hydrostat H l is not pivoted and thus has a vanishing displacement volume or delivery volume
  • the second hydrostat H2 is fully (approximately 45 °) pivoted and the maximum absorption volume Has.
  • the first hydrostat is swung out to the responsible for the forward movement upper side, whereby the vehicle is picking up speed.
  • the maximum deflection of the second hydrostatic units H2 ensures a high torque (high tensile force) at a low rotational speed. If the first hydrostat H l is fully deflected (FIG. 3 b), it is held there and the second hydrostatic units H 2 are swung back inwards to the zero position (vanishing displacement volume) (FIG. 3 c). The decreasing absorption volume in the second hydrostat H2 ensures ever higher rotational speed with decreasing torque.
  • a power of 90 kW can be transmitted.
  • the wheel loader 1 0 reaches a speed of 50 km / h at a speed of the internal combustion engine 20 of 2200 U / min.
  • the pumping first hydrostat H 1 has, for example, a maximum displacement volume or delivery volume of 1 60 cm 3
  • the hydrostatic units H 2 working as motors each have a maximum absorption volume of likewise approximately 1 60 cm 3 .
  • the hydrostat is designed accordingly (eg with several 1 00 cm 3 displacement), also significantly higher power can be transmitted. It is therefore quite conceivable that such a transmission is also used in ship propulsion or track vehicles.
  • the absorption volume of the first hydrostat H l and the displacement of the second hydrostatic units H2 are adjustable independently of one another, it is possible and advantageous that the adjustment of the displacement volumes takes place in accordance with the high pressure prevailing in the hydraulic circuit of the hydrostats. It is particularly advantageous if, in a starting region, the second hydrostatic units H2 are operated in the region of their maximum absorption volume, and if the intake volume of the first hydrostatic unit H1 is controlled to control the traction force.
  • this can be done by adjusting the displacement of the first hydrostatic valve H l via a spring-centered actuating system subjected to a speed-proportional control pressure, and to control the first hydrostatic valve H 1 in such a way that the high-pressure-proportional actuating forces are combined with the spring-centered actuating system and the speed-proportional control pressure, the desired tensile force or torque characteristic result.
  • H 1 .H 2 hydrostat e.g., sloped axis type

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe (40) für ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen Radlader, bei welchem Leistungsverzweigungsgetriebe (40) die von einem Verbrennungsmotor (20) an eine Antriebswelle (21) abgegebene Leistung über einen Planetentrieb (22) auf einen mechanischen Zweig (26, 29) und einen hydrostatischen Zweig (H1, H2) aufgeteilt und mit Hilfe von Summierungsmitteln (41) ausgangsseitig aufsummiert wird, wobei der hydrostatische Zweig (H1, H2) wenigstens einen ersten, als Pumpe (P) arbeitenden, im Schluckvolumen verstellbaren Hydrostaten (H1) und wenigstens einen zweiten, als Motor (M) arbeitenden, im Schluckvolumen verstellbaren Hydrostaten (H2) aufweist, die hydraulisch miteinander verbunden sind, wobei ein Vorwärtsfahrbereich (V) und ein Rückwärtsfahrbereich (R) vorgesehen sind. Bei einem solchen Leistungsverzweigungsgetriebe wird ein kompakter Aufbau bei gleichzeitig hohem Anfangsdrehmoment und grossem Geschwindigkeitsbereich bei Vor- und Rückwärtsfahrt dadurch erreicht, dass sowohl der Vorwärtsfahrbereich (V) als auch der Rückwärtsfahrbereich (R) ausschliesslich durch Verstellen der Schluckvolumina der Hydrostaten (H1, H2) stufenlos durchfahrbar sind, dass zwei zweite Hydrostaten (H2) vorgesehen sind, die als Motoren (M) arbeiten, und dass zum Wechseln zwischen dem Vorwärtsfahrbereich (V) und dem Rückwärtsfahrbereich (R) ein Reversiergetriebe (32, 33, 34) vorgesehen ist.

Description

Stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe, Verfahren zum Betrieb eines solchen Leistungsverzweigungsgetriebes, sowie Radlader mit einem solchen Leistungsverzweigungsgetriebe
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Fahrzeugantriebe. Sie betrifft ein stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , welches vorzugsweise für den Einsatz bei Radladern vorgesehen ist.
Für Erdbewegungsarbeiten aber auch für die Aufnahme und den Transport von Gütern oder anderen Gegenständen werden in grossem Umfang und in den unterschiedlichsten Leistungsklassen Radlader eingesetzt, weil sie schnell und wendig sind und sich durch eine hohe Flexibilität auszeichnen. Ein beispielhafter Radlader einer höheren Leistungsklasse, wie er aus der US D540352 bekannt ist, ist in Fig. 1 in der Seitenansicht dargestellt. Der Radlader 1 0 der Fig. 1 umfasst einen Vorderteil 1 1 und ein H interteil 1 2, die zur Lenkung des Fahrzeugs gegeneinander um eine vertikale Schwenkachse verschwenkbar sind. Im Vorderteil 1 1 ist eine Vorderachse 1 3 mit entsprechenden Rädern angeordnet, im H interteil 1 2 eine H interachse 1 4.
Am Vorderteil 1 1 ist ein hydraulisch bewegbarer Arm 1 8 angeordnet, an dessen vorderem Ende eine hydraulisch bewegbare Schaufel 1 6 befestigt ist. Ein Teil der Hydraulik ist zu sehen und mit dem Bezugszeichen 1 7 bezeichnet. Zwischen den beiden Achsen 1 3 und 14 ist eine Kabine 1 9 für den Fahrer vorgesehen. Angetrieben wird der Radlader 1 0 durch einen Verbrennungsmotor 20, der aus Gründen des Gewichtsausgleichs hinter der H interachse 1 4 angeordnet ist. Von der angetriebenen Hinterachse 14 läuft eine Kardanwelle 1 5 zur Vorderachse 1 3, die ebenfalls angetrieben ist. Zur Lenkung des Fahrzeugs wird das Vorderteil 1 1 gegenüber dem H interteil 1 2 hydraulisch verschwenkt.
Ein solcher Radlader 1 0 muss gerade bei Erdbewegungsarbeiten teilweise grössere Strecken sowohl in Vorwärtsfahrt als auch in Rückwärtsfahrt zurücklegen. Weiterhin wird, wenn bei- spielsweise die Schaufel 1 6 zur Aufnahme von Erdreich in den Boden geschoben wird, ein hohes Anfangsdrehmoment benötigt, um den Widerstand beim Einschieben der Schaufel 1 6 zu überwinden. Insgesamt besteht daher der Wunsch, am Anfang des Fahrbereichs ein hohes Drehmoment an den Rädern zur Verfügung zu haben und sowohl in Vorwärtsfahrt als auch in Rückwärtsfahrt einen grossen Ceschwindigkeitsbereich möglichst ohne Zugkraftunterbrechung überstreichen zu können.
Aus der Druckschrift WO 2009/047036A1 ist ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem hydrostatischen Leistungszweig und einem mechanischen Leistungszweig bekannt, welches für Radlader geeignet sein soll über eine erste Fahrbereichskupplung einen ersten Fahrbereich und über eine zweite Fahrbereichskupplung einen zweiten Fahrbereich und über eine Kupplung für Rückwärtsfahrt einen Rückwärtsfahrbereich zur Verfügung stellt. Der hydrostatische Leistungszweig wird durch zwei als Pumpe und Motor arbeitende Hydrostaten gebildet, die über ein gemeinsames Bauteil nur synchron miteinander verstellbar sind. Die Unterteilung des Vorwärtsfahrbereichs durch mechanische Cetriebemittel in einem ersten und zweiten Fahrbereich ist mechanisch aufwändig. Die zwangsgekoppelte Verstellung der beiden Hydrostaten führt zu starken Einschränkungen des Arbeitsbereiches.
Dasselbe gilt auch für die Leistungsverzweigungsgetriebe aus der WO 2009/047037A1 , der WO 2009/047038A1 und der WO 2009/047042A1 .
Aus der Druckschrift DE 2335629 ist eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für land- und bauwirtschaftlich genutzte Fahrzeuge, bekannt, die mit einer hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigung arbeitet und im hydrostatischen Leistungszweig eine hydrostatische Primärmaschine und zwei hydrostatische Sekundärmaschinen aufweist, die über eine gemeinsame Welle fest miteinander gekoppelt sind. Diese bekannte Antriebsvorrichtung verzichtet vollständig auf mechanische Umschaltmittel. Der Übergang zwischen Rückwärtsfahrt und Vorwärtsfahrt wird dabei durch Änderung der Drehrichtung der Sekundärmaschinen bewirkt. Nachteilig ist dabei, dass der Ceschwindigkeitsbereich für Rückwärtsfahrt nur etwa halb so gross ist wie bei der Vorwärtsfahrt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsverzweigungsgetriebe, insbesondere für Radlader, zu schaffen, welches einfach und kompakt aufgebaut ist, ein hohes Anfangsdrehmoment zur Verfügung stellt und bei Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt einen weitgehend gleich grossen Ceschwindigkeitsbereich überstreicht. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Leistungsverzweigungsge- triebes anzugeben, sowie einen Radlader mit einem solchen Getriebe.
Die Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 7 und 9.
Bei dem erfindungsgemässen Leistungsverzweigungsgetriebe wird die von einem Verbrennungsmotor an eine Antriebswelle abgegebene Leistung über einen Planetentrieb auf einen mechanischen Zweig und einen hydrostatischen Zweig aufgeteilt und mit Hilfe von Sum- mierungsmitteln ausgangsseitig aufsummiert, wobei der hydrostatische Zweig wenigstens einen ersten, als Pumpe arbeitenden, im Schluckvolumen bzw. Fördervolumen verstellbaren Hydrostaten und wenigstens einen zweiten, als Motor arbeitenden, im Schluckvolumen verstellbaren Hydrostaten aufweist, die hydraulisch miteinander verbunden sind, wobei ein Vorwärtsfahrbereich und ein Rückwärtsfahrbereich vorgesehen sind. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Vorwärtsfahrbereich als auch der Rückwärtsfahrbereich ausschliesslich durch Verstellen der Schluckvolumina der Hydrostaten stufenlos durchfahrbar sind, dass zwei zweite Hydrostaten vorgesehen sind, die als Motoren arbeiten und dass zum Wechseln zwischen dem Vorwärtsfahrbereich und dem Rückwärtsfahrbereich ein Reversier- getriebe vorgesehen ist.
Eine Ausgestaltung des Leistungsverzweigungsgetriebes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reversiergetriebe am Ausgang des Leistungsverzweigungsgetrie- bes angeordnet ist, und dass das Reversiergetriebe eine Reversierkupplung umfasst, mit welcher die aufsummierte Leistung wahlweise über eine erste Cetriebeeinheit für die Vorwärtsfahrt oder über eine zweite Cetriebeeinheit für die Rückwärtsfahrt auf eine Abtriebswelle gegeben werden kann. H ierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau des Getriebes ermöglicht.
Es ist aber auch ebenso gut denkbar, dass das Reversiergetriebe am Eingang des Leistungs- verzweigungsgetriebes angeordnet ist, und dass das Reversiergetriebe eine Reversierkupplung umfasst mit welcher die Eingangsleistung wahlweise über eine erste Cetriebeeinheit für die Vorwärtsfahrt oder über eine zweite Cetriebeein heit für die Rückwärtsfahrt auf das Lei- stungsverzweigungsgetriebe gegeben werden kann.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Leistungsverzweigungsgetriebes zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden zweiten Hydrostaten gleich ausgebildet sind, dass die beiden zweiten Hydrostaten jeweils ein maximales Schluckvolumen aufweisen, das dem maximalen Schluckvolumen des ersten Hydrostaten entspricht, und dass die beiden zweiten Hydrostaten synchron verstellbar sind. Hierdurch steht ein hohes Drehmoment am Anfang des Fahrbereichs zur Verfügung.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Leistungsverzweigungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten Hydrostaten über eine gemeinsame Welle miteinander drehfest verbunden sind, und dass die gemeinsame Welle als Summierungswel- le für die auf Summierung der Leistungen der beiden Leistungszweige wirkt. Auch diese Massnahme verringerte Platzbedarf.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Leistungsverzweigungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrostaten als verschwenkbare Schrägachsen- Hydrostaten in Weitwinkeltechnik ausgebildet sind und insbesondere jeweils Schwenkberei- che aufweisen, die von 0° bis wenigstens 45 ° reichen. Auf diese Weise lässt sich über einen breiten Ceschwindigkeitsbereich ein hoher Wirkungsgrad erzielen.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Leistungsverzweigungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle als Zentralwelle durch das Getriebe hindurch geführt ist und am Ausgang des Getriebes angeordnete Pumpeneinheiten antreibt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Verwirklichung eines stufenlosen Vorwärtsfahrbereichs vor dem Anfahren zunächst das Schluckvolumen bzw. Fördervolumen des ersten Hydrostaten auf Null und das Schluckvolumen der zweiten Hydrostaten auf Maximum gestellt wird, dass in einer ersten Phase das Schluckvolumen der zweiten Hydrostaten auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten in Vorwärtsfahrtrichtung vergrössert wird, bis es sein Maximum in Vorwärtsfahrtrichtung erreicht, und dass in einer zweiten Phase das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen der zweiten Hydrostaten vom Maximum bis auf Null verringert wird.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Verwirklichung eines stufenlosen Rückwärtsfahrbereichs der Drehsinn am Eingang bzw. Ausgang des Leistungsverzweigungsgetriebes durch ein Reversiergetriebe umgekehrt wird, und dass bei umgekehrtem Drehsinn der stufenlose Vorwärtsfahrbereich durchfahren wird.
Der erfindungsgemässe Radlader ist mit einer Vorderachse und einer H interachse ausgestattet, sowie einer zwischen beiden Achsen angeordneten Kabine und einem hinter der Hinterachse angeordneten Verbrennungsmotor. Er zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Verbrennungsmotor im Bereich der H interachse ein mit dem Verbrennungsmotor verbundenes Leistungsverzweigungsgetriebe nach der Erfindung vorgesehen ist. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Radladers ist dadurch gekennzeichnet, dass über das Leistungsverzweigungsgetriebe die H interachse des Radladers angetrieben ist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Radladers ist dadurch gekennzeichnet, dass über eine Kardanwelle auch die Vorderachse des Radladers angetrieben ist.
Die Erfindung soll nachfolgend im Zusammenhang mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 in der Seitenansicht einen beispielhaften Radlader, wie aus dem Stand der
Technik bekannt und für den Einbau des Leistungsverzweigungsgetriebes nach der Erfindung geeignet ist;
Fig. 2 den Cetriebeplan eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäss einem Ausfü hrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 anhand von drei Teilfiguren 3a), 3b) und 3c) die Verstellung der Hydrostaten des Leistungsverzweigungsgetriebes nach Fig. 2 zur Überstreichung des Vorwärtsfahrbereichs, wobei der Einfachheit halber nur einer der beiden zweiten Hydrostaten gezeigt ist; und
Fig. 4 in einer zu Fig. 3 vergleichbaren Darstellung die Verstellung der Hydrostaten bei
Rückwärtsfahrt ohne Einsatz des Reversiergetriebes.
In Fig. 2 ist der Cetriebeplan eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 40 ist über eine Antriebswelle 21 mit einem Verbrennungsmotor 20 verbunden, der durch eine angedeutete Kurbelwelle symbolisiert wird. Die Antriebswelle 21 ist drehfest mit dem Planetenträger 23 eines Planetentriebs 22 verbunden, der ein Sonnenrad 25, 26, ein Planetenrad 24 und ein Hohlrad 27 umfasst. Über das Hohlrad 24 und ein Zahnrad 28 steht ein erster Hydrostat H l , der als Pumpe P arbeitet, mit dem Planetentrieb 22 in Wirkverbindung.
Der Teil 26 des Sonnenrades 25, 26 kämmt mit einem Zahnrad 29, das drehfest auf einer Summierungswelle 41 sitzt. Die Summierungswelle 41 ist gleichzeitig die gemeinsame Verbindungswelle zweier zweiter Hydrostaten H2, die als Motoren M arbeiten und von dem ersten Hydrostaten H l über nicht gezeigte Leitungen mit hydraulischer Druckflüssigkeit versorgt werden. Auf der Summierungswelle 41 ist weiterhin ein zweites Zahnrad 31 drehfest angeordnet, welches mit einem Zahnrad 30 kämmt, das über eine Hohlwelle mit einer Reversierkupplung 32 verbunden ist. Die ersten und zweiten Hydrostaten H l , H2 sind vorzugsweise vom Schrägachsentyp und in Weitwinkeltechnik verwirklicht und können so ausgeführt werden, wie dies in der Druckschrift WO 2006/042434A1 beschrieben und gezeigt ist.
Die Reversierkupplung 32 schaltet die von der Summierung Welle 41 abgenommene Leistung wahlweise über eine erste Cetriebeeinheit 33 oder eine zweite Cetriebeeinheit 34 auf eine Kardanwelle 35, welche die mit einem Kegelradgetriebe 36 versehene H interachse HA mit der Vorderachse VA verbindet. Die erste Cetriebeeinheit 33 ist für die Vorwärtsfahrt V ausgelegt, die zweite Cetriebeeinheit 34 durch Umkehrung der Drehrichtung für die Rückwärtsfahrt R. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 40 ist vorzugsweise unmittelbaren Bereich der Hinterachse HA angeordnet und kann mit dem Kegelradgetriebe 36 zu einer baulichen Einheit zusammengefasst werden.
Wird die Reversierung alternativ dazu am Eingang des Leistungsverzweigungsgetriebes 40 vorgenommen (nicht in den Figuren dargestellt), ist der Eingang der Reversierkupplung 32 mit der Antriebswelle 21 verbunden und schaltet die Leistung wahlweise über die erste Ce- triebeeinheit 33 oder die zweite Cetriebeeinheit 34 auf den Planetenträger 23 des Lei- stungsverzweigungsgetriebes 40.
Das Sonnenrad 25, 26 des Planetentriebs 22 ist über eine Hohlachse verbunden. Durch diese Hohlachse hindurch, sowie durch die andere Hohlachse, welche das Zahnrad 30 mit der Reversierkupplung 32 verbindet, verläuft in Verlängerung der Antriebswelle 21 eine Zentralwelle 37 durch das Getriebe hindurch und treibt zwei Pumpeneinheiten 38 und 39 an, welche die Hydraulik des Radladers mit hydraulischer Druckflüssigkeit versorgen.
Mit dem Leistungsverzweigungsgetriebe 40 der Fig. 2 lassen sich ein stufenloser Vorwärtsfahrbereich und ein stufenloser Rückwärtsfahrbereich verwirklichen. Die zugehörigen Verstellungen der Hydrostaten H l und H2 sind in Fig. 3 (Vorwärtsfahrbereich) wiedergegeben. Der Einfachheit halber ist dabei nur einer der beiden zweiten Hydrostaten H2 gezeigt und das Reversiergetriebe ist ganz weggelassen. Der Vorwärtsfahrbereich beginnt mit dem in Fig. 3a) gezeigten Stillstand, in welchem der erste Hydrostat H l unverschwenkt ist und damit ein verschwindendes Schluckvolumen bzw. Fördervolumen aufweist, während der zweite Hydrostat H2 voll (um etwa 45 °) verschwenkt ist und das maximale Schluckvolumen hat. Zum Anfahren wird der erste Hydrostat zu der für die Vorwärtsbewegung zuständige obere Seite ausgeschwenkt, wodurch das Fahrzeug Fahrt aufnimmt. Die maximale Auslenkung der zweiten Hydrostaten H2 sorgt dabei für ein hohes Drehmoment (hohe Zugkraft) bei geringer Drehgeschwindigkeit. Ist der erste Hydrostat H l voll ausgelenkt (Fig. 3b), wird er dort gehalten und die zweiten Hydrostaten H2 nach innen auf die Nullstellung (verschwindendes Schluckvolumen) zurückgeschwenkt (Fig. 3c). Das sich verkleinernde Schluckvolumen in den zweiten Hydrostaten H2 sorgt für immer höhere Drehgeschwindigkeit bei kleiner werdendem Drehmoment.
Bei der normalen Rückwärtsfahrt wird derselbe Verstellzyklus gemäss Fig. 3 durchlaufen, mit dem Unterschied, dass das Reversiergetriebe 32, 33, 34 auf Rückwärtsfahrt umgeschaltet wird (die Reversierkupplung 32 stellt eine Verbindung mit der für die Rückwärtsfahrt R zuständige Cetriebeeinheit 34 her). Auf diese Weise steht der gesamte Geschwindigkeitsbereich der Vorwärtsfahrt auch für die Rückwärtsfahrt zur Verfügung.
Es ist aber auch denkbar, ohne Betätigen der Reversierkupplung 32 eine eingeschränkte Rückwärtsfahrt dadurch zu bewirken, das ein Verstellzyklus gemäss Fig. 4 durchlaufen wird. Bei der Rückwärtsfahrt gemäss Fig. 4 wird von derselben Stillstandkonfiguration (Fig. 4a) ausgegangen wie bei der Vorwärtsfahrt (Fig.3a). Der erste Hydrostat H l wird zum Anfahren jedoch in die entgegengesetzte Richtung verschwenkt, bis er seine maximale Auslenkung erreicht hat (Fig. 4b). Die voll ausgelenkten zweiten Hydrostaten H2 werden dann in die Nullstellung zurückgeschwenkt (Fig. 4c). Hierdurch ergibt sich eine Umkehr der Drehrichtung der zweiten Hydrostaten H2, die den Einsatz des Reversiergetriebes überflüssig macht.
Mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe 40 der beschriebenen Art kann beispielsweise eine Leistung von 90 kW übertragen werden. Der Radlader 1 0 erreicht eine Geschwindigkeit von 50 km/h bei einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 20 von 2200 U/min. Der pumpende erste Hydrostat H l hat dabei beispielsweise ein maximales Schluckvolumen bzw. Fördervolumen von 1 60 cm3, die als Motoren arbeitenden Hydrostaten H2 haben jeweils ein maximales Schluckvolumen von ebenfalls etwa 1 60 cm3. Selbstverständlich können, wenn die Hydrostaten entsprechend (z.B. mit mehreren 1 00 cm3 Schluckvolumen) ausgelegt sind, auch deutlich höhere Leistungen übertragen werden. Es ist daher durchaus denkbar, dass ein derartiges Getriebe auch bei Schiffsantrieben oder Gleisfahrzeugen eingesetzt wird.
Da das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten H l und das Schluckvolumen der zweiten Hydrostaten H2 unabhängig voneinander verstellbar sind, ist es möglich und vorteilhaft, dass die Verstellung der Schluckvolumina nach Massgabe des im hydraulischen Kreislauf der Hydrostaten herrschenden Hochdrucks erfolgt. Besonders günstig ist es, wenn in einem Anfahrbereich die zweiten Hydrostaten H2 im Bereich seines maximalen Schluckvolumens betrieben werden und wenn zur Zugkraftsteuerung das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten H l gesteuert wird.
Insbesondere kann dies dadurch geschehen, dass das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten H l über ein mit einem drehzahlproportionalen Stelldruck beaufschlagtes federzentriertes Stellsystem eingestellt wird, und dass die Ansteuerung des ersten Hydrostaten H l so erfolgt, dass die Hochdruck-proportionalen Stellkräfte in Verbindung mit dem federzentrierten Stellsystem und dem drehzahlproportionalen Stelldruck die gewünschte Zugkraft- beziehungsweise Drehmoment-Charakteristik ergeben.
Bezugszeichenliste
1 0 Radlader
1 1 Vorderteil
1 2 Hinterteil
1 3 Vorderachse
14 H interachse
1 5 Kardanwelle
1 6 Schaufel
1 7 Hydraulik
1 8 Arm
1 9 Kabine
20 Verbrennungsmotor
21 Antriebswelle
22 Planetentrieb
23 Planetenträger
24 Planetenrad 25,26 Sonnenrad
27 Hohlrad
28-31 Zahnrad
32 Reversierkupplung
33,34 Cetriebeeinheit
35 Kardanwelle
36 Kegelradgetriebe
37 Zentralwelle
38,39 Pumpeneinheit
40 Leistungsverzweigungsgetriebe (stufenlos, hydrostatisch-mechanisch)
41 Summierungswelle
H 1 .H2 Hydrostat (z.B. Schrägachsentyp)
HA H interachse
M Motor
P Pumpe
R Rückwärtsfahrt
VA Vorderachse
V Vorwärtsfahrt

Claims

Patentansprüche
1 . Stufenloses hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe (40) für ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen Radlader (1 0), bei welchem Leistungsverzweigungsgetriebe (40) die von einem Verbrennungsmotor (20) an eine Antriebswelle (21 ) abgegebene Leistung über einen Planetentrieb (22) auf einen mechanischen Zweig (26, 29) und einen hydrostatischen Zweig (H l , H2) aufgeteilt und mit H ilfe von Summierungsmitteln (41 ) ausgangsseitig aufsummiert wird, wobei der hydrostatische Zweig (H l , H2) wenigstens einen ersten, als Pumpe (P) arbeitenden, im Schluckvolumen bzw. Fördervolumen verstellbaren Hydrostaten (H l ) und wenigstens einen zweiten, als Motor (M) arbeitenden, im Schluckvolumen verstellbaren Hydrostaten (H2) aufweist, die hydraulisch miteinander verbunden sind, wobei ein Vorwärtsfahrbereich (V) und ein Rückwärtsfahrbereich (R) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Vorwärtsfahrbereich (V) als auch der Rückwärtsfahrbereich (R) ausschliesslich durch Verstellen der Schluckvolumina der Hydrostaten (H l , H2) stufenlos durchfahrbar sind, dass zwei zweite Hydrostaten (H2) vorgesehen sind, die als Motoren (M) arbeiten, und dass zum Wechseln zwischen dem Vorwärtsfahrbereich (V) und dem Rückwärtsfahrbereich (R) ein Reversiergetriebe (32, 33, 34) vorgesehen ist.
2. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Reversiergetriebe (32, 33, 34) am Ausgang des Leistungsverzweigungsgetriebes (40) angeordnet ist, und dass das Reversiergetriebe eine Reversierkupplung (32) umfasst mit welcher die aufsummierte Leistung wahlweise über eine erste Cetriebeeinheit (33) für die Vorwärtsfahrt (V) oder über eine zweite Cetriebeeinheit (34) für die Rückwärtsfahrt (R) auf eine Abtriebswelle (35) gegeben werden kann.
3. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Reversiergetriebe (32, 33, 34) am Eingang des Leistungsverzweigungsgetriebes (40) angeordnet ist, und dass das Reversiergetriebe eine Reversierkupplung (32) umfasst mit welcher die Eingangsleistung wahlweise über eine erste Cetriebeeinheit (33) für die Vorwärtsfahrt (V) oder über eine zweite Cetriebeeinheit (34) für die Rückwärtsfahrt (R) auf das Leistungsverzweigungsgetriebe (40) gegeben werden kann.
4. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten Hydrostaten (H2) gleich ausgebildet sind, dass die beiden zweiten Hydrostaten (H2) jeweils ein maximales Schluckvolumen aufweisen, dass dem maximalen Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (H l ) entspricht, und dass die beiden zweiten Hydrostaten (H2) synchron verstellbar sind.
5. Leistungsverzweigungsgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten Hydrostaten (H2) über eine gemeinsame Welle miteinander drehfest verbunden sind, und dass die gemeinsame Welle als Summierungswelle (41 ) für die Aufsummierung der Leistungen der beiden Leistungszweige wirkt.
6. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrostaten (H l , H2) als verschwenkbare Schrägachsen-Hydrostaten in Weitwinkeltechnik ausgebildet sind und insbesondere jeweils Schwenkbereiche aufweisen, die von 0° bis wenigstens 45° reichen.
7. Leistungsverzweigungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (21 ) als Zentralwelle (37) durch das Getriebe hindurch geführt ist und am Ausgang des Getriebes angeordnete Pumpeneinheiten (38, 39) antreibt.
8. Verfahren zum Betrieb eines Leistungsverzweigungsgetriebes nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verwirklichung eines stufenlosen Vorwärtsfahrbereichs vor dem Anfahren zunächst das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (H l ) auf Null und das Schluckvolumen der zweiten Hydrostaten (H2) auf Maximum gestellt wird, dass in einer ersten Phase das Schluckvolumen der zweiten Hydrostaten (H2) auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (H l ) in Vorwärtsfahrtrichtung vergrössert wird, bis es sein Maximum in Vorwärtsfahrtrichtung erreicht, und dass in einer zweiten Phase das Schluckvolumen des ersten Hydrostaten (H l ) auf dem Maximum gehalten und das Schluckvolumen der zweiten Hydrostaten (H2) vom Maximum bis auf Null verringert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verwirklichung eines stufenlosen Rückwärtsfahrbereichs der Drehsinn am Eingang bzw. Ausgang des Leistungsverzweigungsgetriebes durch das Reversiergetriebe (32, 33, 34) umgekehrt wird, und dass bei umgekehrtem Drehsinn der stufenlose Vorwärtsfahrbereich durchfahren wird.
10. Radlader (10) mit einer Vorderachse (1 3) und einer Hinterachse (14), einer zwischen beiden Achsen angeordneten Kabine (1 9) und einem hinter der Hinterachse (14) angeordneten Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verbrennungsmotor (20) im Bereich der Hinterachse (14) ein mit dem Verbrennungsmotor (20) verbundenes Leistungsverzweigungsgetriebe (40) nach einem der Ansprüche 1 -6 vorgesehen ist.
1 1 . Radlader nach Anspruch 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass über das Leistungsverzweigungsgetriebe (40) die Hinterachse (14) des Radladers (1 0) angetrieben ist.
2. Radlader nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass über eine Kardanwelle (35) auch die Vorderachse (1 3) des Radladers (1 0) angetrieben ist.
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